fortran程序設計.第3章

FORTRAN語言

--FORTRAN77結(jié)構(gòu)化程序設計講師：徐紅波Email:3.1常量所謂常量是指其值始終不變的量，例如3，5.6，-8在FORTRAN中允許使用下面六種常量： （1）整型常量 （2）實型常量 （3）雙精度常量 （4）復型常量 （5）邏輯型常量 （6）字符型常量。3.1.1整型常量

整型常量，又稱整型常數(shù)或整數(shù)(integer)。它是一個正的或負的或零的數(shù)。例如5，-8，+123。 FORTRAN中的整數(shù)不應包括小數(shù)點。整數(shù)可以包括數(shù)符，也可以不包括數(shù)符。 常數(shù)中各數(shù)字之間的空格不起作用。 常數(shù)中不允許加入逗號。3.1.2實型常量

實型常量，又稱實數(shù)(real)。 實數(shù)有兩種表示形式：

(一)小數(shù)形式：例如+12.3，-68.56，3.75，0.0等。 它由一個或多個數(shù)字和一個小數(shù)點組成。 小數(shù)點前或小數(shù)點后可以不出現(xiàn)數(shù)字，但不能小數(shù)點前后都不出現(xiàn)數(shù)字。 例如+0.8，-8.0，0.0，60.，.36，.0合法

18，36，7，.非法。 (二)指數(shù)形式： 數(shù)字部分和指數(shù)部分，例如：12.3E8，0.91E-30。 數(shù)字部分可以是不帶小數(shù)點的整數(shù)形式，也可以是帶小數(shù)點的實數(shù)，例如3E5，3.0E5均合法。 指數(shù)不能為小數(shù)，例如3E5.6，8.6E-3.7不合法。 指數(shù)部分不能單獨用來代表一個常數(shù)，例如E12。3.2變量

3.2.1變量的概念

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。 在程序中用到的變量，應該給它賦予確定的值，否則它有一個不確定的值。3.2.2變量名

一個變量需要用一個名字（變量名）來識別。

FORTRAN的變量名按以下規(guī)定選定：

1、第一個字符必須是字母；

2、在一個字母后面可以跟1~5位數(shù)字或字母。 例如：A，X1，ABCD，CHINA，RATE，TOTAL，G861是合法的，而3X，X+Y，WAN-LI，-6B，U.S.A，DR.LI是不合法的。

選用變量名時注意： （1）在變量名中大寫與小寫是等價的，例如TOTAL，Total，total都代表同一個變量。 （2）變量名的字符之間可以插入空格，例如：AMOUNT和AMOUNT都代表同一個變量AMOUNT。 （3）變量名應盡量做到見名知義，例如：GRADE代表等級，AVER代表平均值，AMOUNT代表金額。（4）FORTRAN77沒有規(guī)定保留字，即可以用FORTRAN中的函數(shù)名或語句定義符作變量名，例如：

SIN=3.5 PRINT*,SIN

或

READ*,PRINT PRINT*,PRINT3.2.3變量類型

常量是分為類型的，而變量是用來存放常量的，因此變量也相應地區(qū)分為整型變量、實型變量、雙精度型變量、復型變量、邏輯型變量、字符型變量。整型變量用來存放整型常量，實型變量用來存放實型常量。

在程序中應當說明哪些變量是整型變量，哪些變量是實型變量。變量在內(nèi)存中所占的字節(jié)數(shù)和數(shù)據(jù)存儲形式與相應類型的常數(shù)相同。

規(guī)定變量的類型可以用以下幾種方法：1、隱含約定-I-N規(guī)則

FORTRAN規(guī)定：在程序中的變量名，凡以字母I，J，K，L，M，N六個字母開頭的，即認為該變量為整型變量。以其它字母開頭的變量為實型變量。 例如下面變量為整型變量：

I，J，IMAX，NUMBER，LINE，JOB，K1

而下面的變量為實型變量：

B1，COUNT，AMOUNT，YOUNG，TOTAL，BOOK，DG342、用類型說明語句確定變量類型

FORTRAN中有六個類型說明語句：

INTEGER語句（整型說明語句）

REAL語句（實型說明語句）

DOUBLEPRECISION語句（雙精度說明語句）

COMPLEX語句（復型說明語句）

LOGICAL語句（邏輯型說明語句）

CHARACTER語句（字符型說明語句） 例如： INTEGERA,SUM,TOTAL3.隱含說明語句IMPLICIT語句 IMPLICITINTEGER(A,C,T-V) IMPLICITREAL(I,J) IMPLICITINTEGER(A,B),REAL(I,K)說明：1、類型說明語句最優(yōu)先，IMPLICIT語句次之，I-N規(guī)則最低。 例如：

IMPLICITREAL(I,J) INTEGERIMAX2、IMPLICIT語句和類型說明語句應該出現(xiàn)在程序單位中的所有執(zhí)行語句的前面，IMPLICIT語句又應該在所有的類型說明語句的前面。

3.3FORTRAN函數(shù)

用FORTRAN解題往往要用到一些專門運算，如求三角函數(shù)sinx，cosx，求，絕對值|x|，對數(shù)lnx，指數(shù)ex，求一組數(shù)中最大數(shù)和最小數(shù)。FORTRAN提供了一些系統(tǒng)函數(shù)來完成這些運算。程序設計者不必自己設計進行這些運算的語句組（即程序段或子程序），只需寫出一個函數(shù)的名字以及給出一個或若干個自變量，就可以得到所需的值。例如：

SQRT(4.0) SIN(2.0)EXP(3.5)LOG(3.0)例[3-1] PROGRAMFUNCTIONS PRINT*,SIN(1.0) PRINT*,TAN(1.0) PRINT*,ATAN(1.0) PRINT*,LOG(3.0) PRINT*,INT(8.6) PRINT*,INT(-8.6) PRINT*,MOD(8,3)

PRINT*,SIGN(4.0,-0.5) PRINT*,SIGN(-4.0,0.5) PRINT*,REAL(8) PRINT*,MAX(8,6,7,15,-1) PRINT*,MIN(8,6,7,15,-1) END3.4FORTRAN算術(shù)表達式

3.4.1算術(shù)運算符和運算優(yōu)先級

五種算術(shù)運算符號：+-*/**

不同的運算符按以下優(yōu)先級次序：

**最高*,/次之+,-最低 同一優(yōu)先級的兩個運算，按“先左后右”原則。 例如：

3+5-6.0*8.0/4**2

3.4.2FORTRAN算術(shù)表達式的含義和表示方法

所謂表達式是指一個或多個運算的組合。表達式是由運算符和括號將各運算元素（常量、變量、函數(shù)、數(shù)組元素）連接起來的一個有值的式子。

FORTRAN允許使用四種表達式： 算術(shù)表達式 關系表達式 邏輯表達式 字符表達式

算術(shù)表達式中各運算元素都是算術(shù)量，使用的運算符只能是算術(shù)運算符，表達式的值也是一個算術(shù)量（即數(shù)值）。例如：

(A-B)/C**2+SIN(X+Y)

表3.4是對表達式書寫的正誤比較，供讀者參考。3.4.3表達式運算中的類型問題 FORTRAN允許不同類型的算術(shù)量（包括整型、實型、雙精度、復型）之間的算術(shù)運算，但不允許在算術(shù)量和非算術(shù)量（如邏輯型、字符型）之間進行算術(shù)運算。例如2*3.5是允許的。2為整型量，3.5為實型量，那么它的乘積是什么類型的呢？ FORTRAN作如下規(guī)定：1、同類型的算術(shù)量之間運算的結(jié)果仍保持原類型。2、如果參加運算的兩個算術(shù)量為不同類型，則將它們轉(zhuǎn)換成同一類型，然后進行運算。轉(zhuǎn)換的規(guī)律是：將低級類型轉(zhuǎn)換為高級類型。類型的級別如下：整型低，實型高。 如果有：5*6.5，則系統(tǒng)先將5轉(zhuǎn)換為5.0，然后乘以6.5得32.5，為實型數(shù)。5*6.0的值為30.0。3.4.4運算的誤差問題 整型量的運算是準確的，沒有任何誤差（只要在整數(shù)范圍內(nèi)）。而實型量的運算會出現(xiàn)一些誤差。 例如：11111.1*1111.11 0.001.0-1246820.0 總之，在實數(shù)運算中應充分考慮到其可能出現(xiàn)的誤差，而且在運算過程中誤差會不斷積累而增大，有時可能達到一個可觀的程度。 整型量的運算速度比實數(shù)快而且不出現(xiàn)誤差，但整數(shù)的范圍有限。用實數(shù)運算速度慢而且有誤差。如果想保持大的表數(shù)范圍又有較高的準確度，應增加有效位數(shù)，可采用雙精度型數(shù)，其有效位數(shù)可達16~17位以上。 3.5賦值語句

3.5.1賦值語句的性質(zhì)和作用

賦值語句的作用是將一個確定的值賦給一個變量。其一般格式為：

v=e

變量=表達式 例如

A=3.14159*R**2

賦值語句有三類：算術(shù)賦值語句；邏輯賦值語句；字符賦值語句。 賦值語句中的“=”號是“賦值”的符號。將賦值號右邊的表達式的值賦給左邊的變量。例如：A=3.6的作用是3.6A。 算術(shù)賦值語句兼有計算和賦值雙重功能。即先計算出表達式的值；然后將該值賦給一個變量。 根據(jù)賦值語句的性質(zhì)可以看出：賦值號左邊只能是變量名（或數(shù)值元素名），而不能是表達式，賦值號右邊可以是常量、變量或表達式（常量或變量是表達式的最簡單的形式）。賦值號兩側(cè)的內(nèi)容不能任意調(diào)換。

下面兩個程序作用是不同的：

程序1 PROGRAMASIGNMENT A=1.0 B=2.0 A=B PRINT*,A,B END程序2 PROGRAMASIGNMENT A=1.0 B=2.0 B=A PRINT*,A,B END3.5.2執(zhí)行賦值語句時的類型轉(zhuǎn)換問題

一個算術(shù)賦值語句中的被賦值的變量和表達式的類型可以相同，也可以不相同。FORTRAN作如下規(guī)定：1、如果變量與表達式的類型相同，則直接進行賦值。如：

I=3 A=5.7*T2、如果類型不同，則應先進行表達式的求值，然后將該表達式的值轉(zhuǎn)換為被賦值變量的類型。如：

I=3.5*2.1 T=3*5/73、當賦值號兩側(cè)的類型不同時，往往會產(chǎn)生預想不到的結(jié)果。如：

IMAX=13.7*2.53.６簡單的輸出語句

3.6.1輸出語句的作用和分類

程序的作用是對輸入的數(shù)據(jù)進行加工處理，然后將結(jié)果輸出。最常用的輸出是顯示?？捎肞RINT語句實現(xiàn)打印輸出。 輸出一個或多個數(shù)據(jù)時需要通知系統(tǒng)以下信息： （1）輸出哪些數(shù)據(jù)； （2）用什么格式輸出（如每個數(shù)據(jù)占多少列，小數(shù)部分占多少列，是用小數(shù)形式輸出還是用指數(shù)形式輸出？） （3）在什么設備上輸出。 如果已確定用顯示器輸出，可以用PRINT語句，用PRINT語句意味著只能在顯示器輸出。在PRINT語句中將上面提到的第1、2個信息告之系統(tǒng)。FORTRAN的輸出格式有以下三類：(1)按用戶指定的格式輸出；(2)系統(tǒng)隱含的標準格式輸出（又稱表控格式）；(3)無格式的輸出，即以二進制形式輸出，只適用于向磁盤、磁帶等輸出。3.6.2表控輸出語句

表控輸出是表控格式輸出的簡稱。即由計算機系統(tǒng)隱含規(guī)定了輸出的格式。用這種方式輸出數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)自動地分別為每一個不同類型的數(shù)據(jù)規(guī)定所占的列數(shù)和表數(shù)形式（例如實數(shù)是用小數(shù)形式輸出還是用指數(shù)形式輸出，小數(shù)點位置在何處等）。例如： 假若I=45,J=128 PRINT*,I,J

假若A=13.567,B=-186.75 PRINT*,A,B

假若A=162×1025，Ｂ＝-11.72×10-13 PRINT*,A,B3.7簡單的輸入語句

3.7.1輸入語句的作用和分類

所謂輸入是指從外部設備上將數(shù)據(jù)輸?shù)接嬎銠C內(nèi)存中。向計算機輸入數(shù)據(jù)又叫做“計算機從外部設備讀入數(shù)據(jù)”，輸出數(shù)據(jù)又叫做“向外部設備寫數(shù)據(jù)”。 FORTRAN用READ語句實現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)。與輸出一樣，有三種類型的輸入：（1）數(shù)據(jù)按用戶規(guī)定的格式輸入；（2）用自由格式輸入（又稱表控輸入）；（3）無格式輸入，即以二進制形式輸入，只適用從磁盤或磁帶輸入。3.7.2表控輸入語句

表控輸入又稱自由格式輸入，用戶不必指定輸入數(shù)據(jù)的格式，只需將數(shù)據(jù)按其合法形式依次輸入即可，數(shù)據(jù)間以逗號或空格間隔。例如有一輸入語句：

READ*,I,J,A,B “*”號表示“表控輸入”，要求從系統(tǒng)隱含指定的輸入設備上讀入兩個整型數(shù)給I和J，讀入兩個實數(shù)給A和B?？梢詮逆I盤輸入以下數(shù)據(jù)：

3,10,7.5,-15.8

或：3107.5-15.8 注意：（1）應該保證從輸入設備輸入READ語句中所要求的數(shù)據(jù)：

1）輸入數(shù)據(jù)的個數(shù)應當不少于READ語句中變量的個數(shù)；

2）輸入數(shù)據(jù)的類型要與READ語句中相應的變量的類型一致。如果在輸入的第一個數(shù)據(jù)行上數(shù)據(jù)個數(shù)少于READ語句變量的個數(shù)，則系統(tǒng)會繼續(xù)從第二個輸入的數(shù)據(jù)行中讀數(shù)，依此類推。（2）若輸入的數(shù)據(jù)個數(shù)多于所需的個數(shù)，則多余的數(shù)據(jù)不起作用。例如，輸入以下數(shù)據(jù)：3,10,7.5,-15.8,30,70.6（3）每一個READ語句都是從一個新的輸入行開始讀數(shù)的。例如

READ*,I,J READ*,A,B READ*,X,Y

如果輸入：

3,10,7.5,-15.8 70.6,8.5（4）如果在輸入數(shù)據(jù)行中出現(xiàn)“/”號，表示對READ語句的輸入到此結(jié)束，未被賦值的變量不予賦值。如：

READ*,I,J,A,B

輸入數(shù)據(jù)為：

3,10/7.5,-15.8（5）在一個數(shù)據(jù)的數(shù)字之間不要插入空格，因此空格是數(shù)據(jù)間的分隔符。例如對上述READ語句輸入以下數(shù)據(jù)：

15,718,76.3,65.8（6）前已提及：數(shù)據(jù)類型應與變量類型一致，如果變量為整型而輸入數(shù)據(jù)為實型數(shù)，則按出錯處理。如果變量為實型，輸入數(shù)據(jù)為整型數(shù)，許多系統(tǒng)是通融的，先自動將它變成實數(shù)然后輸入給實型變量，如：

READ*,A,B

輸入：

168,2473.8參數(shù)語句（PARAMETER語句）

在程序中常要多次用到某些常數(shù)，例如=3.1415926，若每次用到時都重復寫3.1415926，是不方便的，F(xiàn)ORTRAN77允許用一個名字來代表一個常量，例如可以指定用PI來代表3.1415926，在本程序單位中用到PI時，它就代表3.1415926，這個PI稱為“符號常量”或“符號常數(shù)”，即用一個符號來代表一個常量。

FORTRAN規(guī)定用PARAMETER語句來定義符號常量。 例如：PARAMETER(PI=3.1415926)

PARAMETER語句與賦值語句不同，它是非執(zhí)行語句，在程序定義一個符號常量后，不能再改變它的值。例如下面這樣是錯誤的：

PI=0.5或READ*,PI PARAMETER語句應寫在所有執(zhí)行語句之前。符號常量的定名規(guī)則與定變量名相同。名字本身隱含類型，也遵循I-N規(guī)則?？梢杂妙愋驼Z句定義符號常量的類型，例如：

INTEGERP PARAMETER(P=5)

注意，先寫類型語句，后寫參數(shù)語句。在一個參數(shù)語句中可以定義多個符號常量。如

PARAMETER(A=0.5,N=50,J=30)

用符號常量好處是：若需要改變某一常量，不需一一改變這個常量，只需改變參數(shù)語句中符號常量的值則可。例如：

PARAMETER(PRICE=3.5) COST1=PRICE*NUM1 COST2=PRICE*NUM2 COST3=PRICE*NUM3

單價PRICE調(diào)整時，不必一一修改賦值語句，只需將參數(shù)語句中的PRICE=3.5改為PRICE=5.1即可，一改全改，不會由于遺漏某一處未改而出錯。 符號常量可以是數(shù)值型、邏輯型、字符型。 符號常量不能作為語句標號，也不能出現(xiàn)在FORMAT語句中代替常數(shù)。除此之外，凡出現(xiàn)常量處均可用符號常量代替。3.9END語句、STOP語句和PAUSE語句

3.9.1END語句FORTRAN77中END語句的作用：（1）結(jié)束程序單位的運行；（2）作為程序單位的結(jié)束標志。

END語句應該出現(xiàn)在本程序單位中的最后一行。一個程序單位中只能有一個END語句。 在主程序中的END語句是使程序停止運行，控制回到操作命令狀態(tài)。在子程序中的END，一方面作為子程序的結(jié)束標志，一方面使流程返回到調(diào)用程序（接著執(zhí)行調(diào)用程序中的其它語句）。即它兼有RETURN語句的功能。3.9.2STOP語句 STOP語句是“停止運行”，一個程序單位中可以有多個STOP語句，執(zhí)行到任一個STOP語句時程序即停止運行。在子程序中如果有STOP語句，使整個程序停止運行而不是使控制返回主程序。 在一個程序中含有多個STOP語句時，為了使程序員能清晰地辨別出是哪一個STOP語句使程序停止運行的，需要在執(zhí)行STOP時，輸出所需的信息。STOP語句的形式：

STOP[n]

例如：

STOP123

或 STOP‘A’

則在程序停止運行時輸出信息“123”或“A”，由此辨別程序的流程。注意：STOP語句中的“n”是寫一個不超過5位的無符號整數(shù)或一個字符串。而且它是可選的。3.9.3PAUSE語句 PAUSE語句是暫停語句，使程序“暫時停止執(zhí)行”，但不是“結(jié)束運行”。系統(tǒng)只是把程序的執(zhí)行暫時“掛起來”，等待程序操作員輸入其它操作命令。在程序設計中，有時有意在程序中加幾個PAUSE語句，即設幾個“斷點”，把程序分成幾段，調(diào)試程序時一段一段地檢查，比如第