顺序结构的Fortran程序设计.ppt

2019/5/19,1,第二讲 顺序结构程序设计,从设计上看，任何程序均可用顺序结构、选择结构、循环结构实现。其中，顺序结构就是按照处理顺序，依次写出相应的语句，因此，顺序结构最为简单、也是最基本的Fortran编程，本讲先学习顺序结构的Fortran程序设计。,从内容上看，程序就是数据和语句，其中数据是程序加工处理对象、语句描述了对数据的具体操作。在Fortran中，数据的表现形式有常量、变量、表达式和函数，而数据的类型分为整型、实型、复型、字符型和逻辑型，以及数组等。,因此，本讲先介绍最简单的数据类型（整型和实型）与数据形式（常量、变量、函数、算术表达式），以及最简单的Fortran语句，分2节讲授。通过本讲的学习之后，就能设计最简单的Fortran程序了！,2019/5/19,2,一、Fortran常量,（1）什么是常量 在程序运行的过程中，其值不改变的量。比如，12.0、-2、FORTRAN等都是常量。在Fortran中，常量分为直接常量和符号常量两大类：,（2）直接常量 指数据本身就是一个常量，Fortran处理整型（Integer）、实型（Real）、双精度型（Double Precision）、复型（Complex）、逻辑型（Logical）、字符型（Character）等六种直接常量，每种数据常量有各自的表示方法。,1 Fortran程序中最基本的数据,2019/5/19,3,1、整型常量：就是整型常数（整数），包括正数、负数和零。但要注意的是-数字间不能加平常表示千分位的“,”号以及加空格，也不能带小数点。比如，3,567,212、8 99、6.1都是错误的整型常量。,2、实型常量：就是实型常数（实数），有两种表示形式- 小数点形式：根据小数点前后是否有数字，有3种形式 m.n、m.、.n，数字前面可以加上符号，比如，-6.8、9.（=9.0）、.89（=0.89）等。,指数形式：一般用来表示绝对值很大或很小的数，表示方式是用E表示以10为底指数，且E的左边为数字部分、右边是指数部分，比如，1.32E6（=1.32106）、2.68E-8（=2.6810-8）。用指数形式表示实数时要注意：,、数字部分可以是整型的也可以是实型的，如1E2 = 1.0E2 = 100.0100,2019/5/19,4,、E的左右两边的数字部分和指数部分必须同时出现、缺一不可，比如，E-9（缺数字部分）和.E2（单独的小数点）都是不合法的。,、指数部分只能是整数、不可写成实数，如8E2.3是错误的指数表示；,（3）符号常量 所谓的符号常量，是用一个标识符来代表一个常量。使用时，需要对符号常量进行说明，方法是用Parameter语句来说明（定义），比如：,Parameter(Pi=3.14159,M=80) 这个语句定义了两个符号常量Pi和M，在程序单元中Pi就代表了3.14159、M代表了80。其中Parameter就是定义符号常量使用的特定标识符，被定义的量要放在括号内、而且有多个符号常量时之间要用“,”分隔。,2019/5/19,5,二、Fortran变量,（1）什么是变量 变量与常量相对应，是指在程序运行的过程中，其值可以改变的量。变量实质是代表一个数据存储单元，因此，在Fortran中经常用到下面（貌似错误）的语句：,N=N+1 其表示存储单元N中的数据在原来的基础上增加1。,此外，要注意parameter语句是非执行语句，在程序编译时符号常量名均被替换相应的常量，而后面要讲的变量则是一个数据存储单元（其中的值是变化的），因此符号常量不能当变量使用！,（2）变量的取名 变量需要一个名字来识别-变量名，其用标识符来命名，在Fortran语言中变量名的标识符只能由字母、数字和下划线组成、且开头只能是字母，比如x、total2、k123等。,2019/5/19,6,2019/5/19,7,根据数据的类型，其中的说明符包括： Integer说明变量为整型变量 Real说明变量为实型变量 Double precision说明变量为双精度变量 Complex说明变量为复型变量 Logical说明变量为逻辑型变量 Character说明变量为字符型变量,2019/5/19,8,比如：Integer x,y -定义2个整型变量x和y Real area,average,student1 -则定义3个实型变量,说明多个变量时，变量间用“,”分开，但末尾不能用“.”，比如，double precision a,b,c.是错误的。,这种说明语句的特点是，不仅进行了变量数据类型的说明，而且还可以给被说明的变量赋予初值或变量初始化（具有双重功能）。比如：Real: total=73.2 -定义了实型变量total，同时给它赋初值为73.2。,2019/5/19,9,例如：在没有前面2种说明的情况下，i1、mCA、N3s等均为整型变量。,2019/5/19,10,关于变量的类型说明，还需要注意： 1、IN规则在Fortran77中经常使用，但是其有一定的副作用，比如，隐含说明与强制说明一同使用时，变量类型不清楚，因此，在Fortran90中不主张使用，这需要在程序变量说明之前加入：implicit none语句来取消IN规则。,2、3种变量类型说明方式中，强制说明优先级别最高、隐含说明Implicit次之、IN规则级别最低，就是说，当变量被强制定义为某种类型之后，Implicit 语句和IN规则对它就不起作用了。,3、Implicit语句和强制说明语句，均为非可执行语句，Fortran 规定：在编程序时，要把它们放在所有可执行语句的前面。,2019/5/19,11,三、Fortran的内部函数,（1）什么是内部函数 在编程序时，经常需要直接使用数学函数，为方便Fortran语言自带有丰富的数学函数，称为内部函数，它是指能完成一定功能的程序单位，内部函数可以直接调用，但需遵守其使用规则。,1、abs(x)-求变量x的绝对值； 2、sqrt(x)-求变量x的平方根； 3、int(x)-取x的整数部分； 4、mod(x,y)-求x除以y的余数； 5、sign(x,y)-求x和y的符号； 6、max(x,y,z,)-求最大值； 7、min(x,y,z,)-求最小值。,2019/5/19,12,8、exp(x)-求自然指数运算； 9、log(x)-求以e为底的对数（即自然对数）； 10、log10(x)-求以10为底的对数（即常用对数）。,11、sin(x)-求正弦； 12、tan(x)-求正切； 13、asin(x)-求反正弦； 14、atan(x)-求反正切。,（3）内部函数的使用 在使用Fortran内部函数时，一定要遵守其规则，否则程序将出错甚至不能运行：,1、 Fortran内部函数调用格式： 函数名（自变量） 例如：sin(90*3.14159/180) 1.0；sqrt(9.0) 3.0； abs(-5.6) 5.6；int(6.75) 6；exp(3.0) 20.085540 其中自变量（常数）必须用括号括起来，比如： sinx+cosx sin(x)+cos(x),2019/5/19,13,2、内部函数含有多个自变量（参数）时，它们之间用“,”分隔，但末尾不能使用“.”。比如，sin(x)、mod(m,n)等。,3、函数的自变量（参数）和函数值都是有相应的数据类型的，比如，mod(m,n)中的自变量及函数值都是整型变量，而sin(x)中的自变量和函数值则均为实型变量。,4、所有函数都必须遵循其原有的数学规则，比如负数不能开平方根，实数不能求余，负数不能求对数等。,5、要注意与数学中函数之间的某些差异，比如，log(x)表示求自然对数（即lnx）而非数学上的求常用对数(logx)。,6、注意函数自变量的单位，比如sind(x)中x取弧度。,（4）、函数运用的例子,比如，求3个数x,y,z的最大值可以表示为：Max(x,y,z),又如，判断一个自然数M是否为另一个自然数N的因数，通过Mod （M,N）是否为零可以判断：如果为则是的因数，否则说明不能被整除，即Mod(m,n)0。,2019/5/19,14,四、Fortran的算术表达式,（1）什么表达式 将各常量、变量、函数用运算符连接起来的式子称为表达式。,根据运算符的不同，表达式分为以下种： 、算术表达式 、字符表达式 、关系表达式 、逻辑表达式 此处先介绍算术表达式-将各种运算元素（常量、变量、函数）用算术运算符连接起来的一个有值式子。,（）算术运算符及其优先级 、有6种算术运算符 加（+） 减（-） 乘（*） 除（/） 乘方（*） 括号(),、算术运算符的优先级 括号函数乘方乘、除加、减 注：同级运算“先左后右”，连续乘方时“先右后左”。,比如：3+5-6.0*8.5/4*2+sin(x) 3+5-6.08.542+sinx x*y*z、x*(y*z) xyz (x*y)*z (xy)z 利用算术表达式概念，就可以将：数学运算式Fortran算术表达式,2019/5/19,15,（3）Fortran 算术表达式书写注意 、表达式中的各运算元素之间必须用运算符分隔。 例：xyzx*y*z 2(x+y) 2*(x+y) 、作任何运算的表达式只能写在一起。 例： (a+b)/(c+d) a+b/c+d 3、表达式一律用小括号： ax+b(y+c) a*(x+b*(y+c) 4、算术表达式中的乘号不可省略，如3*x不能写成3x。,（）算术表达式求值时的数据类型的处理,1、同类型量运算的结果，仍为原类型。 例：4*5=20，4.0*5.0=20.0，6.0/4.0=1.5，6/4=1（1.5）,2、不同类型量运算时，先将低级类型（整型）转换为高级类型（实型），然后再按同类型量进行运算。 例：2.5*4=10.0（ 10） 2.0*3=2.0*2.0*2.0=8.0（属同类型量运算）,2019/5/19,16,2019/5/19,17,2 Fortran程序中的基本语句,在Fortran程序中，最为基本的语句包括（给变量）赋值语句、（数据）输入语句、（数据）输出语句、以及一些（程序执行的）控制语句等。,功能：把赋值号右边表达式的值，赋给赋值号左边的变量，即将表达式的值存放到变量所对应的存储单元。 例：pi=3.14156 S=3.14159*r*2 N=N+1,2019/5/19,18,（2）赋值时数据类型的转换,执行赋值语句就是把赋值号“右边”给左边的“变量”，因此：,1、当右边数据类型与变量的数据类型相同时：表达式运算完毕、直接赋值，比如： integer N real x,y N=N+1 y=2.5*x*2,2、当左右两边数据类型不同时：右边的先按原规则计算、再转换为左边变量相同的类型，然后将值赋给左边的变量。 例如， integer N N=3.33*3 ！(最后N为9),看一段程序： Integer m,n x=5/2 Real x,y y=5.0/2 M=5/2 结果:M=2， N=2 N=5.0/2 x=2.0，y=2.5,（1）表控输入（自由格式）,输入数据又叫读入数据”，因此，在Fortran中用read语句实现数据输入。而表控输入方式就是从键盘自由地将数据敲入计算机内存（即变量）中。（输入实质给变量一个值）,2019/5/19,19,二、简单的输入、输出语句,2019/5/19,20,例如：表控输入语句read*,x,y,z或者read(*,*)x,y,z就是要从键盘上把3个实数（比如1.2,3.6、5.8）给变量x、y、z。,此外，还需注意： 1、通常数据与变量是一一对应的，但是，如果数据多变量少，则多余的数据不起作用；而数据少变量多，则多出的变量将等待输入。,在键盘上操作时，要分隔多个数据，有3种方法： 1、敲入1个数据，键入1个回车； 2、敲入1个数据，键入1个“,”，敲完数据最后来个回车； 3、敲入1个数据，键入1个空格，敲完数据最后来个回车。,2019/5/19,21,2、当多个输入语句并列使用时，一个read语句对应一行。如： read*,m,n read*,x,y 2,3 1.5,3.9 ,3、在输入数据时若出现“/”，则终止对此read语句的输入，后面的变量将不再赋值。 例： read*,x,y,z 键盘输入： 1.5,2.5/3.9 （变量z将得不到赋值）,4、数据与变量的类型要尽量保持一致，但也允许高级变量接受低级数据，比如，整型变量不能接受实型数据，但实型变量可以接受整型数据（最后变量取实数）。,2019/5/19,22,（2）表控输出,注意： 1、其中输出内容可以是常量、变量、表达式、字符串等，它们之间使用“,”分隔。如果输出的是“字符串”，则要用英文的单引或双引号引起。比如，,Print*,x Print*,x=,x,”y=”,y Print*,”最大的数是:”,max,”最小的数是:”,min,2、如果输出的是表达式，则其还具有计算功能，可显示出表达式的结果。,3、每条输出语句在单独的一行显示，因此，单独使用一个print*语句，表示换行（即显示一空行）。,Implicit none Integer m,n Read*,m,n,n,m m=m+n n=m+n Print*,m,n End 键盘输入：7，8，9，10 输出结果: m=19 n=28,Read*,a,b,c maxnum=max(a,b,c) minnum=min(a,b,c) Print*,”最大的数是”，maxnum Print* Write(*,*)”最小的数是”,minnum End 键盘输入：7.2，8.0，9.1 输出结果: 最大的数是9 最小的数是7,2019/5/19,23,三、控制语句pause语句,Pause语句是暂停语句，使程序“暂时停止运行”，这时不是“结束运行”，而只是把系统程序暂时挂起来，按回车键可以恢复运行。其使用格式为： Pause N 比如： parameter (r=0.5,pi=3.14159) s=pi*r*2 h=2.0*pi*r pause 打印面积和周长 print*,s,h end,程序中可以允许使用多个pause语句，有意识的使用pause语句相当于在程序中设置断点，把程序分成几段，便于程序一段一段的调试检查，使用完毕再把pause语句删除。,2019/5/19,24,2019/5/19,25,1、自由落体公式 ，其中v0是初速、g是重力加速度、t为经历的时间。编写程序求t=0.5秒时的位移s。设v0=4.8m.s-1，g=9.81m.s-2，要求把g定义为符号常量，而v0和t的值从键盘输入。,2、编写一个程序，其功能是：从键盘输入一个四位数，计算并输出该数各位数字之和。,