第二章Fortran語(yǔ)言基礎(chǔ)

第2章FORTRAN語(yǔ)言基礎(chǔ),字符集與保留字基本數(shù)據(jù)類(lèi)型常量與變量運(yùn)算符與表達(dá)式及語(yǔ)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(yǔ)句,保留字,運(yùn)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(yǔ)句中不區(qū)分大小寫(xiě)字母，如REAL何real或Real是一樣的。,2.保留字保留字（也稱(chēng)關(guān)鍵字）是FORTRAN90/95中具有特定意義的字符串。如：語(yǔ)句關(guān)鍵字、內(nèi)部函數(shù)名,（1）語(yǔ)句關(guān)鍵字如語(yǔ)句“IF(ATHEN”中的“IF”和“THEN”是語(yǔ)句保留字。類(lèi)似的保留字有：PROGRAM、INTEGER、REAL、READ、PRINT、WRITE、DO、END、SUBROUTINE、FUNCTION等。（詳見(jiàn)P445）,（2）內(nèi)部函數(shù)名如“ABS”、“SIN”、“LOG”等（詳見(jiàn)P456-459）,注意：FORTRAN90/95允許保留字作為其他實(shí)體的名稱(chēng)（變量名、數(shù)組名、函數(shù)名、程序名等）如：語(yǔ)句“PROGRAMPROGRAM”中第一個(gè)“PROGRAM”將被編譯程序識(shí)別為保留字，第二個(gè)“PROGRAM”將被識(shí)別為實(shí)體名稱(chēng)（主程序單元名）。,1.FORTRAN提供的數(shù)據(jù)類(lèi)型,不同類(lèi)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(shuō)明數(shù)據(jù)的特性。,2.2基本數(shù)據(jù)類(lèi)型,2.數(shù)據(jù)類(lèi)型有四個(gè)性質(zhì)：（1）每個(gè)數(shù)據(jù)類(lèi)型有一個(gè)唯一的名稱(chēng)。（2）每個(gè)數(shù)據(jù)類(lèi)型規(guī)定了一個(gè)取值范圍（值的集合）（3）每個(gè)數(shù)據(jù)類(lèi)型規(guī)定了其常量數(shù)據(jù)的表示方法（4）每個(gè)數(shù)據(jù)類(lèi)型規(guī)定了一組操作,在程序運(yùn)行過(guò)程中，其值不能被改變的量稱(chēng)為常量，它在程序中直接生成并直接用于計(jì)算和處理。整型常量、實(shí)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(lèi)型（1）整型常量整型常量又稱(chēng)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(shí)型常量實(shí)型常量即實(shí)型常數(shù)或簡(jiǎn)稱(chēng)為實(shí)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(shí)數(shù)不足以表示一個(gè)數(shù)的大小或精度時(shí)，可以用雙精度實(shí)數(shù)表示，只是將實(shí)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(shí)數(shù)。,（3）復(fù)型常量復(fù)型常量即復(fù)型常數(shù)或簡(jiǎn)稱(chēng)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(duì)單引號(hào)（撇號(hào)）或雙引號(hào)括起來(lái)的若干個(gè)非空字符串為字符型常量，又稱(chēng)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(xiě)，a和A是不同的字符常量。,（1）字符串中含有撇號(hào)如：Imaboy.“Imaboy.”（2）字符串長(zhǎng)度（字符串中的空格是有意義）如Imaboy.的長(zhǎng)度為10為空串而則為長(zhǎng)度為1,3.邏輯型常量邏輯常量?jī)H有兩個(gè)，.TRUE.和.FALSE.注意：對(duì)于邏輯值.TRUE.，在其存儲(chǔ)單元字節(jié)內(nèi)每位為“1”，可視為整數(shù)值-1，對(duì)于邏輯值.FALSE.，在其存儲(chǔ)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(yùn)算。如:7+.FALSE.，結(jié)果仍為7。1+.TRUE.，結(jié)果則為0,4.符號(hào)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(yùn)行期間其值是可以變化的量，系統(tǒng)為程序中的每一個(gè)變量開(kāi)辟一個(gè)存儲(chǔ)單元，用來(lái)存放變量的值。2、變量的命名FORTRAN中規(guī)定須以字母開(kāi)頭，后可接多達(dá)30個(gè)字母、數(shù)字或下劃線(xiàn)。,2.4變量,下面列出的是合法的標(biāo)識(shí)符，可以作為變量名：Sum,average,student_name,BASIC下面是不合法的標(biāo)識(shí)符和變量名：_total,M.D.John,H1N1,integer,3、變量的類(lèi)型變量也相應(yīng)的分為五種類(lèi)型：（1）整型變量（2）實(shí)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(yǔ)句：INTEGER(KIND=2)a,b,c,d!聲明KIND值為2的4個(gè)整型變量INTEGER(1)e!聲明KIND值為1的1個(gè)整型變量INTEGERf!聲明KIND值為4（缺?。┑?個(gè)整型變量INTEGER:g=123!聲明KIND值為4（缺?。┑?個(gè)整型變量且初值為123注意：符號(hào)在聲明中可有可無(wú)。若有，則可賦初值，否則不可賦初值。如聲明語(yǔ)句“INTEGERg=123”是非法語(yǔ)句。,（1）整型變量,下面為合法聲明實(shí)型變量語(yǔ)句REAL(KIND=4)a,b,c,d!聲明KIND值為4的4個(gè)實(shí)型變量REAL(8)e!聲明KIND值為8的1個(gè)實(shí)型變量REALf!聲明KIND值為4（缺省）的1個(gè)實(shí)型變量REAL:g=1.23!聲明KIND值為4（缺?。┑?個(gè)實(shí)型變量且賦初值為1.23,注意：符號(hào)在聲明中可有可無(wú)。若有，則可賦初值，否則不可賦初值。如聲明語(yǔ)句“REALg=1.23”是非法語(yǔ)句。KIND值為8的實(shí)型變量為雙精度變量，可由DOUBLEPRECISION聲明取代。,（2）實(shí)型變量,下面為合法聲明復(fù)型變量語(yǔ)句：COMPLEX(KIND=4)a,b,c,d!聲明KIND值為4的4個(gè)復(fù)型變量COMPLEX(8)e!聲明KIND值為8的1個(gè)復(fù)型變量COMPLEXf!聲明KIND值為4（缺?。┑?個(gè)復(fù)型變量COMPLEX:g=(3,4)!聲明KIND值為4（缺?。┑?個(gè)復(fù)型變量,且賦初值為（3，4）。注意：符號(hào)在聲明中可有可無(wú)。若有，則可賦初值，否則不可賦初值。如聲明語(yǔ)句“COMPLEXg=(3,4)”是非法語(yǔ)句。,（3）復(fù)型變量,下面為合法聲明字符型變量語(yǔ)句：CHARACTERa!聲明長(zhǎng)度為1（缺?。┑?個(gè)字符型變量CHARACTER(8)b,c!聲明長(zhǎng)度為8的2個(gè)字符型變量CHARACTER(LEN=4)e,f,g!聲明長(zhǎng)度為4的3個(gè)字符型變量CHARACTER*6h!聲明長(zhǎng)度為6的1個(gè)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(yǔ)句CHARACTER*7h=“student”則為非法語(yǔ)句。,（4）字符型變量,下面為合法聲明邏輯型變量語(yǔ)句：LOGICAL(KIND=4)a!聲明KIND值為4的1個(gè)邏輯型變量LOGICAL(4)a!聲明KIND值為4的1個(gè)邏輯型變量LOGICALa!聲明KIND值為4（缺?。┑?個(gè)邏輯型變量LOGICAL:a=.True.!聲明KIND值為4（缺省）的1個(gè)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(lèi)型需要通過(guò)類(lèi)型聲明語(yǔ)句來(lái)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(kāi)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(kāi)頭的變量被默認(rèn)為實(shí)型變量，如：id為整型變量，而total則為實(shí)型變量。,FORTRAN90/95中一般不提倡使用，通過(guò)在程序變量說(shuō)明之前加入：IMPLICITNONE語(yǔ)句來(lái)取消I-N規(guī)則。,IMPLICIT語(yǔ)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(lèi)型功能，所有變量都要事先聲明IMPLICITINTEGER(a,b,c)!a,b,c開(kāi)頭的變量都認(rèn)為是整型IMPLICITREAL(m-p)!m到p開(kāi)頭的變量都認(rèn)為是實(shí)型,注意：以上三種方法中，以類(lèi)型顯式聲明語(yǔ)句最優(yōu)先，IMPLICIT語(yǔ)句次之，“I-N規(guī)則”的隱含約定級(jí)別最低。類(lèi)型說(shuō)明語(yǔ)句和IMPLICIT語(yǔ)句都是非執(zhí)行語(yǔ)句。類(lèi)型說(shuō)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(xiě)在聲明的變量后面。使用這個(gè)方法來(lái)設(shè)置初值時(shí)，不能省略定義語(yǔ)句中間的冒號(hào)。如：,在FORTRAN77中則使用DATA命令來(lái)設(shè)置初始值，如：,1.運(yùn)算符號(hào),2.5運(yùn)算符與表達(dá)式,2.算術(shù)運(yùn)算符及其表達(dá)式+（正號(hào)或加號(hào)）、-（負(fù)號(hào)或減號(hào)）、*（乘號(hào)）、/（除號(hào)）、*（乘方）。不同的運(yùn)算符有優(yōu)先級(jí)次序。,例如：(a-b)/c*2+sin(x+y)。請(qǐng)注意：（1）由于用“/”號(hào)作為除號(hào)，因此在寫(xiě)除法運(yùn)算式子時(shí)應(yīng)加上必要的括號(hào)。（2）乘號(hào)不能省略，如asinx，必須寫(xiě)成a*sin(x)。（3）FORTRAN中無(wú)大、中、小括號(hào)之分，一律用小括號(hào)。（4）乘方按“先右后左”原則處理。（5）對(duì)單項(xiàng)運(yùn)算符（正號(hào)或負(fù)號(hào)）相當(dāng)于在它前面有一個(gè)運(yùn)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(yùn)算的規(guī)則：（1）同類(lèi)型的操作數(shù)之間運(yùn)算的結(jié)果仍保持原類(lèi)型。特別要注意：兩個(gè)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(xiě)為5*（1./3.）而不是5*（1/3）。（2）如果參加運(yùn)算的兩個(gè)操作數(shù)為不同類(lèi)型，則編譯系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將它們轉(zhuǎn)換成同一類(lèi)型后進(jìn)行運(yùn)算。轉(zhuǎn)換的規(guī)律是：將低級(jí)類(lèi)型轉(zhuǎn)換成高級(jí)類(lèi)型。類(lèi)型的轉(zhuǎn)換時(shí)從左向右進(jìn)行的，在遇到不同類(lèi)型的操作數(shù)時(shí)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(lèi)型和級(jí)別,3.關(guān)系運(yùn)算符及其表達(dá)式,格式為：表達(dá)式1關(guān)系運(yùn)算符表達(dá)式2有以下幾點(diǎn)說(shuō)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(yùn)算前將其轉(zhuǎn)換成同一類(lèi)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(yùn)算前將其轉(zhuǎn)換成等長(zhǎng)字符串，不足末尾補(bǔ)足空格。（3）復(fù)數(shù)的關(guān)系運(yùn)算只有兩種：等于和不等于。（4）對(duì)算術(shù)表達(dá)式進(jìn)行關(guān)系運(yùn)算，根據(jù)它們值的大小決定運(yùn)算結(jié)果。（5）對(duì)字符表達(dá)式進(jìn)行關(guān)系運(yùn)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(yùn)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(yǔ)句是非法語(yǔ)句。LOGICALflag1,flag2flag1=1.5!類(lèi)型不一致flag2=china!類(lèi)型不一致,(3)字符賦值語(yǔ)句賦值號(hào)左邊變量和右邊表達(dá)式類(lèi)型均為字符型。例如：下面語(yǔ)句是合法語(yǔ)句。CHARACTER*7strstr=studentstr=Heisa/student例如：下面語(yǔ)句是非法語(yǔ)句。CHARACTER*7strstr=student+125!125是整數(shù)不能與字符串進(jìn)行加法運(yùn)算str=125+3*20！右邊不能為算術(shù)運(yùn)算表達(dá)式str=a100.AND.p！右邊不能為邏輯運(yùn)算表達(dá)式,當(dāng)右邊表達(dá)式長(zhǎng)度與左邊變量長(zhǎng)度不同時(shí):當(dāng)右邊表達(dá)式長(zhǎng)度小于左邊變量長(zhǎng)度，將表達(dá)式運(yùn)算后的結(jié)果長(zhǎng)度強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為左邊變量長(zhǎng)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(zhǎng)度大于左邊變量長(zhǎng)度，將表達(dá)式運(yùn)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(yǔ)句后，str1值是“is”,str2值是“chi”。,(4)DATA賦值語(yǔ)句DATA語(yǔ)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(duì)DATA語(yǔ)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(gè)連續(xù)相同的變量可以簡(jiǎn)寫(xiě)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(gè)數(shù)相同，類(lèi)型一一對(duì)應(yīng)。例如：DATAa,b,c,d/3.0,2*2.0/,i/3.0/上面的賦值是錯(cuò)誤的。,如果在一個(gè)程序單位中有多個(gè)DATA語(yǔ)句給同一個(gè)變量賦初值，則以最后一個(gè)DATA語(yǔ)句中所賦的初值為準(zhǔn)。例如，在一個(gè)程序單元中有以下DATA語(yǔ)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(gè)DATA語(yǔ)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(yǔ)句(1)PROGRAM語(yǔ)句FORTRAN允許編程人員為自己的程序定義一個(gè)名字，其語(yǔ)句格式是：PROGRAM程序名PROGRAM語(yǔ)句可以省略，如果不省略必須放在該程序塊的第一個(gè)語(yǔ)句位置。,(2)END語(yǔ)句END語(yǔ)句在FORTRAN中是可執(zhí)行語(yǔ)句，它有三個(gè)功能：作為一個(gè)程序塊的結(jié)束標(biāo)志。主程序中END語(yǔ)句表示整個(gè)程序的終止執(zhí)行語(yǔ)句。子程序中執(zhí)行END語(yǔ)句，作用與返回語(yǔ)句RETURN語(yǔ)句作用相同。每個(gè)程序單元必須有一個(gè)END語(yǔ)句在該程序單元的最后一行。,(3)STOP語(yǔ)句和PAUSE語(yǔ)句STOP語(yǔ)句：作為一個(gè)程序塊的結(jié)束標(biāo)志。STOP語(yǔ)句的一般形式為：STOPn其中，n為在執(zhí)行STOP語(yǔ)句時(shí)所輸出的信息。PAUSE語(yǔ)句：暫停語(yǔ)句，用于暫停程序的運(yùn)行，但不結(jié)束程序的運(yùn)行，當(dāng)需要從暫停處恢復(fù)運(yùn)行時(shí)，按一個(gè)回車(chē)鍵即可。PAUSE語(yǔ)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(shuō)明表中內(nèi)部函數(shù)的使用：,它是FORTRAN輸入、輸出中最簡(jiǎn)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(hù)規(guī)定的數(shù)據(jù)格式輸入、輸出。故也稱(chēng)可控格式（或有格式）的輸入、輸出。（3）無(wú)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(jì)算機(jī)內(nèi)存與磁盤(pán)、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(yǔ)句表控輸入不必指定輸入數(shù)據(jù)的格式，所以又稱(chēng)為自由格式輸入，其一般形式為：READ*,輸入表其中，“*”號(hào)表示表控輸入；而輸入表（如不同類(lèi)型的變量，中間用逗號(hào)分隔開(kāi)）則用來(lái)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(duì)應(yīng)關(guān)系。,例如：a,b為實(shí)型，m,n為整型READ*,a,b,m,n可以從鍵盤(pán)輸入以下數(shù)據(jù)：3.7，-1.8，24，10（數(shù)據(jù)間用逗號(hào)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(yǔ)句時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）應(yīng)保證從輸入設(shè)備上輸入數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)與READ語(yǔ)句輸入表中變量的個(gè)數(shù)相同，各數(shù)據(jù)類(lèi)型與相應(yīng)變量的類(lèi)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(gè)數(shù)要求不少于輸入表中變量個(gè)數(shù)。如果少于變量個(gè)數(shù)，則程序?qū)⒌却脩?hù)輸入后續(xù)數(shù)據(jù)。如果多于變量個(gè)數(shù)，則多余的數(shù)據(jù)不起作用。,例如：上述READ語(yǔ)句執(zhí)行時(shí)輸入以下數(shù)據(jù)：3.7，-1.8，24，10，75，34，2.4后3個(gè)數(shù)是無(wú)效的，將被忽略。READ語(yǔ)句讀取前4個(gè)數(shù)后，程序?qū)⒗^續(xù)執(zhí)行下一條語(yǔ)句。,在使用表控輸入語(yǔ)句時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（4）使用多個(gè)READ語(yǔ)句時(shí)，每個(gè)READ語(yǔ)句都是從一個(gè)新的輸入行開(kāi)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(gè)READ語(yǔ)句讀入前兩個(gè)數(shù)，即a=3.7，b=-1.8，而第二個(gè)READ語(yǔ)句并不會(huì)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(gè)輸入行：3.7，-1.824，10,在使用表控輸入語(yǔ)句時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（5）輸入數(shù)據(jù)時(shí)，可以用符號(hào)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(yǔ)句時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（6）如果READ語(yǔ)句中有幾個(gè)連續(xù)地變量要賦以相同的值，則可用重