fortran指针与动态数据结构.ppt

1 概述2 指针引用与赋值3 整型指针4 与指针相关的函数和语句5 指针数组6 动态链表 第十一讲指针与动态数据结构 第十一讲指针与动态数据结构 11 1概述 概述 静态数据结构 在编译时为其分配存储空间 大小不能改变 静态数据结构优点 分配算法简单 易于实现 使用方便 静态数据结构缺点 易浪费存储空间 易产生下标越界错误 动态数据结构 在运行时为其分配存储空间 大小可改变 动态数据结构优点 可节约存储空间 灵活 应用广 动态数据结构缺点 分配算法复杂 实现难度大 象链表 树结构 图结构等数据结构都适合用动态数据结构实现 指针是实现动态数据结构的有效手段 指针和动态数据结构广泛应用于软件设计 熟练掌握和灵活应用指针和动态数据结构求解问题 可使程序更加简洁 紧凑 高效 11 1概述 第十一讲指针与动态数据结构 概述存储结构访问方式指针声明指针状态 11 1概述 概述 动态数据结构示例 静态数据结构 在编译时为其分配存储空间 大小不能改变 静态数据结构优点 分配算法简单 易于实现 使用方便 静态数据结构缺点 易浪费存储空间 易产生下标越界错误 动态数据结构 在运行时为其分配存储空间 大小可改变 动态数据结构优点 可节约存储空间 灵活 应用广 动态数据结构缺点 分配算法复杂 实现难度大 象链表 树结构 图结构等数据结构都适合用动态数据结构实现 指针是实现动态数据结构的有效手段 指针和动态数据结构广泛应用于软件设计 熟练掌握和灵活应用指针和动态数据结构求解问题 可使程序更加简洁 紧凑 高效 11 1概述 概述存储结构访问方式指针声明指针状态 第十一讲指针与动态数据结构 11 1概述 存储结构 存储单元地址 存储单元在内存中的排列序号 编号 存储分配 系统为变量 数组 结构体 指针分配连续存储单元 用于存储有关数据 其变量名 数组名 结构体名 指针名代表连续存储单元首地址 指针变量 指针 为其分配的存储单元用于保存其它变量 数组 结构体的地址 通过改变其所存储的地址内容实现动态数据结构 示例 INTEGER TARGET I 1255REAL R 534 45CHARACTER 5 S CHINA INTEGER A 3 35 45 55 INTEGER POINTER PP I 11 1概述 第十一讲指针与动态数据结构 概述存储结构访问方式指针声明指针状态 11 1概述 存储结构 示例 存储单元地址 存储单元在内存中的排列序号 编号 存储分配 系统为变量 数组 结构体 指针分配连续存储单元 用于存储有关数据 其变量名 数组名 结构体名 指针名代表连续存储单元首地址 指针变量 指针 为其分配的存储单元用于保存其它变量 数组 结构体的地址 通过改变其所存储的地址内容实现动态数据结构 示例 INTEGER TARGET I 1255REAL R 534 45CHARACTER 5 S CHINA INTEGER A 3 35 45 55 INTEGER POINTER PP I 11 1概述 第十一讲指针与动态数据结构 概述存储结构访问方式指针声明指针状态 11 1概述 访问方式 11 1概述 第十一讲指针与动态数据结构 概述存储结构访问方式指针声明指针状态 11 1概述 访问方式 示例 11 1概述 第十一讲指针与动态数据结构 概述存储结构访问方式指针声明指针状态 11 1概述 指针声明 11 1概述 第十一讲指针与动态数据结构 POINTER属性 通过POINTER属性声明指针变量 TARGET属性 通过TARGET属性声明指针可指的目标变量 一般格式 POINTER 或POINTER 例 REALQ1 Q2INTEGER POINTER P1 P2 声明指向整型变量的指针P1和P2POINTERQ1 声明指向实型变量的指针Q1POINTERIQ1 IQ2 声明指向整型变量的指针IQ1和IQ2 概述存储结构访问方式指针声明指针状态 11 1概述 指针状态 11 1概述 第十一讲指针与动态数据结构 指针有三种状态 未定义 空指针 被关联 未定义 程序在初始状态中未定义所有指针 空指针 指针已定义 但未成为目标变量别名 被关联 指针已定义 已成为目标变量别名 概述存储结构访问方式指针声明指针状态 11 2指针引用和赋值 指针引用 指针引用 引用指针所指目标变量 11 2指针引用和赋值 第十一讲指针与动态数据结构 指针引用指针赋值结构体指针 例11 2INTEGER TARGET R 25INTEGER POINTER PP RM 3 P 4WRITE P MEND 结果 25 71 例11 3INTEGER POINTER P1 PINTEGER TARGET R 12P RR 2 PWRITE P REND 结果 24 24 例11 4INTEGER TARGET R 13INTEGER POINTER P1 P2P1 RP2 P1WRITE P1 P2 REND 结果 13 13 13 11 2指针引用和赋值 指针赋值 别名赋值 将目标变量名作为别名赋值给指针 数据赋值 将数据表达式值赋值给指针所指目标变量 一般格式 11 2指针引用和赋值 第十一讲指针与动态数据结构 例11 5INTEGER TARGET R1 25INTEGER TARGET R2 35INTEGER POINTER P1 P2P1 R1P2 R2P1 P2WRITE P1 P2END 结果 35 35 指针引用指针赋值结构体指针 11 2指针引用和赋值 结构体指针 11 2指针引用和赋值 第十一讲指针与动态数据结构 指针引用指针赋值结构体指针 11 3整型指针 概述 整型指针 地址按4字节整数对待的指针 整型指针可参与整数运算 整型指针组成 指针 基变量 目标对象 创建指针步骤 第一步 将一个指针基变量链接在一个整型指针上 POINTER 第二步 将目标对象地址赋值给整型指针 LOC MALLOC 标准函数LOC功能 获得目标对象起始内存地址 标准函数MALLOC功能 计算表达式值n 分配n个字节存储单元 获得存储单元起始地址 示例 11 3整型指针 第十一讲指针与动态数据结构 概述例11 6例11 7 11 3整型指针 概述 示例 整型指针 地址按4字节整数对待的指针 整型指针可参与整数运算 整型指针组成 指针 基变量 目标对象 创建指针步骤 第一步 将一个指针基变量链接在一个整型指针上 POINTER 第二步 将目标对象地址赋值给整型指针 LOC MALLOC 标准函数LOC功能 获得目标对象起始内存地址 标准函数MALLOC功能 计算表达式值n 分配n个字节存储单元 获得存储单元起始地址 示例 11 3概述 第十一讲指针与动态数据结构 概述例11 6例11 7 INTEGER I J 20POINTER P I 建立指针基变量I和目标对象J的等价关系P LOC J 将目标对象J的地址赋予整型指针变量PWRITE P I J 输出结果为 44429322020I 30WRITE P I J 输出结果为 44429323030J 40WRITE P I J 输出结果为 44429324040END 11 3整型指针 例11 6 分析下面程序REALA 10 B 5 POINTER P B P LOC A A 2 125 0 等价于设置B 2 为125 0WRITE B 2 END通过POINTER语句 将指针基数组B与目标对象数组A建立联系 即指针P中存放的数组A的起始地址就是数组B的起始地址 所以运行程序后 输出B 2 的值为125 0 11 3整型指针 第十一讲指针与动态数据结构 概述例11 6例11 7 11 3整型指针 例11 7 分析下面程序INTEGER A 5 BPOINTER P B P LOC A DOI 1 5B I 10P P 4ENDDOWRITE AEND 输出结果为 1020304050通过指针运算和指针基变量B的赋值操作 生成数组A的5个元素值 通过指针运算和指针基变量B的赋值操作 生成数组A的5个元素值 整型指针P增加4 相当于把数组的下标加1 11 3整型指针 第十一讲指针与动态数据结构 概述例11 6例11 7 11 4与指针相关的函数和语句 NULLIFY NULLIFY 将指针设置为空状态 空状态可用标准函数ASSOCIATED进行检测 指针声明后 一般应将其设置为空状态 如 INTEGER POINTER PNULLIFY P 11 4与指针相关的函数和语句 第十一讲指针与动态数据结构 NULLIFYASSOCIATEDALLOCATEDEALLOCATE 11 4与指针相关的函数和语句 ASSOCIATED ASSOCIATED 判定是否有目标对象与指针链接 如 REALA1 A2 A3 5 POINTERA1 A2TARGETA3LOGICALS1 S2 S3A1 A3 指针赋值A2 A3 指针赋值S1 ASSOCIATED A1 结果TRUE 指针A1已指向目标变量S2 ASSOCIATED A1 A3 结果TRUE A1已指向A3S3 ASSOCIATED A1 A2 结果TRUE A1和A2都指向A3 11 4与指针相关的函数和语句 第十一讲指针与动态数据结构 NULLIFYASSOCIATEDALLOCATEDEALLOCATE 11 4与指针相关的函数和语句 ALLOCATE ALLOCATE 为指针分配所指向的存储空间 如 REAL POINTER P1ALLOCATE P1 P1 911 911 11 4与指针相关的函数和语句 第十一讲指针与动态数据结构 NULLIFYASSOCIATEDALLOCATEDEALLOCATE 11 4与指针相关的函数和语句 DEALLOCATE DEALLOCATE 释放指针所指存储空间 如 REAL POINTER P1ALLOCATE P1 P1 911 911DEALLOCATE P1 11 4与指针相关的函数和语句 第十一讲指针与动态数据结构 NULLIFYASSOCIATEDALLOCATEDEALLOCATE 11 5指针数组 指针数组 11 5指针数组 第十一讲指针与动态数据结构 指针数组函数返回 11 5指针数组 概述 程序 11 5指针数组 第十一讲指针与动态数据结构 指针数组函数返回 PROGRAMexam129TYPErowINTEGER DIMENSION POINTER RENDTYPEINTEGER PARAMETER N 4TYPE row DIMENSION N T 声明类型为row的数组TDOI 1 NALLOCATE T I R 1 I 为数组元素分配空间ENDDODOI 1 NT I R 1 I 1 为下三角矩阵T赋值ENDDODOI 1 NWRITE T I R 1 I 打印矩阵TENDDOEND 11 5指针数组 函数返回 11 5指针数组 第十一讲指针与动态数据结构 FORTRAN90允许指针数组作为函数值返回 PROGRAMexam1210IMPLICITNONEINTEGER DIMENSION 10 X 11 8 15 4 20 3 5 18 21 17 WRITE 20I3 array X CONTAINSFUNCTIONarray A INTEGER DIMENSION POINTER arrayINTEGER DIMENSION AINTEGERI J TALLOCATE array SIZE A 为array数组分配存储单元array ADOI 1 SIZE A 1DOJ I 1 SIZE A IF array I array J THENT array J array J array I array I TENDIFENDDOENDDOENDFUNCTIONarrayEND 指针数组函数返回 11 6动态链表 概述 11 6动态链表 第十一讲指针与动态数据结构 概述创建搜索插入节点删除节点 链表是通过结点中的指针成员将若干个具有相同派生类型的结点拉成链 从而对一些在内存中不连续的数据进行动态处理的一种方式 链表中的第一个结点称为头结点 指向头结点的指针称为头指针 该派生类型的成员中至少有一个指向本派生类型的指针 链表中最后一个表目的成员的指针值为空 其余表目的成员的指针均指向下一个表目 为了便于对链表的操作 需要引入另一个派生类型 它用于存放链表的头指针 链表的头指针表示链表的存在与否 头指针为空表示空链表 否则表示链表中至少有一个以上的表目 如果链表尾结点的指针成员指向了头结点 这样的链表称为 循环链表 在本节主要讨论单向链表 简称链表 TYPEnodeINTEGERdataTYPE node POINTER nextENDTYPEnodeTYPE node POINTER head P Q L 11 6动态链表 创建和搜索 11 6动态链表 第十一讲指针与动态数据结构 创建链表的过程就是把一个个结点插入链表的过程 因而创建链表的操作实际上就是不断地插入的过程 ALLOCATE Q 创建一个新结点Q data 95 或Q data 95NULLIFY Q next 将结点中next置为空指针head Q 将指针Q赋予表头指针head上述四条语句执行后 建立了有一个结点的链表 如图11 1所示 ALLOCATE P 创建一个新结点P data 85 或P data 85P next head 将原表头结点指针head赋予指针P的next指针域head P 将指针P赋予表头指针head上述四条语句执行后 建立了有二个结点的链表 如图11 2所示 图11 1一个结点的链表图11 2二个结点的链表 概述创建搜索插入节点删除节点 链表创建后 需要从表头结点开始搜索链表 完成修改 输出 统计等有关处理操作 若head为表头结点指针 则一般通过下面语句完成搜索操作 Q headDOWHILE ASSOCIATED Q 有关处理操作语句Q Q next 搜索下一结点ENDDOASSOCIATED Q 函数用于判定指针Q是否为空指针 11 6动态链表 插入节点 11 6动态链表 第十一讲指针与动态数据结构 执行下面语句创建新结点Q 结点Q插入链表有三种情况 ALLOCATE Q Q data numNULLIFY Q next 1 假设链表为空表 即表头指针head为空指针 执行赋值语句head Q实现插入2 假设链表为非空表 在表头head前插入 执行下面赋值语句实现插入Q next headhead Q3 假设已创建部分链表 表头指针为head 指针P指向链表中某结点 将新结点Q插入到P结点之后 执行下面赋值语句实现插入Q next P nextP next Q 概述创建搜索插入节点删除节点 11 6动态链表 删除节点 11 6动态链表 第十一讲指针与动态数据结构 从链表中删除结点Q有两种情况 结点删除后 要用DEALLOCATE Q 语句将结点释放1 待删除结点Q为表头结点假设链表为非空表 表头指针为head 执行赋值语句head Q next实现删除2 待删除结点Q为非表头结点假设链表为非空表 表头指针为head 待删除结点Q的前趋结点指针为P 执行赋值语句P next Q next或P next P next next实现删除 概述创建搜索插入节点删除节点 12 1接口 概述 接口界面功能类似EXTERNAL语句 为主调程序提供外部子程序有关接口信息 接口界面可看作是EXTERNAL语句的扩充 提供的信息比EXTERNAL丰富 使用接口界面块可提高程序可读性 接口界面块可用在主程序单元 模块单元 外部子程序单元中 以指明主调程序与被调用外部子程序之间的接口信息 以便保证外部子程序的正确使用 12 1接口 概述格式说明示例 12 1接口 格式 12 1接口 INTERFACEENDINTERFACE FUNCTION ENDFUNCTION SUBROUTINE ENDSUBROUTINE 概述格式说明示例 12 1接口 说明 12 1接口 对于一些常规函数和子例行程序 使用时不需要用INTERFACE接口声明它们的接口信息 但遇到以下情况必须在主调程序中使用接口界面块 外部函数返回结果是一个数组 即外部函数名类型为数组 外部函数返回结果是一个字符串 且长度不是常数 也不是假定长度 外部函数返回结果是一个指针 外部子程序形式参数 哑元 是一个数组片段 外部子程序实在参数是关键字变元或是缺省的可选变元 外部子程序扩展了赋值号的使用范围 外部子程序参数个数不确定 外部子程序改变参数传递位置 概述格式说明示例 12 1接口 示例 12 1接口 PROGRAMmain 主程序单元 求三个数最大值IMPLICITNONEINTERFACEFUNCTIONmax3 a b c IMPLICITNONEINTEGERmax3 a b cENDFUNCTIONENDINTERFACEINTEGERx y zREAD x y zWRITE 1X 三个数的最大值为 I4 max3 x y z ENDFUNCTIONmax3 a b c 求三个数最大值外部函数子程序INTEGERmax3 a b c maxmax aIF B max max BIF C max max Cmax3 maxENDFUNCTION 概述格式说明示例 12 2模块 概述 模块是FORTRAN90新增功能 用以实现数据封装 特性继承 操作重载 公私分隔等面向对象特性 使程序安全 可靠 高效 模块中可声明常量 变量 数组 数据块 派生类型 接口界面块 模块函数 模块子例行程序 可看成是外部子程序功能的扩充 12 2模块 概述格式说明示例使用 12 2模块 格式 模块单元的一般形式是 MODULE模块名类型说明部分 CONTAINS内部过程 内部过程 ENDMODULE 模块名 MODULE语句下面写各种变量 数组等实体的类型说明语句 以及派生类型定义及接口块 注意到其中只有说明部分 没有执行部分 自CONTAINS语句开始连同它后面的各内部过程是可选的 一般不用 通常在为某一个派生类型规定新的操作符时 就把实现这些新操作的过程作为模块的内部过程放在CONTAINS后面 以便把这种操作定义供各外部过程共享 当模块有内部过程时 必须把整个过程完整地写入 各内部过程 可以是函数或子程序 次序可以任意 12 2模块 概述格式说明示例使用 12 2模块 说明 说明 在模块中首部可声明常量 PARAMETER语句 变量 数组 数据块 COMMON语句 派生类型 TYPE语句 接口界面块 INTERFACE块 模块函数名 模块子程序名 这些被声明的对象可在本模块内使用 对于具有共有属性的对象也可在模块外其它程序单元中使用 在模块中可包含CONTAINS结构 允许定义模块函数和模块子例行程序 这些模块子程序可在模块内调用 对于具有共有属性的模块子程序也可在模块外其它程序单元中调用 在模块中可只有数据声明 或只有子程序定义 或两者都有 12 2模块 概述格式说明示例使用 12 2模块 示例 12 2模块 MODULESTUDENT MODULETYPESTUDENT TYPECHARACTER LEN 20 NAMEINTEGER SCOREENDTYPESTUDENT TYPEENDMODULESTUDENT MODULE 包含通常使用的过程声明全局变量和派生类型声明外部过程的接口块初始化全局数据和全局可分配数组封装数据和处理数据的过程 概述格式说明示例使用 12 2模块 使用 任何程序单元 要共享模块程序单元内的内容 只需引用该模块名 引用方法是在本程序单元说明部分的最前面加上USE语句 通过模块共享可以取代各程序单元间哑实结合 使有哑元的过程改为无哑元的过程 USE语句的一般形式为 USE模块名1 模块名2 模块名n 12 2模块 概述格式说明示例使用 10 8实验八 1 实验十LU分解