第二章Fortran語言基礎(chǔ)

第2章FORTRAN語言基礎(chǔ),字符集與保留字基本數(shù)據(jù)類型常量與變量運算符與表達(dá)式及語句輸入輸出,源程序：programmain！exampleimplicitnonerealt6,t7,t8,tavet6=22.7t7=25.8t8=27.2tave=(t6+t7+t8)/3.0print*,tave=,taveend,變量申明,語句,保留字,運算式,注釋行,1.字符集FORTRAN規(guī)定允許使用的字符為：,2.1字符集與保留字,注意:在FORTRAN語句中不區(qū)分大小寫字母，如REAL何real或Real是一樣的。,2.保留字保留字（也稱關(guān)鍵字）是FORTRAN90/95中具有特定意義的字符串。如：語句關(guān)鍵字、內(nèi)部函數(shù)名,（1）語句關(guān)鍵字如語句“IF(ATHEN”中的“IF”和“THEN”是語句保留字。類似的保留字有：PROGRAM、INTEGER、REAL、READ、PRINT、WRITE、DO、END、SUBROUTINE、FUNCTION等。（詳見P445）,（2）內(nèi)部函數(shù)名如“ABS”、“SIN”、“LOG”等（詳見P456-459）,注意：FORTRAN90/95允許保留字作為其他實體的名稱（變量名、數(shù)組名、函數(shù)名、程序名等）如：語句“PROGRAMPROGRAM”中第一個“PROGRAM”將被編譯程序識別為保留字，第二個“PROGRAM”將被識別為實體名稱（主程序單元名）。,1.FORTRAN提供的數(shù)據(jù)類型,不同類型數(shù)據(jù)有不同的特性，其處理的方式有所不同，取值范圍也不一樣，在處理數(shù)據(jù)前，必須說明數(shù)據(jù)的特性。,2.2基本數(shù)據(jù)類型,2.數(shù)據(jù)類型有四個性質(zhì)：（1）每個數(shù)據(jù)類型有一個唯一的名稱。（2）每個數(shù)據(jù)類型規(guī)定了一個取值范圍（值的集合）（3）每個數(shù)據(jù)類型規(guī)定了其常量數(shù)據(jù)的表示方法（4）每個數(shù)據(jù)類型規(guī)定了一組操作,在程序運行過程中，其值不能被改變的量稱為常量，它在程序中直接生成并直接用于計算和處理。整型常量、實型常量、復(fù)型常量、字符型常量、邏輯型常量,2.3常量,1.數(shù)值型常量及其類型（1）整型常量整型常量又稱為整型常數(shù)或整數(shù)，包括正數(shù)、負(fù)數(shù)和0。例如：+5-367098,（2）實型常量實型常量即實型常數(shù)或簡稱為實數(shù)。它有兩種形式：小數(shù)形式：12.3-3.5100.56指數(shù)形式：5.35E5表示5.35105，2.66E-3表示2.6610-3,當(dāng)單精度實數(shù)不足以表示一個數(shù)的大小或精度時，可以用雙精度實數(shù)表示，只是將實數(shù)指數(shù)部分中的字母E改成字母D即可。例如，6.85746304857D5，.3875479654765D+3等都是雙精度實數(shù)。,（3）復(fù)型常量復(fù)型常量即復(fù)型常數(shù)或簡稱為復(fù)數(shù)。如：(1.0，1.0)表示復(fù)數(shù)1.0+1.0i，(2.1，-4.5)表示復(fù)數(shù)2.1-4.5i，(-6.0，0)表示復(fù)數(shù)-6.0。,2.字符型常量一對單引號（撇號）或雙引號括起來的若干個非空字符串為字符型常量，又稱為字符或字符串。如：a，A，x+y，#$%注意：字符串內(nèi)字母區(qū)分大小寫，a和A是不同的字符常量。,（1）字符串中含有撇號如：Imaboy.“Imaboy.”（2）字符串長度（字符串中的空格是有意義）如Imaboy.的長度為10為空串而則為長度為1,3.邏輯型常量邏輯常量僅有兩個，.TRUE.和.FALSE.注意：對于邏輯值.TRUE.，在其存儲單元字節(jié)內(nèi)每位為“1”，可視為整數(shù)值-1，對于邏輯值.FALSE.，在其存儲單元字節(jié)內(nèi)每位為“0”，可視為整數(shù)值0，它們均能參與整數(shù)運算。如:7+.FALSE.，結(jié)果仍為7。1+.TRUE.，結(jié)果則為0,4.符號常量如：圓周率、重力加速度g等數(shù)據(jù)。,1、變量的定義變量是指在程序運行期間其值是可以變化的量，系統(tǒng)為程序中的每一個變量開辟一個存儲單元，用來存放變量的值。2、變量的命名FORTRAN中規(guī)定須以字母開頭，后可接多達(dá)30個字母、數(shù)字或下劃線。,2.4變量,下面列出的是合法的標(biāo)識符，可以作為變量名：Sum,average,student_name,BASIC下面是不合法的標(biāo)識符和變量名：_total,M.D.John,H1N1,integer,3、變量的類型變量也相應(yīng)的分為五種類型：（1）整型變量（2）實型變量（3）復(fù)型變量（4）字符型變量（5）邏輯型變量,數(shù)值型變量,字符型變量,邏輯型變量,下面為合法聲明整型變量語句：INTEGER(KIND=2)a,b,c,d!聲明KIND值為2的4個整型變量INTEGER(1)e!聲明KIND值為1的1個整型變量INTEGERf!聲明KIND值為4（缺?。┑?個整型變量INTEGER:g=123!聲明KIND值為4（缺省）的1個整型變量且初值為123注意：符號在聲明中可有可無。若有，則可賦初值，否則不可賦初值。如聲明語句“INTEGERg=123”是非法語句。,（1）整型變量,下面為合法聲明實型變量語句REAL(KIND=4)a,b,c,d!聲明KIND值為4的4個實型變量REAL(8)e!聲明KIND值為8的1個實型變量REALf!聲明KIND值為4（缺?。┑?個實型變量REAL:g=1.23!聲明KIND值為4（缺?。┑?個實型變量且賦初值為1.23,注意：符號在聲明中可有可無。若有，則可賦初值，否則不可賦初值。如聲明語句“REALg=1.23”是非法語句。KIND值為8的實型變量為雙精度變量，可由DOUBLEPRECISION聲明取代。,（2）實型變量,下面為合法聲明復(fù)型變量語句：COMPLEX(KIND=4)a,b,c,d!聲明KIND值為4的4個復(fù)型變量COMPLEX(8)e!聲明KIND值為8的1個復(fù)型變量COMPLEXf!聲明KIND值為4（缺?。┑?個復(fù)型變量COMPLEX:g=(3,4)!聲明KIND值為4（缺?。┑?個復(fù)型變量,且賦初值為（3，4）。注意：符號在聲明中可有可無。若有，則可賦初值，否則不可賦初值。如聲明語句“COMPLEXg=(3,4)”是非法語句。,（3）復(fù)型變量,下面為合法聲明字符型變量語句：CHARACTERa!聲明長度為1（缺?。┑?個字符型變量CHARACTER(8)b,c!聲明長度為8的2個字符型變量CHARACTER(LEN=4)e,f,g!聲明長度為4的3個字符型變量CHARACTER*6h!聲明長度為6的1個字符型變量CHARACTER:a=A!a的初值為“A”CHARACTER(7):b=“FORTRAN”,c!b的初值為“FORTRAN”,c初值為7空格“”而聲名語句CHARACTER*7h=“student”則為非法語句。,（4）字符型變量,下面為合法聲明邏輯型變量語句：LOGICAL(KIND=4)a!聲明KIND值為4的1個邏輯型變量LOGICAL(4)a!聲明KIND值為4的1個邏輯型變量LOGICALa!聲明KIND值為4（缺?。┑?個邏輯型變量LOGICAL:a=.True.!聲明KIND值為4（缺省）的1個復(fù)型變量,且賦初值為真。,（5）邏輯型變量,（6）變量的聲明在程序中，變量類型需要通過類型聲明語句來定義。變量聲明有兩種形式：顯式聲明和隱式聲明（隱含約定）。顯式聲明INTEGERaREALbCOMPLEXc,隱式聲明（隱含約定）,I-N規(guī)則規(guī)定：在程序中，凡是變量名用以下字母開頭的變量被默認(rèn)為整型變量，I、J、K、L、M、N、i、j、k、l、m、n以其他字母開頭的變量被默認(rèn)為實型變量，如：id為整型變量，而total則為實型變量。,FORTRAN90/95中一般不提倡使用，通過在程序變量說明之前加入：IMPLICITNONE語句來取消I-N規(guī)則。,IMPLICIT語句,功能：禁止I-N規(guī)則或重新定義I-N規(guī)則,例如：IMPLICITNONE!關(guān)閉默認(rèn)類型功能，所有變量都要事先聲明IMPLICITINTEGER(a,b,c)!a,b,c開頭的變量都認(rèn)為是整型IMPLICITREAL(m-p)!m到p開頭的變量都認(rèn)為是實型,注意：以上三種方法中，以類型顯式聲明語句最優(yōu)先，IMPLICIT語句次之，“I-N規(guī)則”的隱含約定級別最低。類型說明語句和IMPLICIT語句都是非執(zhí)行語句。類型說明只在本程序單位內(nèi)有效。IMPLICIT命令要置于PROGRAM命令的下一行，不能把它放在其他位置。,（7）變量的初始化直接把數(shù)值寫在聲明的變量后面。使用這個方法來設(shè)置初值時，不能省略定義語句中間的冒號。如：,在FORTRAN77中則使用DATA命令來設(shè)置初始值，如：,1.運算符號,2.5運算符與表達(dá)式,2.算術(shù)運算符及其表達(dá)式+（正號或加號）、-（負(fù)號或減號）、*（乘號）、/（除號）、*（乘方）。不同的運算符有優(yōu)先級次序。,例如：(a-b)/c*2+sin(x+y)。請注意：（1）由于用“/”號作為除號，因此在寫除法運算式子時應(yīng)加上必要的括號。（2）乘號不能省略，如asinx，必須寫成a*sin(x)。（3）FORTRAN中無大、中、小括號之分，一律用小括號。（4）乘方按“先右后左”原則處理。（5）對單項運算符（正號或負(fù)號）相當(dāng)于在它前面有一個運算量“0”，如：-a*2相當(dāng)于0-a*2，而不是(-a)*2。,算術(shù)表達(dá)式的求值運算的規(guī)則：（1）同類型的操作數(shù)之間運算的結(jié)果仍保持原類型。特別要注意：兩個整數(shù)相除的商也是整數(shù)。例如,5/2的值是2而不等于2.5，4*（-1）等于0，應(yīng)寫為5*（1./3.）而不是5*（1/3）。（2）如果參加運算的兩個操作數(shù)為不同類型，則編譯系統(tǒng)會自動將它們轉(zhuǎn)換成同一類型后進(jìn)行運算。轉(zhuǎn)換的規(guī)律是：將低級類型轉(zhuǎn)換成高級類型。類型的轉(zhuǎn)換時從左向右進(jìn)行的，在遇到不同類型的操作數(shù)時才進(jìn)行轉(zhuǎn)換。例如，1/2*1.0等于0，而1./2*1等于0.5。,算術(shù)操作數(shù)類型和級別,3.關(guān)系運算符及其表達(dá)式,格式為：表達(dá)式1關(guān)系運算符表達(dá)式2有以下幾點說明：（1）如果表達(dá)式1，表達(dá)式2都為算術(shù)表達(dá)式，則進(jìn)行關(guān)系運算前將其轉(zhuǎn)換成同一類型，轉(zhuǎn)換方法同算術(shù)表達(dá)式。（2）如果表達(dá)式1，表達(dá)式2都為字符表達(dá)式，則進(jìn)行關(guān)系運算前將其轉(zhuǎn)換成等長字符串，不足末尾補(bǔ)足空格。（3）復(fù)數(shù)的關(guān)系運算只有兩種：等于和不等于。（4）對算術(shù)表達(dá)式進(jìn)行關(guān)系運算，根據(jù)它們值的大小決定運算結(jié)果。（5）對字符表達(dá)式進(jìn)行關(guān)系運算，依次比較兩字符串相應(yīng)位置字符的ASCII碼值大小決定運算結(jié)果。,例如：1234！結(jié)果為.FALSE.(4+5*2).LE.10！結(jié)果為.FALSE.(4.2,7.3).NE.(7.3,4.2)！結(jié)果為.TRUE.MOD(4,2).EQ.0！4除以2的余數(shù)是否等于0。結(jié)果為.TURE.banana=apple！結(jié)果為.FALSE.Thisisapen.100例如，下面語句是非法語句。LOGICALflag1,flag2flag1=1.5!類型不一致flag2=china!類型不一致,(3)字符賦值語句賦值號左邊變量和右邊表達(dá)式類型均為字符型。例如：下面語句是合法語句。CHARACTER*7strstr=studentstr=Heisa/student例如：下面語句是非法語句。CHARACTER*7strstr=student+125!125是整數(shù)不能與字符串進(jìn)行加法運算str=125+3*20！右邊不能為算術(shù)運算表達(dá)式str=a100.AND.p！右邊不能為邏輯運算表達(dá)式,當(dāng)右邊表達(dá)式長度與左邊變量長度不同時:當(dāng)右邊表達(dá)式長度小于左邊變量長度，將表達(dá)式運算后的結(jié)果長度強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為左邊變量長度，不足補(bǔ)空格，并將轉(zhuǎn)換后的字符串賦予左邊變量；當(dāng)右邊表達(dá)式長度大于左邊變量長度，將表達(dá)式運算后的結(jié)果左側(cè)部分賦予變量，多余截去。,例如：CHARACTER*5str1CHARACTER*3str2str1=isstr2=china執(zhí)行以上語句后，str1值是“is”,str2值是“chi”。,(4)DATA賦值語句DATA語句給數(shù)組賦初值的一般形式為：DATA變量列表/初值表/,變量列表/初值表，其中，初值表中只允許出現(xiàn)常量，不允許出現(xiàn)表達(dá)式。例如：DATAa,b,i/3.0,-3.1,8/,對DATA語句為變量賦初值，F(xiàn)ORTRAN作如下規(guī)定：在初值表中如果有幾個連續(xù)相同的變量可以簡寫為：n*常量。例如：DATAa,b,c,i,k/3*1.0,2*3/變量列表中的變量與初值表中的常量個數(shù)相同，類型一一對應(yīng)。例如：DATAa,b,c,d/3.0,2*2.0/,i/3.0/上面的賦值是錯誤的。,如果在一個程序單位中有多個DATA語句給同一個變量賦初值，則以最后一個DATA語句中所賦的初值為準(zhǔn)。例如，在一個程序單元中有以下DATA語句：DATAa,b,c,d/1.0,3.0,2*0.0/DATAx,y,c/4.0,2.0,7.5/其中變量c分別在兩個DATA語句中出現(xiàn)，并且賦的值不同，結(jié)果c的值應(yīng)為7.5。,2.程序控制語句(1)PROGRAM語句FORTRAN允許編程人員為自己的程序定義一個名字，其語句格式是：PROGRAM程序名PROGRAM語句可以省略，如果不省略必須放在該程序塊的第一個語句位置。,(2)END語句END語句在FORTRAN中是可執(zhí)行語句，它有三個功能：作為一個程序塊的結(jié)束標(biāo)志。主程序中END語句表示整個程序的終止執(zhí)行語句。子程序中執(zhí)行END語句，作用與返回語句RETURN語句作用相同。每個程序單元必須有一個END語句在該程序單元的最后一行。,(3)STOP語句和PAUSE語句STOP語句：作為一個程序塊的結(jié)束標(biāo)志。STOP語句的一般形式為：STOPn其中，n為在執(zhí)行STOP語句時所輸出的信息。PAUSE語句：暫停語句，用于暫停程序的運行，但不結(jié)束程序的運行，當(dāng)需要從暫停處恢復(fù)運行時，按一個回車鍵即可。PAUSE語句的一般形式為：PAUSEn,常用的內(nèi)部函數(shù)如表所示：,2.7內(nèi)部函數(shù),下面舉例說明表中內(nèi)部函數(shù)的使用：,它是FORTRAN輸入、輸出中最簡單的一種方式，是按系統(tǒng)隱含的標(biāo)準(zhǔn)格式輸入輸出。（2）有格式輸入、輸出。它是按用戶規(guī)定的數(shù)據(jù)格式輸入、輸出。故也稱可控格式（或有格式）的輸入、輸出。（3）無格式的輸入、輸出。它是以二進(jìn)制形式輸入和輸出數(shù)據(jù)，只適用于計算機(jī)內(nèi)存與磁盤、磁帶等之間的數(shù)據(jù)交換。,本節(jié)只講（1）表控輸入/出，（2-3）將在文件一章講解。,（1）表控格式輸入、輸出。,2.8輸入和輸出,1.表控輸入語句表控輸入不必指定輸入數(shù)據(jù)的格式，所以又稱為自由格式輸入，其一般形式為：READ*,輸入表其中，“*”號表示表控輸入；而輸入表（如不同類型的變量，中間用逗號分隔開）則用來控制數(shù)據(jù)的輸入，即要求輸入表和輸入的數(shù)據(jù)有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系。,例如：a,b為實型，m,n為整型READ*,a,b,m,n可以從鍵盤輸入以下數(shù)據(jù)：3.7，-1.8，24，10（數(shù)據(jù)間用逗號分隔）或：3.7-1.82410（數(shù)據(jù)間用空格分隔）則a=3.7，b=-1.8，m=24，n=10。,在使用表控輸入語句時應(yīng)注意以下幾點：（1）應(yīng)保證從輸入設(shè)備上輸入數(shù)據(jù)的個數(shù)與READ語句輸入表中變量的個數(shù)相同，各數(shù)據(jù)類型與相應(yīng)變量的類型一致。（2）輸入數(shù)據(jù)可分為多行輸入，直到輸入全部數(shù)據(jù)。（3）輸入數(shù)據(jù)個數(shù)要求不少于輸入表中變量個數(shù)。如果少于變量個數(shù)，則程序?qū)⒌却脩糨斎牒罄m(xù)數(shù)據(jù)。如果多于變量個數(shù)，則多余的數(shù)據(jù)不起作用。,例如：上述READ語句執(zhí)行時輸入以下數(shù)據(jù)：3.7，-1.8，24，10，75，34，2.4后3個數(shù)是無效的，將被忽略。READ語句讀取前4個數(shù)后，程序?qū)⒗^續(xù)執(zhí)行下一條語句。,在使用表控輸入語句時應(yīng)注意以下幾點：（4）使用多個READ語句時，每個READ語句都是從一個新的輸入行開始讀數(shù)的。例如：READ*,a,bREAD*,m,n如果輸入數(shù)據(jù)為：3.7，-1.8，24，10第一個READ語句讀入前兩個數(shù)，即a=3.7，b=-1.8，而第二個READ語句并不會從這一輸入行剩余的數(shù)據(jù)中讀數(shù)，所以m，n未被賦值。想要正確賦值，應(yīng)改為兩個輸入行：3.7，-1.824，10,在使用表控輸入語句時應(yīng)注意以下幾點：（5）輸入數(shù)據(jù)時，可以用符號斜杠“/”結(jié)束輸入，為被輸入數(shù)據(jù)的變量保持原值不變。例如：READ*,a,b,m,n輸入數(shù)據(jù)為：3.7，-1.8/，24，10執(zhí)行結(jié)果為a=3.7，b=-1.8，m，n均未被賦值。,在使用表控輸入語句時應(yīng)注意以下幾點：（6）如果READ語句中有幾個連續(xù)地變量要賦以相同的值，則可用重