常量和變量實用教案

1、4.1.1 整型常量(chngling)整型常量也稱為整型常數(shù)或整數(shù)。按照所需存儲空間的大小，又分為長整型和短整型兩種。長整型占用4字節(jié)的存儲空間，短整型則占用2字節(jié)的存儲空間。默認情況下為長整型。有些編譯器還提供額外的擴展整型常量，如Compaq Visual Fortran在x86及其兼容機上額外提供占用1字節(jié)空間的整型常量；在OpenVMS、Tru64UNIX和Linux系統(tǒng)中還提供占用8字節(jié)空間的整型常量。由于存儲整型常量的內(nèi)存單元容量是一定的，因此整數(shù)所能表達的范圍是有限的。長整型能夠存儲的數(shù)值范圍為-231到231-1，即-2，147，483，648到2，147，483，647之間

2、；短整型能夠存儲的數(shù)值范圍為-215到215-1，即-32，768到32，767之間。整型常量可以包含正負號，也可以不包含（此時默認為正，即+2與2等價）。在Fortran77標準中，常量內(nèi)部(nib)的空格不起任何作用，如“123”與“123”等價；但Fortran90/95標準中則不允許出現(xiàn)這種表達方式。第1頁/共25頁第一頁，共26頁。4.1.2 實型常量(chngling) 實型常量(chngling)也稱為實型常數(shù)或?qū)崝?shù)。按照所需存儲空間的大小，實數(shù)分為單精度和雙精度兩種。在實數(shù)的表達方式上，可以分為小數(shù)形式和指數(shù)形式兩種。下面分別進行說明。 1實數(shù)的精度:單精度實數(shù)占用4字節(jié)的存儲

3、空間，有效位數(shù)6到7位；雙精度實數(shù)占用8字節(jié)的存儲空間，有效位數(shù)15到16位。 2實數(shù)的表達形式:當以小數(shù)形式來表達實數(shù)時，小數(shù)點的前面或后面可以不出現(xiàn)數(shù)字，但不允許小數(shù)點前后都不出現(xiàn)數(shù)字。例如，+10.4、-0.8、34.、.01等都是合法的。第2頁/共25頁第二頁，共26頁。4.1.3 復(fù)型常量(chngling) 復(fù)型常量也稱為復(fù)型常數(shù)或復(fù)數(shù)。按所需存儲空間的大小分為單精度和雙精度兩種。復(fù)型常數(shù)是Fortran語言中特有的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能夠同時存儲復(fù)數(shù)的實部和虛部。在程序中，復(fù)型常數(shù)用一個括弧中的兩個實數(shù)(shsh)來表示。第一個實數(shù)(shsh)表示復(fù)數(shù)的實部，第二個實數(shù)(shsh)表示

4、復(fù)數(shù)的虛部。比如：(3.0,6.3)和(1.0E2,2.0E3)。在存儲的時候，復(fù)型常數(shù)會占據(jù)兩個實數(shù)(shsh)的存儲單元。因此，單精度的復(fù)型常數(shù)占用8字節(jié)的存儲空間；雙精度的復(fù)型常數(shù)則需要占用16字節(jié)的存儲空間。Compaq Visual Fortran在OpenVMS、Tru64UNIX和Linux系統(tǒng)中還提供占用32字節(jié)存儲空間的復(fù)型常量。 復(fù)型常量中實部和虛部所表達的數(shù)的范圍與同精度的實數(shù)(shsh)是一致的。即單精度時的數(shù)值范圍為1.17549435E-38到3.40282347E38；雙精度時的數(shù)值范圍為2.2250738585072013D-308到1.797693134862

5、3158D308。第3頁/共25頁第三頁，共26頁。4.1.4 常量的存儲(cn ch)形式 計算機在存儲上述三種不同類型的常數(shù)時，并不區(qū)分數(shù)據(jù)的具體形式，而是統(tǒng)一將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二進制的形式進行存儲。在轉(zhuǎn)化的過程中，由于存儲空間是一定的，因此存儲實型常數(shù)時會產(chǎn)生存儲誤差的問題，即計算機的截斷問題。在Compaq Visual Fortran安裝目錄的DF98BIN文件夾中有一個BITVIEWER程序可以查看(chkn)各種數(shù)據(jù)在計算機中存儲的二進制數(shù)據(jù)形式。通過它可以直觀的了解計算機中數(shù)據(jù)的存儲方式。軟件的圖形用戶界面如圖4.1所示，圖中最下面一排的方框表示數(shù)據(jù)在計算機中的存儲空間；每一個方框只

6、有兩個數(shù)值，即0和1；右側(cè)有多個選項可供選擇，用于表示數(shù)據(jù)所占用的存儲空間。如4表示4字節(jié)、2表示2字節(jié)等。第4頁/共25頁第四頁，共26頁。4.1.5 符號(fho)常量 在程序中有時會經(jīng)常用到同一個常數(shù)。如一些數(shù)學(xué)常數(shù)、物理常數(shù)等。如果每次都在程序中重復(fù)書寫使用這些常數(shù)值，會顯得很繁瑣。Fortran允許用一個名字來對常量進行命名。比如(br)常見的用PI來代表圓周率3.1415926535。此時稱PI為“符號常量”或“符號常數(shù)”，即用符號來表示常量。在Fortran中，可以使用PARAMETER語句將一個符號聲明為常量。比如(br)將PI聲明為常數(shù)3.1415926535，可以用如下的語

7、句實現(xiàn)： PARAMETER (PI = 3.1415926535)第5頁/共25頁第五頁，共26頁。4.2 數(shù)值型變量(binling)及其類型 數(shù)值(shz)型變量主要是指整型、實型、復(fù)型三種變量。系統(tǒng)會為程序中的每一個變量按照其類型開辟一塊存儲單元，用于存儲變量的值。每一個變量都需要用一個名字（變量名）來識別，并且同一個程序單元內(nèi)不能用同一個變量名來命名不同的變量。本節(jié)主要介紹數(shù)值(shz)型變量的類型和基本概念。第6頁/共25頁第六頁，共26頁。4.2.1 數(shù)值型變量(binling)概述 數(shù)值型變量的分類同數(shù)值型常量一樣。整型變量用來存儲整型常量，實型變量用來存儲實型常量，復(fù)型變量用

8、來存儲復(fù)型常量。在存儲空間的分配上，同類型的變量與常量占據(jù)相同的存儲空間。 變量名的作用是識別程序中的變量。Fortran中的變量名命名有一定的規(guī)則，主要有以下幾條。 變量名中只能包含(bohn)26個英文字母和09十個數(shù)字；在Fortran90/95標準中，還允許使用下劃線“_”。 變量名的第一個字符必須是字母，不能是下劃線“_”或數(shù)字。 在Fortran77標準中，變量名不允許超過6個字符；在Fortran90/95標準中，變量名不允許超過31個字符。第7頁/共25頁第七頁，共26頁。4.2.2 使用系統(tǒng)(xtng)默認的隱含約定 Fortran中約定：在沒有強制規(guī)定變量類型的情況下，如果

9、變量名的首字母為I、J、K、L、M、N六個字母中的一個時，即認為該變量為整型變量，而以其他字母開頭的變量則默認為實型變量。這就是所謂的“I-N規(guī)則”?！癐-N規(guī)則”的使用有利有弊。好處就是不管在程序的什么位置，如果想要臨時添加一個變量，只要按照“I-N規(guī)則”的約定取好變量名就可以使用了；缺點(qudin)也是明顯的，就是眾多隨意添加的變量使得程序閱讀起來不是很方便，更有可能造成人為錯誤。比如下面的代碼段就是一個典型的錯誤范例。 TEST0401.F90 ! 這是一個錯誤的變量定義范例 PROGRAM TEST0401 I = 3000 * 3 WRITE(*, *)l END PROGRAM

10、TEST0401第8頁/共25頁第八頁，共26頁。4.2.3 使用(shyng)類型說明語句聲明 如果不想受“I-N規(guī)則”的約束，或是防止出現(xiàn)“I-N”規(guī)則下的常見錯誤(cuw)，可以使用類型說明語句對變量的類型進行約定。 在Fortran中，基本的類型說明語句主要有六種。即INTEGER語句、REAL語句、DOUBL PRECISION語句、COMPLEX語句、LOGICAL語句和CHARACTER語句。數(shù)值型變量主要涉及到前四種語句。即INTEGER語句（整型說明語句）、REAL語句（實型說明語句）、DOUBL PRECISION語句（雙精度說明語句）和COMPLEX語句（復(fù)型說明語句）。

11、類型聲明語句的語法形式如下： 類型說明語句(KIND=數(shù)字) : 變量名, 變量名第9頁/共25頁第九頁，共26頁。4.2.4 用隱含(yn hn)說明語句聲明 除了上面提到的兩種變量類型說明方法外，還可以用隱含說明語句（IMPLICIT語句）將以某一字母開頭的所有變量都聲明(shngmng)為同一種類型。該語句的語法形式如下： IMPLICIT 類型說明語句 (字母列表) 其中字母列表中的字母用逗號進行間隔。如果是連續(xù)的一串字母，可以用首尾字母間加符號“-”的方式來進行縮寫。比如“C-H”。下面的聲明(shngmng)代碼將以字母A-G和N開頭的變量都聲明(shngmng)為整型： IMPL

12、ICIT INTEGER : (A-G, N)第10頁/共25頁第十頁，共26頁。4.2.5 數(shù)值(shz)型變量聲明及其應(yīng)用 在編寫程序的過程中，顯式的聲明所有用到的變量是一種良好的編程習慣，建議在編寫實際的應(yīng)用程序時使用“IMPLICIT NONE”來進行( jnxng)強制的變量類型檢查。凡是沒有進行( jnxng)類型說明的變量，在編譯過程中都會被編譯器找出來。 在三種類型規(guī)定方法中，以類型說明語句的優(yōu)先級最高，IMPLICIT語句次之，“I-N規(guī)則”的級別最低；類型說明語句和IMPLICIT語句都是不可執(zhí)行語句，必須出現(xiàn)在本程序單元中所有可執(zhí)行語句之前；類型說明語句只能在本程序單元內(nèi)

13、有效；DOUBLE PRECISION語句在Fortran90/95標準完全可以用REAL(8)語句代替，目前已很少使用。第11頁/共25頁第十一頁，共26頁。4.3 字符(z f)型常量及變量 文字處理能力是Fortran語言的另一特色。早期Fortran77中的文字處理能力較弱，在Fortran90/95標準(biozhn)中的文字處理能力已經(jīng)大大加強。本節(jié)將介紹字符型常量和變量的基本概念。第12頁/共25頁第十二頁，共26頁。4.3.1 字符(z f)型變量概述 字符型常量也稱為字符串，它是用引號（單引號或雙引號，F(xiàn)ortran77中只允許(ynx)用單引號）括起來的若干個字符。字符串中

14、的字符可以是計算機系統(tǒng)中允許(ynx)使用的任意字符，通常會大于Fortran字符集。比如字符型常量BEIJING，”PLANE”，”#$%&”，”北京”都是合法的。 在計算機中，一個字符通常會占據(jù)一個字節(jié)的存儲空間；但某些語言的字符在計算中需要多個字節(jié)的空間來存儲。比如，一個漢字在計算機上會占據(jù)4字節(jié)的存儲空間。字符型變量是用來存儲字符型常量的變量，在程序中必須事先定義字符型變量才能使用。定義字符型常量可以使用CHARACTER語句，有四種定義字符型變量的語法形式，這些語法定義會在隨后的小節(jié)進行介紹。第13頁/共25頁第十三頁，共26頁。4.3.2 定義(dngy)形式一 聲明字符型

15、變量的第一種語法形式如下。 CHARACTER : 變量名 在這種形式的定義(dngy)中，類型聲明語句CHARACTER說明其后變量名所代表的變量為字符型變量。Fortran77和Fortran90/95中都可以采用這種形式進行聲明。但需要注意，在Fortran77下不能出現(xiàn)分隔符“:”。采用這種形式進行聲明時，允許對變量的長度進行說明，說明的方式有兩種： 變量名*len 或 變量名(len)第14頁/共25頁第十四頁，共26頁。4.3.3 定義(dngy)形式二 第二種聲明字符(z f)型變量的語法形式如下。 CHARACTER(KIND=n) : 變量名 在這種形式的聲明中，關(guān)鍵字KIN

16、D用于指出賦值號“=”后所跟的數(shù)字n為變量的種別參數(shù)（有關(guān)種別參數(shù)的內(nèi)容會在后面的小節(jié)進行講解）。這個數(shù)字實際上就是說明聲明語句中變量名所代表的變量的長度的，意義同定義形式一中的len。采用這種形式也可以定義字符(z f)型數(shù)組。在實際的編程實踐中，也可以采用如下替代形式： CHARACTER(LEN=n) : 變量名第15頁/共25頁第十五頁，共26頁。4.3.4 定義(dngy)形式三 第三種形式的字符型變量聲明的語法形式如下。 CHARACTER*len : 變量名 在這種形式的聲明中，類型聲明語句后的星號“*”用于指明其后所跟的數(shù)字表示變量的長度，意義和前面兩種定義形式中的差不多。這種

17、形式的定義也可用于聲明字符型數(shù)組，形式如下： CHARACTER*len : 變量名(dim) 其中的dim用于說明字符數(shù)組中的緯度的長，即長度。下面(xi mian)給出幾個實例。 CHARACTER*20 : String CHARACTER*10 : Array_string(20)第16頁/共25頁第十六頁，共26頁。4.3.5 定義(dngy)形式四 在這種形式中，通過IMPLICIT語句來強迫使以某些字母開頭的變量被默認處理成字符型。語法形式如下： IMPLICIT CHARACTER*數(shù)字 字母表 IMPLICIT CHARACTER(數(shù)字) 字母表 Fortran77標準中通常

18、采用前一種形式，F(xiàn)ortran90/95標準中通常采用后一種形式。定義中的數(shù)字表示字符型變量的長度，即能夠存儲多少(dusho)個字符。當數(shù)字緊跟CHARACTER語句之后時，表示統(tǒng)一指定字符長度；當數(shù)字緊跟變量名之后時，表示單獨指定字符的長度。如果統(tǒng)一指定的字符長度與變量個別指定的長度不一致時，以個別指定優(yōu)先于統(tǒng)一指定。定義中括弧內(nèi)的部分可有可無。比如： IMPLICIT CHARACTER(5) (G-N), CHARACTER X第17頁/共25頁第十七頁，共26頁。4.3.6 字符型變量(binling)聲明及其應(yīng)用 實際上，只要字符變量的長度不為1，則可以將其看作(kn zu)數(shù)組來

19、進行理解。正因為如此，在對字符型變量進行操作時，允許對字符型變量中的某一個或某幾個存儲位置上的數(shù)據(jù)進行單獨操作。這在接下來的子字符串的相關(guān)內(nèi)容中進行講解。用PARAMETER語句配合CHARACTER語句還可以定義有名字符型常量，比如： CHARACTER(9) : Name PARAMETER (Name = Peter Pan) 或 CHARACTER(9), PARAMETER : Name = Peter Pan第18頁/共25頁第十八頁，共26頁。4.3.7 子字符串的概念(ginin) 在字符型數(shù)據(jù)的應(yīng)用上，還有一個子字符串（Substring）的概念需要了解。所謂子字符串是指字符

20、串的一部分。比如有一字符串為“Beijing”，則“Bei”、“jing”、“ei”等都是該字符串的子字符串。可以用下面的形式來引用子字符串： 字符串變量名(star:end) 其中(qzhng)，star和end都是整型表達式。他們指定了要引用的子字符串在字符串中的起始和終止位置。第19頁/共25頁第十九頁，共26頁。4.4 邏輯(lu j)型常量及變量 邏輯量通常用于程序中的流程控制。在Fortran中，邏輯量主要有三種：邏輯常量、邏輯變量和關(guān)系表達式。本小節(jié)主要介紹Fortran中邏輯常量和邏輯變量的基本概念和應(yīng)用。Fortran中的邏輯常量只有兩個： TRUE，表示“真”，即滿足邏輯條

21、件； FALSE，表示“假”，即不滿足邏輯條件。 例如，當A=0時，此時“A1”的值就為TRUE（真），而“A-1”的值就為FALSE（假）。邏輯常量又稱為邏輯常數(shù)，在程序中，它們通常被賦給一個邏輯變量。 邏輯變量被用來存放邏輯常量，它的值只能是TRUE或FALSE中的一個。在程序中使用邏輯變量必須事先加以定義說明。在Fortran中，邏輯變量的定義是通過LOGICAL語句來實現(xiàn)的。該語句的一般(ybn)形式為： LOGICAL(KIND=數(shù)字) :變量名,變量名第20頁/共25頁第二十頁，共26頁。4.5 變量(binling)的初始化 變量在定義之后，通常(tngchng)會由系統(tǒng)按照自身

22、設(shè)置為變量賦給一個初值。這一過程稱為變量的初始化。但是有些系統(tǒng)并不提供這種功能。如果貿(mào)然使用沒有經(jīng)過初始化的變量，很可能導(dǎo)致程序運行出錯。 在Fortran中，允許在聲明變量的同時設(shè)置變量的初置。在Fortran90/95中要設(shè)置變量的初置，可以將想要設(shè)置的初值直接寫在聲明的變量之后。使用這種方法進行初值的設(shè)置時，聲明中的兩個冒號不能省略。第21頁/共25頁第二十一頁，共26頁。4.6 賦值語句(yj) 變量(binling)在聲明后就可以使用了，在使用過程中，變量(binling)需要保存不同的數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)的值寫進變量(binling)的過程就是賦值的過程。在Fortran語言中，除了一些專

23、用的特殊語句外，最常用的賦值手段就是賦值語句。賦值語句就是等號“=”，在Fortran中有著廣泛的用途。本節(jié)就將介紹賦值的概念和賦值語句的作用。第22頁/共25頁第二十二頁，共26頁。4.6.1 何為(h wi)賦值 所謂賦值，就是將一個常量的值傳輸給一個相應(yīng)的變量。在Fortran中，賦值除了通過DATA語句之外，還可以使用賦值語句來實現(xiàn)，并且賦值語句具有比DATA語句更廣泛的用途。賦值語句的作用就是將一個確定的值賦給一個變量，語句的一般格式為： VP 其中，表達式中的等號“=”就是賦值符；V代表一個變量名，P代表一個表達式。 Fortran的賦值語句有三種類型：算術(shù)賦值語句、邏輯賦值語句和字符賦值語句。算術(shù)賦值語句的作用是將一個算術(shù)量賦予一個算術(shù)型變量；邏輯賦值語句的作用是將一個邏輯量賦給一個邏輯性變量；字符賦值語句的作用就是將一個字符型數(shù)據(jù)賦給一個字符型變量。盡管用途不一樣，但是三種賦值語句采用的都是同樣的運算符號，即賦值符“=”。 賦值語句中的“=”號是賦值符，而不是等號。賦值符的作用是將賦值符右邊表達式的值傳遞給賦值符左邊的變量。例如(lr)，賦值語句“X=3.0”的作用是將數(shù)值3.0傳遞到變量X中。因此，在閱讀程序代碼時對賦值符的理解應(yīng)是帶方向的，即將什么數(shù)據(jù)賦值給什么變量。第23