Fortran學(xué)習(xí)總結(jié) - 我不是企鵝的日志 - 網(wǎng)易博客

1、Fortran學(xué)習(xí)總結(jié) - 我不是企鵝的日志 - 網(wǎng)易博客 Fortran學(xué)習(xí)總結(jié)目錄：一、說明二、概述三、數(shù)據(jù)類型及基本輸入輸出四、流程控制五、循環(huán)六、數(shù)組七、函數(shù)八、文件一、說明本文多數(shù)內(nèi)容是讀彭國倫Fortran 95 程序設(shè)計的筆記。二、概述1、名詞解釋Fortran=Formula Translator/Translation一看就知道有什么特色了：可以把接近數(shù)學(xué)語言的文本翻譯成機械語言。的確，從一開始，IBM設(shè)計的時候就是為了方便數(shù)值計算和科學(xué)數(shù)據(jù)處理。設(shè)計強大的數(shù)組操作就是為了實現(xiàn)這一目標(biāo)。fortran奠定了高級語言發(fā)展的基礎(chǔ)?，F(xiàn)在Fortran在科研和機械方面應(yīng)用很廣。2、F

2、ortran的主要版本及差別按其發(fā)展歷史，F(xiàn)ortran編譯器的版本其實很多?，F(xiàn)在在廣泛使用的是Fortran 77和Fortran90。ortran 90在Fortran 77基礎(chǔ)上添加了不少使用的功能，并且改良了77編程的版面格式，所以編程時推薦使用90。鑒于很多現(xiàn)成的程序只有77版本，有必要知道77的一些基本常識，至少保證能夠看77程序。以下是77和90的一些格式上的區(qū)別。Fortran 77： 固定格式（fixed format），程序代碼擴(kuò)展名：.f或.for（1）若某行以C,c或*開頭，則該行被當(dāng)成注釋；（2）每行前六個字符不能寫程序代碼，可空著，或者15字符以數(shù)字表明行代碼（用作

3、格式化輸入出等）；772為程序代碼編寫區(qū)；73往后被忽略；（3）太長的話可以續(xù)行，所續(xù)行的第六個字符必須是"0"以外的任何字符。Fortran 90：自由格式（free format）， 擴(kuò)展名：.f90（1）以"!"引導(dǎo)注釋；（2）每行可132字符，行代碼放在每行最前面；（3）以&續(xù)行，放在該行末或下行初。以下都是討論Fortran 90。3、Fortran的一些特點，和C的一些不同其實很多，在下面涉及具體方面時可以看到。這里只是大致提一些。（1）不分大小寫（2）每句末尾不必要寫分號（3）程序代碼命令間的空格沒有意義（4）不像C，F(xiàn)or

4、tran不使用 （5）數(shù)據(jù)類型多出了復(fù)數(shù)和邏輯判斷類型。比如復(fù)數(shù)類型complex : a !聲明復(fù)數(shù)的方法。復(fù)數(shù)顯然方便了科學(xué)計算，滿足了工程方面需求a=(1.0,2.0) ! a=1+i（6）多出了乘冪運算（*）。乘冪除了整數(shù)還可以是實數(shù)形式。如開方，開立方a=4.0*0.5，a=8.0*(1.0/3.0)。（7）數(shù)組有一些整體操作的功能；可以方便的對部分元素進(jìn)行操作（8）有些情況下可以聲明大小待定的數(shù)組，很實用的功能4、Fortran的基本程序結(jié)構(gòu)先看一看所謂的"Hello Fortran"程序。program main !程序開始，main是program的名字，完

5、全自定義write(*,*) "Hello" !主程序stop !終止程序end programmain !end用于封裝代碼，表示代碼編寫完畢。 中的內(nèi)容可省略，下同。 再看一段實用一些的程序，好有點感性認(rèn)識。程序用于計算圓柱的表面積，要求輸入底面半徑和。其中展示了Fortran的一些特色用法。程序摘自維基。其實是一個叫的網(wǎng)上引的維基的網(wǎng)頁。推薦去看看!能查到不少有意思的東西。program cylinder !給主函數(shù)起個名字! Calculate the area of a cylinder.! Declare variables and constants.! co

6、nstants=pi! variables=radius squared and heightimplicit none ! Require all variables to be explicitly declared!這個一般都是要寫上的。下面會進(jìn)一步說明。integer : ierrcharacter : ynreal : radius, height, areareal, parameter : pi = 3.1415926536 !這是常量的聲明方法interactive_loop: do !do循環(huán)，F(xiàn)ortran中的循環(huán)可以加標(biāo)簽，如d前面的!interactive_loop就是

7、標(biāo)簽! Prompt the user for radius and height! and read them.write (*,*) 'Enter radius and height.' !屏幕輸出read (*,*,iostat=ierr) radius,height !鍵盤輸入。isotat的值用判斷輸入成功否。! If radius and height could not be read from input,! then cycle through the loop.if (ierr /= 0) then write(*,*) 'Error, invali

8、d input.'cycle interactive_loop !cycle 相當(dāng)于C里的continueend if! Compute area. The * means "raise to a power."area = 2 * pi * (radius*2 + radius*height) ! 指數(shù)運算比C方便! Write the input variables (radius, height)! and output (area) to the screen. write (*,'(1x,a7,f6.2,5x,a7,f6.2,5x,a5,f6.2)

9、') & !"&"表示續(xù)行。這里還顯示了格式化輸出'radius=',radius,'height=',height,'area=',areayn = ' 'yn_loop: do !內(nèi)嵌的另一個do循環(huán)write(*,*) 'Perform another calculation? yn'read(*,'(a1)') ynif (yn='y' .or. yn='Y') exit yn_loopif (yn=

10、'n' .or. yn='N' .or. yn=' ') exit interactive_loopend do yn_loop !結(jié)束內(nèi)嵌do循環(huán)end do interactive_loop end program cylinder Fortran程序的主要結(jié)構(gòu)就是這樣了。一般還會有些module的部分在主函數(shù)前，函數(shù)在主函數(shù)后。三、數(shù)據(jù)類型及基本輸入輸出1、數(shù)據(jù)類型，聲明及賦初值（1）integer： 短整型kind=2, 長整型kind=4 integer(kind=2) : a=3如果聲明成integer: a，則默認(rèn)為長整型。!&qu

11、ot;:" 在聲明并同時賦初值時必須要寫上；類型名后面有形容詞時也必須保留:；其他情況可略去!所謂形容詞，可以看一下這個。比如聲明常數(shù) real，parameter : pi=3.1415926 。parameter就是形容詞。（2）real：單精度kind=4（默認(rèn)），雙精度kind=8 real(kind=8) : a=3.0還有指數(shù)的形式，如1E10為單精度，1D10為雙精度（3）complex 單精度和雙精度 complex(kind=4) b（4）character character(len=10) c !len為最大長度（5）logical logical*2 : d=

12、.ture. (等價于logical(2):d=.ture.)（6）自定義類型type：類似于C中的struct，F(xiàn)ortran 77中給變量賦初值常用DATA命令，可同時給多個變量賦初值data a,b,string /1, 2.0, 'fortran'/與C不同的是，F(xiàn)ortran中變量不聲明也能使用,即有默認(rèn)類型（跟implicit命令有關(guān)）。按照默認(rèn)的定，以i,j,k,l,m,n開頭的變量被定義為integer,其余為real。取消該設(shè)置需在程序聲明部分之前implicit none。彭國倫建議一般都使用該語句。另一點關(guān)于聲明的不同是Fortran有"等價聲明

13、"：integer a,bequivalence(a,b)使得a,b使用同一塊內(nèi)存。這樣可以節(jié)省內(nèi)存；有時可精簡代碼。如：equivalence(很長名字的變量如三維數(shù)組的某個元素，a)，之后使用a來編寫程序就簡潔多了。2、基本輸入輸出輸入：read(*,*) a !從鍵盤讀入 輸出：write(*,*) "text" !在屏幕上輸出。Fortran 77用' text'。Fortan 90中一般" "和' '都可print *，"text" !只能用于屏幕輸出（*,*）完整寫為（unit=*

14、,fmt=*）。其中unit為輸入/輸出位置，如屏幕，文件等；fmt為格式。如這兩項都寫成*，則按默認(rèn)的方式進(jìn)行，即上面描述的。print后面的*表示按默認(rèn)格式輸出。四、流程控制1、運算符（1）邏輯運算符= /= > >= < <= !Fortran 90用法.EQ. .NE. .GT. .GE. .LT. .LE. !Fortran 77用法（2）涉及相互關(guān)系的集合運算符.AND. .OR. .NOT. .EQV. .NEQV. ! 僅.NOT.連接一個表達(dá)式，其余左右兩邊都要有表達(dá)式（可以是logical類型的變量）!.EQV.：當(dāng)兩

15、邊邏輯運算值相同時為真， .NEQV.：當(dāng)兩邊邏輯運算值不同時為真2、IF(1) 基本 ： if(邏輯判斷式) then……end if 如果then后面只有一句，可寫為if(邏輯判斷式) …… !then和end if可省略(2) 多重判斷：if（條件1） then……else if（條件2）then……else if （條件3）then……else……e

16、nd if(3) 嵌套：if(邏輯判斷式) thenif(邏輯判斷式) thenif(邏輯判斷式) thenelse if(邏輯判斷式) then……else……end if end ifend if(4) 算術(shù)判斷：program exampleimplicit nonereal cwrite (*,*) "input a number"read (*,*) cif(c) 10,20,30 !10,20和30為行代碼,根據(jù)c小于/等于/大于0，執(zhí)行10/20/30行10 write (*,*)

17、 "A"goto 40 !goto可實現(xiàn)跳到任意前面或后面的行代碼處，但用多了破壞程序結(jié)構(gòu)20 write (*,*) "B"goto 4030 write (*,*) "C"goto 4040 stopend3、SELECT CASE類似于C的switch語句select case(變量)case（數(shù)值1） ! 比如case(1:5)代表1<=變量<=5會執(zhí)行該模塊…… !case（1，3，5）代表變量等于1或3或5會執(zhí)行該模塊case（數(shù)值2） !括號中數(shù)值只能是

18、integer,character或logical型常量real型…case default……end case4、PAUSE, CONTINUEpause暫停程序執(zhí)行，按enter可繼續(xù)執(zhí)行continue貌似沒什么用處，可用作封裝程序的標(biāo)志五、循環(huán)1、DOdo counter=初值, 終值, 增/減量 !counter的值從初值到終值按增/減量變，…… !counter每取一個值對應(yīng)著一次循環(huán)。增/減量不寫則認(rèn)為1…… …&

19、#8230; !循環(huán)主體也沒有必要用…… end doFortran 77中不是用end do來終止，而是下面這樣子：do 循環(huán)最后一行的行代碼 counter=初值, 終值, 增/減量 …… 行代碼 …… !這是do的最后一行2、DO WHILEdo while(邏輯運算)…… …… end do類似于C中的while(邏輯運算) ……。一開始那個計算圓柱

20、表面積的程序中，應(yīng)該也算是這一類。不過它是通過內(nèi)部的if語句來控制循?？磥硪彩强梢缘?，不過在這本書上沒看到這樣寫。其實應(yīng)該也可以歸于下面這種。3、沒看到和C里面的do……while(邏輯運算); 相對應(yīng)的循環(huán)語句，不過可以這樣，保證至少做一循環(huán)：do while(.ture.)…… …… if(邏輯運算) exit !exit就好比C里面的break。C里的continue在Fortran里是cycleend do4、Fortran的一個特色：帶署名的循環(huán)可以這樣，不易出錯：

21、outer: do i=1,3 inner: do j=1,3…… end do innerend do outer還可以這樣，很方便：loop 1: do i=1,3loop2: do j=1,3if(i=3) exit loop1 !exit終止整個循環(huán)loop1if(j=2) cycle loop2 !cycle跳出loop2的本次循環(huán)，進(jìn)行l(wèi)oop2的下次循環(huán)write(*,*) i,jend do loop2end do loop1還有一些循環(huán)主要用于Fortran中的數(shù)組運算，為Fortran特有，很實用。六、數(shù)組1、數(shù)組的聲明和C不同的是，

22、Fortran中的數(shù)組元素的索引值寫在（）內(nèi)，且高維的也只用一個（），如integer a(5) !聲明一個整型一維數(shù)組real : b(3,6) !聲明一個實型二維數(shù)組類型可以是integer, real, character, logical或type。最高可以到7維。數(shù)組大小必須為常數(shù)。但是和C語言不同，F(xiàn)ortran也有辦法使用大小可變的數(shù)組，方法如：integer, allocatable : a(:) !聲明小可變經(jīng)過某個途徑得知所需數(shù)組大小size之后，用下面的語句：allocate(a(size) !配置內(nèi)存空間之后該數(shù)組和通過一般方法聲明的數(shù)組完全相同。與C不同，F(xiàn)ortra

23、n索引值默認(rèn)為從1開始，而且可以在聲明時改變該規(guī)則：integer a(-3:1) ! 索引值為-3，-2，-1，0，1integer b(2:3,-1:3) !b(23,-13)為可使用的元素2、數(shù)組在內(nèi)存中的存放和C不同，F(xiàn)ortran中的數(shù)組比如a(2,2)在內(nèi)存中存放順序為a(1,1),a(2,1),a(1,2),a(2,2)。原則是放低維的元素，再放高維的元素。此規(guī)則稱為column major。3、賦初值（1）最普通的做法：integer a(5)data a /1,2,3,4,5/或integer : a(5)=(/1,2,3,4,5/)若integer : a(5)=5，則5個

24、元素均為5對于integer : a(2,2)=(/1,2,3,4/) 根據(jù)數(shù)組元素在內(nèi)存中存放的方式，等價于賦值a(1,1)=1,a(2,1)=2,a(1,2)=3,a(2,2)=4（2）利用Fortran的特色：隱含式循環(huán)?？蠢泳兔靼琢?。integer a(5)integer idata (a(i),i=2,4)/2,3,4/ !(a(i),i=2,4)表示i從2到4循環(huán)，增量為默認(rèn)值1還可以這樣：integer iinteger : a(5)=(/1,(2,i=2,4),5/) !五個元素分別賦值為1，2，2，2，5integer : b(5)=(/i, i=1,5/) !五個元素分別

25、賦值為1，2，3，4，還可以嵌套data (a(i,j),i=1,2),j=1,2)=/1,2,3,4/ !a(1,1)=1,1(2,1)=2,a(1,2)=3,a(2,2)=44、操作整個數(shù)組設(shè)a，b為相同類型、維數(shù)和大小的數(shù)組a=5 !所有元素賦值為5a=(/1,2,3/) !這里假設(shè)a為一維，a(1)=1,a(2)=2,a(3)=3a=b !對應(yīng)元素賦值，要求a,b,c維數(shù)和大小相同，下同a=b+c a=b-ca=b*ca=b/ca=sin(b) !內(nèi)部函數(shù)都可以這樣用5、操作部分?jǐn)?shù)組元素a為一維數(shù)組a(3:5)=(/3,4,5/) !a(3)=3,a(4)=4,a(5)=5a(1:5:

26、2)=3 !a(1)=3,a(3)=3,a(5)=3a(3:)=5 !a(3)以及之后的所有元素賦值為5a(1:3)=b(4:6) !類似于這種的要求左右數(shù)組元素個數(shù)相同a(:)=b(:,2) !a(1)=b(1,2),a(2)=b(2,2)，以此類推6、WHEREwhere形式上類似于if，但只用于設(shè)置數(shù)組。設(shè)有兩個同樣類型、維數(shù)和大小的數(shù)組a,bwhere(a<3)b=a !a中小于3的元素賦值給b對應(yīng)位置的元素end where 再如：where(a(1:3)/=0) c=a !略去了end where,因為只跟了一行where可嵌，也 可類似do循環(huán)有署名標(biāo)簽。7、FOR

27、ALL有點像C中的for循環(huán)：forall(triplet1,triplet2 ,triplet3…,mask)其中triplet形如i=2：6：2，表示循環(huán)，最后一個數(shù)字省略則增量為1例如：forall(i=1:5,j=1:5,a(i,j)<10)a(i,j)=1end forall又如： forall(i=1:5,j=1:5,a(i,j)/=0) a(i,j)=1/a(i,j)forall也可以嵌套使用，好比C中for循環(huán)的嵌套。七、函數(shù)Fortran中函數(shù)分兩類：子程序（subroutine）和自定義函數(shù)（function）。自定義函數(shù)本質(zhì)上就是學(xué)上的函

28、數(shù)，一般要傳遞自變量給自定義函數(shù)，返回函數(shù)值。子程序不一定是這樣，可以沒有返值。傳遞參數(shù)要注意類型的對應(yīng)，這跟C是一樣的。1、子程序目的：把某一段經(jīng)常使用的有特定功能的程序獨立出來，可以方便調(diào)用。習(xí)慣上一般都把子程序放在主程序結(jié)束之后。形式：subroutine name (parameter1, parameter2) !給子程序起一個有意義的名字?？梢詡鬟f參數(shù)，這樣可以有返回值。括號內(nèi)也可以空著，代不傳遞參數(shù)。 implicit none integer: parameter1, parameter2 !需要定義一下接收參數(shù)的類型。…… !接下來的程

29、序編寫跟主程序沒有任何別。…… mreturn !跟C不同，這里表示子程序執(zhí)行后回到調(diào)用它的地方繼續(xù)執(zhí)行下面的程序。不一定放在最后?？梢苑旁谧映绦虻钠渌恢?，作用相同；子程序中return之后的部分不執(zhí)行。end subroutine name調(diào)用：使用call命令直接使用，不需要聲明。在調(diào)用處寫：call subroutine name(parameter1,parameter2)注意點：a.子程序之間也可相互調(diào)用。直接調(diào)用就是了，像在主程序中調(diào)用子程序一樣。b.傳遞參數(shù)的原理和C中不同。Fortran里是傳址調(diào)用(call by address/re

30、ference)，就是傳遞時用參數(shù)和子程序中接收時用的參數(shù)使用同一個地址，盡管命名可以不同。這樣如果子程序的執(zhí)行改子程序中接收參數(shù)的值，所傳遞的參數(shù)也相應(yīng)發(fā)生變化。c.子程序各自內(nèi)部定義的變量具有獨立性，類似于C。各自的行代碼也具有獨立性。因此各個子程序主程序中有相同的變量名、行代碼號，并不會相互影響。2、自定義函數(shù)和子程序的明顯不同在于：需要在主程序中聲明之后才能使用。調(diào)用方式也有差別。另外按照慣例用函數(shù)不去改變自變量的值。如果要改變傳遞參數(shù)的值，習(xí)慣上用子程序來做。聲明方式：real, external : function_name一般自定義函數(shù)也是放在主程序之后。形式：function

31、 function_name(parameter1, parameter2)implicit nonereal: parameter1, parameter2 !聲明函數(shù)參數(shù)類型，這是必需的real:function_name !聲明函數(shù)返回值類型，這是必需的………… function_name=…. !返回值的表達(dá)式returnend 也可以這樣直接聲明返回值類型，簡潔些：real function function_name(parameter1, parameter2)implicit n

32、onereal: parameter1, parameter2 !這個還是必需的………… function_name=…. !返回值表達(dá)式returnend 調(diào)用：function_name(parameter1,parameter2)不需要call命令。自定義函數(shù)可以相互調(diào)用。調(diào)用時也需要事先聲明?？傊{(diào)用自定義函數(shù)前需要做聲明，調(diào)用子程序則不需要。3、關(guān)于函數(shù)中的變量（1）注意類型的對應(yīng)。Fortran中甚至可以傳遞數(shù)值常量，但只有跟函數(shù)定義的參數(shù)類型對應(yīng)才會到想要的結(jié)果。如call Sh

33、owReal(1.0)就必須用1.0而不是1。（2）傳遞數(shù)組參數(shù)，也跟C一樣是傳地址，不過不一定是數(shù)組首地址，而可以是數(shù)組某個指定元素地址。比如有數(shù)組a(5)，調(diào)用call function(a)則傳遞a(1)的地址，調(diào)用call function(a(3)則遞a(3)的地址。（3）多維數(shù)組作為函數(shù)參數(shù)，跟C相反的是，最后一維的大小可以不寫，其他維大小必須寫。這決于Fortran中數(shù)組元素column major的存放方式。（4）在函數(shù)中，如果數(shù)組是接收用的參數(shù)，則在聲明時可以用變量賦值它的大小，甚至可以不指定小。例如：subroutine Array(num,size)implicit no

34、neinteger: sizeinteger num(size) !可以定義一個數(shù)組，其大小是通過傳遞過來的參數(shù)決定的。這很實用…… ……returnend（5）save命令：將函數(shù)中的變量值在調(diào)用之后保留下來，下次調(diào)用此函數(shù)時該變量的值就是上次保的值。只要在定義時加上save就行：integer, save : a=1（6）傳遞函數(shù)（包括自定義函數(shù)、庫函數(shù)、子程序都是可以的）。類似于C中的函數(shù)指針需要在主程序和調(diào)用函數(shù)的函數(shù)中都聲明作為參數(shù)傳遞的函數(shù)。如real, external : function !自定義

35、函數(shù)real, intrinsic : sin !庫函數(shù)external sub !子程序（7）函數(shù)使用接口（interface）：一段程序模塊。以下情況必需：a.函數(shù)返回值為數(shù)組b.指定參數(shù)位置來傳遞參數(shù)時c.所調(diào)用的函數(shù)參數(shù)個數(shù)不固定d.輸入指標(biāo)參數(shù)時e.函數(shù)返回值為指針時。具體用法結(jié)合例子容易看懂。例子都很長?？磿?。4、全局變量功能就不用說了。原理：根據(jù)聲明時的相對位置關(guān)系而取用，不同與C中根據(jù)變量名使用。如果在主程序中定義：integer : a,bcommon a,b !就是這樣定義全局變量的在子程序或自定義函數(shù)中定義：integer : c,dcommon c,d則a和c共用相同

36、內(nèi)存，b和d共用相同內(nèi)存。全局變量太多時會很麻煩?？梢园阉鼈?nèi)藶闅w類，只需在定義時在common后面加上區(qū)間名。如common /groupe1/ a, common /group2/ b。這樣使用時就不必把所有全局變量都列出來，再聲common /groupe1/ c就可以用a、c全局變量了。可以使用block data程序模塊。在主程序和函數(shù)中不能直接使用前面提到的data命令給全局變量賦初值?？梢越o它們各自賦初值；如果要使用data命令必須要這樣：block data nameimplicit noneinteger a,b,creal d,ecommon a b ccommon /gr

37、oup1/ d,edata a,b,c,d,e /1,2,3,4.0,5.0/end block data name5、ModuleModule不是函數(shù)。它用于封裝程序模塊，一般是把具有相關(guān)功能的函數(shù)及變量封裝在一起。用法很單，但能提供很多方便，使程序變得簡潔，比如使用全局變量不必每次都聲明一長串，寫在odule里調(diào)用就行了。Module一般寫在主程序開始之前。形式：module module_name…………end module module_name使用：在主程序或函數(shù)中使用時，需要在聲明之前先寫上一行：use

38、 module_name.Module中有函數(shù)時必須在contains命令之后（即在某一行寫上contains然后下面開始寫數(shù)，多所有函數(shù)都寫在這個contains之后）。并且module中定義過的變量在module里的函數(shù)中可直接使用，函數(shù)之間也可以直接相互調(diào)用，連module中的自定義函數(shù)在被調(diào)用時也不用先聲明。6、include放在需要的任何地方，插入另外的文件(必須在同一目錄下)。如：include 'funcion.f90'八、文件1、文本文件Fortran里有兩種讀取文件的方式，對應(yīng)于兩種文件順序讀取：用于文本文件直接讀?。河糜诙M(jìn)制文件這里只摘錄關(guān)于文本文件的讀取。一般模式如下。character(len