FORTRAN語言程序設(shè)計初步課件

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FORTRAN語言程式設(shè)計初步18:14:372FORTRAN語言發(fā)展概況（,是（於IFFORTRAN語言於1954年提出，1956年正式使用，是世界上最早被推廣使用的高級語言，主要應(yīng)用於數(shù)值計算領(lǐng)域。FORTRANFORmulaTRANslation的縮寫。FORTRAN771980年被接受為國際標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)分為全集和子集。在此之前FORTRAN語言先後推出了不同的版本：如FORTRANII1958），F(xiàn)ORTRANIV1962）等。由於FORTRAN77中包含一些結(jié)構(gòu)化的語句（塊，DO等），因而能用於編寫結(jié)構(gòu)化程式。此外，F(xiàn)ORTRAN77還擴充了字元處理功能，使其也能應(yīng)用於非數(shù)值計算領(lǐng)域。1991年,ANSI(美國國家標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會)X3.198-1991問世其國際標(biāo)準(zhǔn)檔號為ISO/IEC1539:1991,我國國家標(biāo)準(zhǔn)是GB/T3057-1996,人們俗稱FORTRAN90。除保持了FORTRAN77的全部優(yōu)點，還加進了許多具有現(xiàn)代特性的功能，為FORTRAN語言注入了新的活力。Back18:14:373簡單的FORTRAN77程式分析1引例：求三個數(shù)的平均數(shù)CCalculatetheaverageofthreenumbers

X=90.5

Y=87.0

Z=68.5

AVER=(X+Y+Z)/3.0

WRITE(*,*)’TheThreeNumbersare:’,X,Y,ZWRITE(*,*)’AVERAGE=’,AVER

END程式中第1行是注釋行，用於說明本程式的作用；第2~4行是賦值語句，將三個數(shù)值分別賦予三個變數(shù)；第5行是計算賦值語句，求出平均值並賦予變數(shù)AVER，第6~7行是輸出語句，分別列印三個數(shù)及其平均值，最後一行是END語句。18:14:374引例2：分別求R=1，3，12，5時的圓周長CMain

ProgramCProgramEX2

WRITE(*,*)‘R=’，1.0，‘C=’，C（1.0）

WRITE(*,*)‘R=’，3.0，‘C=’，C（3.0）

WRITE(*,*)‘R=’，12.0，‘C=’，C（12.0）

WRITE(*,*)‘R=’，5.0，‘C=’，C（5.0）

ENDCSub

Program

FUNCTIONC（R）

PI=3.1415926

C=2.*PI*R

RETURN

END18:14:375副程式中第1行是注釋行，說明本程式是副程式，第2行是FUNCTION語句，表明這是一個函數(shù)副程式，函數(shù)名為C，並有一個引數(shù)R，此函數(shù)副程式在主程序中被調(diào)4次，分別求出不同半徑時的圓周長；第3行是賦值語句，第4行是利用公式rcp2=計算與引數(shù)R對應(yīng)的圓周長並賦於變數(shù)C，第5行是RETURN語句，返回調(diào)用程式，最後一行是END語句。主程序中第1行是注釋行，說明本程式是主程序，第2行是PROGRAM語句，為主程式起名為EX2，以便識別，第3~6行為輸出語句，其中C（1.0）、C（3.0）、C（12.0），C（5.0）分別調(diào)用函數(shù)副程式，求出與半徑1.0、3.0、12.0、5.0相對應(yīng)的圓周長；最後一行是END語句。Back18:14:376

函數(shù)由以上引例可以看到：一個FORTRAN程式由一個主程序或一個主程序與若干個子程式組成。主程序與各副程式都是獨立的程式單位，稱為程式模組。副程式是實現(xiàn)程式模組化的一個有效途徑。FORTRAN副程式有以下幾種：①函數(shù)副程式，第一個語句是FUNCTION名②子例行程式，第一個語句是SUBROUTINE副程式名③數(shù)據(jù)塊副程式，第一個語句是BLOCKDATA副程式名簡單的FORTRAN77程式分析18:14:3773、PROGRAM,FUNCTION,SUBROUTINE,BLOCKDATAIMPLICIT語句PARAMETER語句其他說明語句語句函數(shù)語句FORMAT和ENTRYDATA語句可執(zhí)行語句注釋行END語句FORTRAN77對每一個程式單位的結(jié)構(gòu)規(guī)定如下：(說明語句,格式語句等)(賦值語句,輸出語句等)1、每一個程式單位必須有一個、也只能有一個END語句，且出現(xiàn)在程式單位的最後。2、每一個程式單位包含若干行，分為兩類：(注釋行)非語句行語句行行非執(zhí)行語句可執(zhí)行語句使電腦運行時產(chǎn)生操作為編譯系統(tǒng)提供資訊‘*’,加入的文字說明。為便於閱讀,或第一行為‘C’FORTRAN語句的標(biāo)號視需要而定，為可選。其作用是標(biāo)誌一個語句以便其他語句調(diào)用，標(biāo)號的大小與執(zhí)行順序無關(guān)，同一程式單4、程式單位中各類語句和注釋行的順序位中的語句標(biāo)號不能相同。5、FORTRAN根源程式必須按一定的格式書寫。18:14:378FORTRAN根源程式的書寫格式一個程式單位由若干行所組成，一個FORTRAN程式行共分為4個區(qū)：1.第1～5列為標(biāo)號區(qū)?？梢詫?至5位整數(shù)。也可以沒有標(biāo)號。標(biāo)號區(qū)中的空格不起作用。標(biāo)號應(yīng)是無符號整數(shù)，標(biāo)號大小順序沒有任何要求。（標(biāo)號區(qū)內(nèi)不得出現(xiàn)標(biāo)號以外的內(nèi)容，但注釋行例外）2.第6列為“續(xù)行標(biāo)誌區(qū)”，如果在一行的第6列上寫一個非空格和非零的字元，則該行作為其上一行的續(xù)行。3.第7～72列為語句區(qū)。語句可以從第7列以後任何位置開始書寫。但一行只能寫一個語句。語句區(qū)內(nèi)的空格（除引號內(nèi)的字串內(nèi)空格）在編譯時被忽略。4.第73～80列，注釋區(qū)。共八列，一般用前3位為頁數(shù)，後5位表示行數(shù)。返回18:14:379FORTRAN根源程式鍵盤、輸入運行編輯程式編譯程序連接程式運行程式Go18:14:3710編輯程式編輯

用戶可以從鍵盤輸入自己的根源程式，這時需要使用系統(tǒng)提供的“文本編輯程式”。操作步驟18:14:3711常量⑴整型常量（Integer)⑵實型常量(Real)⑶雙精度常量（Double)

常量是指其值始終不變的一些量，在Fortran77中允許6種常量類型：⑷複型常量(Complex)⑸邏輯常量(Logical)⑹字元常量(Character)

其中⑴～⑷中屬於算術(shù)常量，又稱常數(shù)。後兩種稱為非數(shù)值型常量。18:14:3712整型常量整型常量或稱整型常數(shù)或整數(shù)，它是一個正的或負的或零的數(shù)：1.整數(shù)不應(yīng)包括小數(shù)點，正號可有可無(如：+10與10等價)；2.整數(shù)程式中的常數(shù)的各數(shù)字之間的空格不起作用(123與

123等價)；3.整數(shù)中不允許加入逗號，如123456不能寫成123,456；4.由於電腦用有限的單元存儲一個數(shù)，所以在存儲整數(shù)的範(fàn)圍是有限的(P55)。返回18:14:3713實型常量實型常量也稱實數(shù)，實數(shù)在FORTRAN中有兩種表示形式：

1.小數(shù)形式它由一個或多個數(shù)字和一個小數(shù)點(只有一個)組成，小數(shù)點前或小數(shù)點後可以不出現(xiàn)數(shù)字，但不能小數(shù)點前後都不出現(xiàn)數(shù)字，如.

2.指數(shù)形式指數(shù)表示形式也稱科學(xué)計數(shù)法，一個指數(shù)形式表示的實數(shù)有兩部分組成：數(shù)字部分(含實數(shù)符號)和指數(shù)部分(Exponent)，如：12.3E8，0.91E-30，用0.91*E-30是錯誤的。

數(shù)字部分表示的是該常數(shù)的有效數(shù)字，指數(shù)部分表示小數(shù)點的實際位置，它的作用是使數(shù)字部分的小數(shù)點左右移動。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)，但指數(shù)不能為小數(shù)。一個實數(shù)可以寫成小數(shù)或指數(shù)形式，用指數(shù)形式可以用不同的指數(shù)表示。18:14:3714

在電腦記憶體中，一般用4個位元組來存儲一個實數(shù)，實數(shù)在內(nèi)存中一律以指數(shù)形式存放，它由三部分組成：⑴數(shù)符；⑵指數(shù)包括符號；⑶數(shù)字部分。數(shù)字部分最前面有一個隱含的小數(shù)點(見圖3.8)

一個實數(shù)的範(fàn)圍也是有限的，這主要是由於存儲的實數(shù)的指數(shù)部分的位長是有限的，如果一個數(shù)的絕對值的位長超過規(guī)定的範(fàn)圍，就會出現(xiàn)“溢出”，比絕對值大的稱為“上溢”，小的稱為“下溢”

對不同的電腦系統(tǒng)實數(shù)的輸出常用標(biāo)準(zhǔn)化形式有兩種：

1、在小數(shù)點前的數(shù)字必須為“0”小數(shù)點後的第一個數(shù)字必須為一個非零的數(shù)字；

2、小數(shù)點前數(shù)字部分的值大於或等於1。Back18:14:3715變量、、6，，，，、變數(shù)是指在程式運行期間其值可以變化的量。系統(tǒng)為程式中的每一個變數(shù)開闢一個存儲單元，用於存放變數(shù)的值，變數(shù)的值在每一個暫態(tài)應(yīng)該是確定的。一、變數(shù)名變數(shù)名是變數(shù)的識別字。一個變數(shù)需用一個變數(shù)名來標(biāo)識，因此在同一個程式單位中不能用同一個變數(shù)名代表兩個不同的變數(shù)。命名規(guī)則：變數(shù)名中最多允許個字元，字元只能是字母與數(shù)字，且第一個字元必須為字母。如AX1CHINAAVERG861等都是合法的變數(shù)名。注意事項：①變數(shù)名中字母的大小寫等價；TOTALToTaLtotal等價②變數(shù)名中字元間空格無效；AVERA_V_ER等價18:14:3716③

FORTRAN77無保留字，即可用內(nèi)部函數(shù)名和語句定義符作變量名，如SIN，MOD分別是FORTRAN內(nèi)部函數(shù)名和語句定義符，若有以下語句：SIN=3.5READ(*,*)MODWRITE（*，*）SIN，MOD則SIN，MOD被視為變數(shù)名，而不代表正弦函數(shù)和

求餘函數(shù)操作。但在同一個程式單位中，變數(shù)名和函數(shù)名或語句定義符不得同名。如以下是錯誤的：SIN=3.5PRINT=SIN*SIN（2.0）WRITE(*,*)PRINT建議不要使用FORTRAN中已有特定含義的字作變數(shù)名。④

變數(shù)名應(yīng)做到“見名知意”，使得程式便於閱讀和理解。18:14:3717二、變數(shù)類型變數(shù)是用來存放常量的。不同類型的常量應(yīng)放在不同的變數(shù)中，因此與常量相對應(yīng)，變數(shù)也相應(yīng)區(qū)分為整型變數(shù)、實型變數(shù)、雙精度變數(shù)、複型變數(shù)、邏輯型變數(shù)、字元型變數(shù)

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種。FORTRAN規(guī)定，在程式中用到的各種變數(shù)首先要說明它們的類型，並有以下

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種說明類型的方法：1、隱含規(guī)則（I—N規(guī)則）FORTRAN規(guī)定，在程式中的變數(shù)名，在無專門的類型說明時，凡是以字母I,J,K,L,M,N六個字母開頭的則認為是整型變數(shù)，其他字母開頭的為實型變數(shù)。2、用類型說明語句說明變數(shù)類型若想改變“I～N規(guī)則”對變數(shù)類型的約束，可用類型說明語句指定變數(shù)類型，與變數(shù)類型相對應(yīng)，類型說明語句有

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個：18:14:3718INTEGER語句（整型變數(shù)說明語句）REAL語句（實型變數(shù)說明語句）DOUBLEPRECISION

語句（雙精度實型變數(shù)說明語句）COMPLEX語句（複型變數(shù)說明語句）LOGICAL語句（邏輯型變數(shù)說明語句）CHARACTER語句（字元型變數(shù)說明語句）說明格式：類型說明語句<變數(shù)表>各變數(shù)間用逗號分隔3、用隱含說明語句IMPLICIT說明變數(shù)類型可以用IMPLICIT語句將某一字母開頭的全部變數(shù)指定為所需類型。一個IMPLICIT語句可以指定幾種類型。如：18:14:3719IMPLICITREAL(I，K)，INTEGER(T-W)指定以I，K開頭的所有變數(shù)為實型變數(shù)，T到W(T，U，V，W)開頭的所有變數(shù)為整型變數(shù)。對於變數(shù)類型的說明應(yīng)當(dāng)注意：⒈

類型說明只在本程式單位中有效；⒉

類型說明語句和IMPLICIT語句都是非執(zhí)行語句，其作用只在通知編譯系統(tǒng)按規(guī)定的類型給變數(shù)分配記憶體單元和確定數(shù)據(jù)的存放方式。⒊

在確定變數(shù)類型的3種方法中，類型說明語句優(yōu)先順序最高，IMPLICIT語句次之，I—N規(guī)則優(yōu)先順序最低。⒋

類型說明語句和IMPLICIT語句應(yīng)出現(xiàn)在本程式單位中所有執(zhí)行語句之前，當(dāng)兩者同時存在時，其順序為：先IMPLICIT語句，後類型說明語句。Back18:14:3720FORTAN函數(shù)FORTRAN提供了一些系統(tǒng)函數(shù)供某些專門運算，如求三角函數(shù)的值，sinx，cosx，指數(shù)函數(shù)ex，對數(shù)lnx，logx等，程式設(shè)計者只需按規(guī)定的格式寫出函數(shù)名及一個或若干個自變數(shù)，即可得到相應(yīng)的值。如：SIN（1.0）==0.8414709LOG（3.0）=log3=1.098612REAL(8)=8.0INT（8.6）=8SIGN（4.5,-0.5）=-4.5MAX(8,6,7,-11)=8SIGN（-0.5,4.5）=0.5等。18:14:3721幾點說明：⒈

一個內(nèi)部函數(shù)要求一個或多個引數(shù)。當(dāng)引數(shù)個數(shù)規(guī)定為2時，引數(shù)的順序不同，其值不同。MOD(8,3)=2，MOD(3,8)=3；當(dāng)自變數(shù)個數(shù)為2個以上時，則函數(shù)值與引數(shù)的順序無關(guān)。MAX(3.，6.，-4.)=MAX(-4.，3.，6.)=6.⒉

內(nèi)部函數(shù)的引數(shù)和函數(shù)值均有類型；有的函數(shù)值的類型與自變數(shù)的類型有關(guān)，如ABS，MOD等；有的函數(shù)值的類型與引數(shù)的類型無關(guān)，如INT，REAL等；此外函數(shù)名分為“專用名”和“通用名”兩種，見附錄V。⒊

三角函數(shù)中角度的單位是弧度

(

rad)，而不是度。⒋

引數(shù)可以是類型符合要求的常量、變數(shù)或運算式。

例如SQRT（4.0），SQRT（A），SQRT（2.+2.）均合法，而SQRT（I）為非法，因為I為整型變數(shù)，SQRT函數(shù)的引數(shù)類型為實型量。18:14:3722一、算術(shù)運算符及優(yōu)先順序5個算術(shù)運算符號：+算術(shù)加（或正號）-算術(shù)減（或負號）*乘法運算/除法運算**乘方運算3個優(yōu)先順序及次序：**乘方運算優(yōu)先順序最高*，/乘、除運算次之+，-加、減運算最低FORTAN算術(shù)運算式18:14:3723注意事項：①

兩個運算符不能緊鄰，A乘-B不能寫成A*-B，而應(yīng)寫為A*（-B）或-B*A②

同一優(yōu)先順序遵循“先左後右”的原則，連續(xù)乘方按“先

右後左”的原則，如：23)4(2**3**4≠=4096，而應(yīng)是)3(242**3**4==262144二、算術(shù)運算式的含義及表示方法運算式是一個或多個運算的組合。FORTRAN運算式是由FORTRAN運算符和括弧將各運算元素（常量、變數(shù)、函數(shù)等）連接起來的一個有值的式子。FORTRAN中允許使用4種運算式：算術(shù)運算式、關(guān)係運算式、邏輯運算式和字元運算式。不同的運算式有不同的運算符，其值的類型也不同。18:14:3724算術(shù)運算式是由一個或多個算術(shù)運算組合而成。如：數(shù)學(xué)運算式edcba+++31的FORTARN運算式可寫為:(1+3*A)/(B+C/(D+E)),算術(shù)運算式求值的優(yōu)先次序為:括弧→函數(shù)→**→*,/→+,-三、運算式運算中的類型問題FORTRAN允許不同類型的算術(shù)量(整型、實型、雙精度型、複型)之間進行算術(shù)運算，並遵循以下原則：⒈

相同類型的算術(shù)量之間運算的結(jié)果仍保持原類型；2*3的值為整型數(shù)6；2.5*2.0的值為實型數(shù)5.0；2**3的值為整型數(shù)8；5/2的值為整型數(shù)2；1/2的值為整型數(shù)0。⒉

若參與運算的兩個算術(shù)量類型不同時，則編譯系統(tǒng)會自動將它們轉(zhuǎn)換成同一類型，然後進行運算。轉(zhuǎn)換的規(guī)律是：將低級類型轉(zhuǎn)換成高級類型。整型（低）→實型（高）⒊

類型的轉(zhuǎn)換是從左而右進行的，在遇到不同類型的算術(shù)量時才進行轉(zhuǎn)換。如1/4*20.0=0.0先計算1/4得整型數(shù)0，遇實數(shù)20.0，將0轉(zhuǎn)換為0.0與20.0相乘，結(jié)果為0.0，若將運算式寫成1*20.0/4則得運算式的值為5.0。18:14:3725四、運算的誤差問題一個整數(shù)（電腦規(guī)定的範(fàn)圍內(nèi)）用二進位能夠準(zhǔn)確無誤地表示出來，整型量的運算是準(zhǔn)確的。而某些實數(shù)由於受存儲方式的影響，有效位數(shù)受到限制，只能得到近似表示。因此實數(shù)的運算應(yīng)遵循以下規(guī)則：⒈

儘量使每次運算結(jié)果都在有效位數(shù)範(fàn)圍之內(nèi)，否則就會出現(xiàn)誤差，在運算中應(yīng)儘量避免兩個相差很大的數(shù)進行加、減運算，以防止“大數(shù)吃掉小數(shù)”。如：0.001+1246825.0-1246820.0的值是5.0，而不是5.001；若將運算次序調(diào)換為1246825.0-1246820.0+0.001，則能夠得到正確值5.001。⒉

實數(shù)的“相等”和“不等”的比較應(yīng)慎重。如：（1./3.）*3.≠1.0，這是因為1./3.的值為0.3333333，在乘以3.得到的值為0.9999999。實數(shù)A與B的“相等”和“不等”的比較最好改為判斷“e≤-BA”（e為一個很小的數(shù)，如10-6），若不等式成立，則認為A=B，否則二者不等。總之，在實數(shù)運算中應(yīng)充分考慮到可能出現(xiàn)的誤差，並設(shè)法避免。BACK18:14:3726一、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數(shù)。一般格式為：V=eV代表一個變數(shù)（Varible的第一個字母），e代表一個運算式（Expession的第一個字母），“=”應(yīng)理解為賦值號，而不是等號，如N=N+1在數(shù)學(xué)上是不成立的，其作用是將N的原值加1再送回到變數(shù)N中，若N的原值3，執(zhí)行上述賦值語句後N的值變?yōu)?。幾點說明：①FORTRAN77的賦值語句有三類：算術(shù)賦值語句、邏輯賦值語句、字元賦值語句。算術(shù)賦值語句的作用是將一個算術(shù)量（算術(shù)表達式的值）賦予一個算術(shù)型（數(shù)值型）變數(shù)。②

算術(shù)賦值語句兼有計算和賦值雙重功能。FORTRAN中的求值計算主要通過賦值語句來實現(xiàn)。賦值語句18:14:3727③

賦值號左邊只能是變數(shù)名（或數(shù)組元素名），而不能是運算式，賦值號右邊可以是常量、變數(shù)或表達式。二、執(zhí)行賦值語句時的類型轉(zhuǎn)換問題算術(shù)賦值語句中被賦值變數(shù)（V）和運算式（e）的類型可以相同，也可以不同。①

若V與e的類型相同，則直接賦值。如

I=3，A=5.7*T②

若V與e的類型不同，則遵循“先求後化再賦”的原則。即：求運算式的值→轉(zhuǎn)化為被賦值變數(shù)的類型→執(zhí)行賦值。如：I=3.5*2.1，運算式的值為7.35，由於I是整型變數(shù)，系統(tǒng)先將7.35轉(zhuǎn)化為整數(shù)7，再賦給變數(shù)I，I的值為7。Back18:14:3728

在輸入**語句中的第一個/…*對數(shù)據(jù)進行輸入輸出(I/O)時，需要告知電腦系統(tǒng)以下資訊：①（輸出）哪些數(shù)據(jù)；②從哪個設(shè)備輸入或輸出到哪個設(shè)備；③以何種格式進行輸入輸出。FORTRAN的輸入輸出格式有以下三類：①按用戶指定的格式輸入和輸出；②按系統(tǒng)隱含的標(biāo)準(zhǔn)格式輸入和輸出；③無格式輸入和輸出。即以二進位形式進行輸入和輸出。一、表控輸出語句表控輸出即按系統(tǒng)隱含的標(biāo)準(zhǔn)輸出格式。機型不同，格式可能不同。表控輸出語句的格式為：WRITE（，）輸出項，輸出項，（輸出表項）WRITE表示在系統(tǒng)隱含指定的設(shè)備上輸出（螢?zāi)唬?，第二個“*”號指的是“用表空格式輸出”簡單的輸出輸入語句18:14:3729

二、表控輸入語句表控輸入語句的格式為：READ（*，*）輸入項，輸入項，…（輸入表列）在READ語句中的第一個“*”表示“系統(tǒng)隱含指定的輸入設(shè)備”第二個“*”表示表控輸入表控輸入的幾點說明：①輸入數(shù)據(jù)的個數(shù)、類型應(yīng)與READ語句中變數(shù)的個數(shù)、類型一致。輸入數(shù)據(jù)不夠，系統(tǒng)等待繼續(xù)輸入；輸入多餘數(shù)據(jù)，多餘部分無效；輸入數(shù)據(jù)的類型不一致，一般按出錯處理，但有的系統(tǒng)可為實型變數(shù)輸入整型數(shù)，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換。18:14:3730②

每一個READ語句總是從新的輸入行開始讀數(shù)。例如，下列是兩個連續(xù)的輸入語句：READ（*，*）I，JREAD（*，*）X，Y如果在鍵盤上輸入：4，18，3.5，-7.6↙則只將前兩個整型數(shù)輸入給第一個READ語句的整型變數(shù)I和J，而後兩個實型數(shù)為多餘數(shù)據(jù)，不起作用。因為第二個READ語句要求從一個新行開始輸入數(shù)據(jù)。輸入數(shù)據(jù)的正確格式為：4，18↙3.5，-7.6↙③

輸入數(shù)據(jù)行中若出現(xiàn)“/”（斜杠