Fortran子程序

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第八章 子程序,语句函数,函数子程序,子例行程序,程序单元之间的数据传递,递归调用,数据共用存储单元与数据块子程序,内部子程序,模块,1,8.1,语句函数,语句函数,用一个语句定义的函数。,PROGRAM EXAM1A,X=1,FX=5*X*3-2*X*2+7*X+6,WRITE(*,*) f(, X, )=, FX,X=10,FX=5*X*3-2*X*2+7*X+6,WRITE(*,*) f(, X, )=, FX,X=12,FX=5*X*3-2*X*2+7*X+6,WRITE(*,*) f(, X, )=, FX,X= -1,FX=5*X*3-2*X*2+7*X+6,WRITE(*,*) f(, X, )= ,FX,END,P125 例 8.1 求函数,在x=1, 10, 12, -5时的值。,2,一、语句函数的定义,定义格式：,f：语句函数名， x：虚参， e：表达式,1. 语句函数名,函数名的组成规则与变量名相同,语句函数不能与同一个程序单元中的变量同名。,可在语句函数定义语句前用类型语句说明该函数名的数据类型，否则该语句函数的函数值的类型按其函数名遵守IN隐含规则。,3,F(X, Y)=X*2+Y*2 ! 定义了一个实型函数 F,NF(X, Y)=X*2+Y*2 ! 定义了一个整型函数 NF,INTEDER F,F(X, Y)=X*2+Y*2 ! 定义了一个整型函数 F,2. 语句函数的虚参,虚参的类型遵守变量的说明规则,实参可以是常量、变量或表达式,不同语句函数中的虚参可以同名，虚参也可以和程序中的变量同名。,4,函数F和G本质上是一个函数，因为对于任意的实参T，F(T)和G(T)总是相同的，但函数F、G和H有点不同，其虚参Z被说明为整型。,INTEGER Z,F(X)=3*X*2+5,G(Y)=3*Y*2+5,H(Z)=3*Z*2+5,3. 语句函数表达式,表达式中必须包括语句函数的虚参，还可以包含常量、变量、内部函数、外部函数、已定义过的语句函数。,5,函数用一条语句可以定义时，才用语句函数的形式定义函数。,注意：,语句函数定义语句是非执行语句，放在本程序单位中的所有执行语句之前，说明语句之后。,语句函数只在本程序单位中有意义。,表达式的类型与函数名的类型应一致。,6,二、语句函数的调用,例 8.2 用函数语句的方法设计例8.1,PROGRAM EXAM1B,INTEGER X,F(X)=5*X*3-2*X*2+7*X+6,WRITE(*,*)F(2),F(10),F(12),F(-2),END,实参可以是常量、变量或表达式,实参的个数、类型与虚参个数、类型对应一致,7,8.2 函数子程序,一、 函数子程序的定义,类型说明 FUNCTION 函数名(虚参表),函数体,END,函数名的作用：函数的标识,代表该函数的函数值,虚参可以是变量名、数组名、子程序名,返回调用程序之前：函数名=表达式,8,当未进行说明时，函数值的类型遵守I-N规则。,函数类型的说明方法：,1在函数定义时说明，如：,INTEGER FUNCTION F1(X1，X2.XN),函数体,END,2. 在函数体中说明，如：,FUNCTION F1(X1，X2.XN),INTEGER F1,函数体,END,虚参的类型在函数体中说明，否则遵守I-N规则。,9,二、函数子程序的调用,P130 例8.4 用函数子程序的方法设计一个程序，求50-100内的所有素数及其和。,分析：设计一个函数子程序 PRIME(N)，函数PRIME的值定义如下：,主程序的任务是将50-100之间的每个数依次调用PRIME函数子程序，求出那些使PRIME函数值为1的自然数并求这些数的和。,10,函数子程序如下：,FUNCTION PRIME(N),INTEGER PRIME ！定义PRIME是整型函数,PRIME=0,DO I=2, N-1,IF (MOD(N, I)=0) RETURN,ENDDO,PRIME=1 ！参数N无任何因子，函数值为1,END,11,运行结果如下：,.,83,89,97,S= 732.000000,主程序如下：,PROGRAM EXAM3,INTEGER PRIME ！说明要调用的函数PRIME 为整型,S=0,DO I=50, 100,IF (PRIME(I)=1) THEN,S=S+I,WRITE(*,*) I,END IF,END DO,WRITE(*,*) S=, S,END,12,分析：函数子程序NUM(N，I)，当I=100时，函数NUM返回N的百位上的数；当I=10时，NUM返回N的十位上的数，I=1时，NUM返回N的个位上的数。程序如下：,PROGRAM FLOWER,DO I=100, 999,IF (NUM(I,100)*3+NUM(I,10)*3+NUM(I,1)*3=I) THEN,WRITE(*,*) I,ENDIF,ENDDO,END,P131 例 8.5 当一个数各个数位的立方和等于这个数本身时，称这样的数为水仙花数(如153=1*3+5*3+3*3)。编程：求100-999之间的水仙花数。,13,FUNCTION NUM(N, I),SELECT CASE(I),CASE(100),NUM=N/100 ！用N百位上的数赋值给函数名,CASE(10),NUM=MOD(N/10, 10) ！用N十位上的数赋值给函数名,CASE(1),NUM=MOD(N, 10) ！用N个位上的数赋值给函数名,END SELECT,END,程序运行结果如下：,153,370,371,407,14,SUBROUTINE 子程序名(虚参表),子例行程序体,END,8.3 子例行程序,CALL 子例行程序名(实参表),函数子程序的名字代表一个值，因而是有类型的，而子例行程序的名字不代表一个值，因而其名字没有类型问题。,在子例行程序中求出的值通过实参与虚参的联系带回调用程序单位。,一、子例行程序的定义,二、子例行程序的调用,15,PROGRAM EXAM5,PARAMETER (N=20),DIMENSION A(N),INTEGER A,A(1)=17 ！该语句及随后的三个语句生成数组A,DO I=2, 20,A(I)=MOD(19*A(I-1), 1024),ENDDO,DO I=1, N-1 ！二重循环完成对A的排序,DO J=I+1, N,CALL SWAP(A(I), A(J),ENDDO,ENDDO,WRITE(*, 200)(A(I), I=1, N),200 FORMAT(2(2X, 10(I5, X)/),END,P133 例 8.7 随机生成一个含20个元素的数组，对该数组按升序排序。,16,子例行程序和函数子程序在使用上可以相互替代。如果只需要一个返回值时，以采用函数子程序比较方便；如果子程序没有返回值，或希望通过子程序得到一批数据时，则采用子例行程序较为方便。,子例行程序SWAP(M，N)的功能是，若MN,就交换M、N的值，程序段如下：,SUBROUTINE SWAP(X, Y),INTEGER X, Y, T,IF (XY) THEN,T=X,X=Y,Y=T,ENDIF,END,17,PROGRAM EXAM6,PARAMETER(M=3，N=4),DIMENSION A(M, N), B(N, M),INTEGER A, B,WRITE(*,*) please input a 3x4 Matra,READ(*, 200)(A(I, J), J=1, N), I=1, M),CALL TRAN(A, B, M, N),WRITE(*, 300)(B(I, J), J=1, M), I=1, N),200 FORMAT(4I4),300 FORMAT(3I4),END,P134 例 8.8 设计一个子例行程序，求任意矩阵的转置矩阵。,子例行程序TRAN(A，B，M，N)将矩阵A转置后放矩阵B，M、N分别是矩阵A、B的行数和列数。,运行情况：,please input a 3x4 Matra,1 2 3 4,5 6 7 8,9 10 11 12,显示结果如下：,1 5 9,2 6 10,3 7 11,4 8 12,18,子例行程序如下：,SUBROUTINE TRAN(A, B, M, N),INTEGER A(M, N), B(N, M), M, N,DO I=1, M,DO J=1, N,B(J, I)=A(I, J),ENDDO,ENDDO,END,19,实参与虚参共用同一个存储单元，实参的值就是对应虚参的值，虚参的值改变时，对应实参的值也同时改变。,A B,X Y,8.4 实参和虚参之间的数据传递,一、变量作为虚参,1实参是变量或数组元素,FUNCTION SUB(A，B) PROGRAM TTEM,X=3,. Y=-5,S=S+SUB(X, Y),.,END END,20,当用常量或表达式作为实参时，是将该值赋值给对应的虚参。此种情况下，子程序中对应的虚参变量的值不能改变，否则结果难以预料。,2实参是常量或表达式,二. 数组名作为虚参,实参为同一类型的数组名时，将实参数组的第一个元素的存储地址传送给子程序，作为虚参数组第一个元素的存储地址，从而使两者共用一片存储单元。,实参可以是与虚参类型相同的数组名或数组元素。,1虚参数组为数值型或逻辑型数据,21,当实参是一个数组元素时，将该元素的存储地址传送给子程序，作为虚参数组的第一个元素的存储地址，从而使虚参数组与实参自该元素以后的元素共用一片存储单元。,虚参数组最后一个元素必须落在对应实参数组的范围内。,实参和虚参间的元素按存储顺序对应，不要求两者的行列数相同。,22,例：,Program main,dimension a(2, 4),call sub(a),End,Subroutine sub(b),dimension b(6),end,a(1,1) a(2,1) a(1,2) a(2,2) a(1,3) a(2,3) a(1,4) a(2,4),b(1) b(2) b(3) b(4) b(5) b(6),23,例：,Program main,dimension a(8),call sub(a(3),End,Subroutine sub(b),dimension b(4),end,a(1) a(2) a(3) a(4) a(5) a(6) a(7) a(8),b(1) b(2) b(3) b(4),24,如 P136：,PROGRAM TTST FUNCTION SUB2(X),DIMENSION A(3，4) DIMENSION X(2，6),DO I=1，3 S=0,DO J=1，4 DO I=1，2,A(I，J)=I+J DO J=1，6,ENDDO IF (MOD(I+J，3)=0) THEN,ENDDO S=S+X(I，J),WRITE(*，*)SUB2(A) ENDIF,END ENDDO,ENDDO,SUB2=S,END,a(1,1) a(2,1) a(3,1) a(1,2) a(2,2) a(3,2) a(1,3) a(2,3) a(3,3) a(1,4) a(2,4) a(3,4),x(1,1) x(2,1) x(1,2) x(2,2) x(1,3) x(2,3) x(1,4) x(2,4) x(1,5) x(2,5) x(1,6) x(2,6),25,当虚参为字符型数据时(当然对应的实参也为字符型数据)，实参和虚参不是按照数组元素的顺序对应，而是按照字符位置一一对应。,实参、虚参两者的元素对应关系是：,A(1，1)X(1，1)，A(2，1)X(2，1)，A(3，1)X(1，2),A(1，2)X(2，2)，A(2，2)X(1，3)，A(3，2)X(2，3),A(1，3)X(1，4)，A(2，3)X(2，4)，A(3，3)X(1，5),A(1，4)X(2，5)，A(2，4)X(1，6)，A(3，4)X(2，6),2虚参为字符型数据,3可调数组虚参数组的维界是整型虚参变量,可调数组只能作为虚参使用。,26,Program main,Dimension a(10), b(4, 3),m1=4,m2=3,Call sub(a, 10, b, m1, m2),End,Subroutine sub(x, nx, y, n1, n2),Dimension x(nx), y(n1, n2),end,27,在虚参表中允许出现子程序名。,三. 子程序名作为虚参,SUBROUTINE SUB(A, N, X, F, P),DIMENSION A(N),Y=F(I)+1,X=A(I)+1,CALL P,END,强调：只需对实参的属性进行说明。,实参代表的函数名或子例行程序名要求在程序中实际存在。,在调用程序单位中，实参中的子程序名（函数子程序即外部函数，和子例行程序名）必须用EXTERNAL对实参程序名作出说明；内部函数名必须用 INTRINSIC 语句说明，说明语句必须放在该程序段的所有可执行语句前。,28,P137 例,8.9 设有三个连续函数：,每个小区间的宽度为:,h=(b-a)/n,第i个小矩形的面积：,s,i,=h*f(a+(i-1)* h),29,FUNCTION H(X) ！被积函数H(X),H=1/(1+X*2),END,三个被积函数不同，求其函数值的方法也就不同，定义三个被积函数F(X)、G(X)、H(X)的函数子程序：,FUNCTION F(X) ！被积函数F(X),F=SIN(3*X)+COS(X),END,FUNCTION G(X) ！被积函数G(X),G=5*X*3+2*X-10,END,30,用矩形方法求函数积分的方法都相同，设计一个统一的函数子程序，含有虚参函数名，并用被积函数作为实参来调用该函数子程序。,FUNCTION SIMPSON(F,a,b,n),integer n, i,s=0.0,h=(b-a)/n,do i=1,n,s=s+h*F(a+(i-1)*h),enddo,SIMPSON=s,end,每个小区间的宽度为:,h=(b-a)/n,第i个小矩形的面积：,s,i,=h*f(a+(i-1)* h),31,PROGRAM SIMPSON_PRO,EXTERNAL F, G, H ！定义三个被积函数为外部函数,REAL I1, I2, I3,I1=SIMPSON(F, 0, 2*3.1416, 100) ! 计算F(X)的积分,I2=SIMPSON(G, 0, 10.0, 100),I3=SIMPSON(H, 0, 1.0, 100),WRITE(*,*)I1=, I1,WRITE(*,*)I2=, I2,WRITE(*,*)I3=, I3,END,32,作业：,P174 6， 9， 13,补1：用语句函数编程序，用牛顿迭代法求：,X,3,-2x,2,+x-1=0,在x=1.5附近的实根,补2：设计一个函数子程序，求大奖赛评委的评分，要求用可调数组。,补3：用子例行程序将一维数组逆序存放，要求用可调数组。,33,补1：用语句函数编程序，用牛顿迭代法求：,x,3,-2x,2,+x-1=0,在x=1.5附近的实根,f(x)=x*x*x-2*x*x+x-1,f1(x)=3*x*x-4*x+1,x=1.5,d=1.0,do while(abs(d)1.0e-6),d=f(x)/f1(x),x=x-d,enddo,print*, The root is ,x,end,34,P174 6 设计一个计算n!的函数子程序，并调用该函数子程序计算：,real function fun(n),integer n,i,real: p=1,do i=1, n,p=p*i,enddo,fun=p,end,program main,integer: i=1,real: e=1, n,n=1.0,do while(na(j) ) then,temp=a(i); a(i)=a(j); a(j)=temp,endif,enddo,enddo,elseif(k=0)then,do i=1, n-1,do j=i+1, n,if( a(i)max) max=a(i),if(a(i)min) min=a(i),enddo,average=(sum-max-min)*1.0/(n-2),End function average,38,补3：用子例行程序将一维数组逆序存放，要求用可调数组。,program main,parameter(n=10) integer a(n),read*, a,call resve(a,n),print*, a,End program main,subroutine resve(a, n),integer: a(n), i, temp,do i=1, n/2,temp=a(i),a(i)=a(n-i+1),a(n-i+1)=temp,enddo,End subroutine resve,39,