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FORTRAN程序设计 扬州大学计算机中心 楚红 2007.1 第9部分 模块 l9.1 模块的定义 l9.2 USE语句 l9.3 接口块 l9.4 超载和定义操作符 l9.5 模块的应用 模块的定义 l模块定义的一般形式是： MODULE 模块名 类型说明部分 CONTAINS 内部过程子程序1 内部过程子程序N END MODULE 模块名 lMODULE是关键字，模块定义以MODULE语句开始，END MODULE 语句结束。模块名后面通常加后缀“_MODULE”(也可以不加该后缀)， 以增强可读性。 模块的定义 l类型说明部分可以是类型说明语句、派生类型定义及接口块 等，但不能有执行语句、语句函数、ENTRY语句或 FORMAT语句。这些语句可以出现在模块所包含的内部过 程中。 l模块的内部过程以CONTAINS语句开始，这部分是可选的 。当模块有内部过程时，必须将整个过程完整地写入，各内 部过程次序可以任意。 l一个程序中可以有多个模块程序单元，每个模块程序单元都 要独立编写。 l模块名对程序来说是全局的，不能与本程序内的任何程序单 元名相同，也不得与模块内的任何局部变量同名。 模块的定义 l下面是一个包含模块内部过程的例子： MODULE MY_MODULE REAL,PARAMETER : PI=3.1415926 CONTAINS SUBROUTINE SWAP(X,Y) REAL TEMP,X,Y TEMP=X X=Y Y=TEMP END SUBROUTINE SWAP END MODULE MY_MODULE USE语句 lUSE语句的最简单形式为： lUSE 模块名1，模块名2，模块名N l这条语句提供了对模块的所有公共的有名数据对象、派生类型、接口块 、过程等的访问。 l在作用域单位内，USE语句必须出现在其他说明语句之前。 l如果需要对两个或两个以上的模块进行访问，可能会在不同的模块中用 到了相同的名字，因此允许USE语句对被访问的对象重新命名，以解决 局部对象和模块中访问对象之间的名字的冲突问题。要重新命名时， USE语句应具有下列形式： lUSE 模块名，更名表 l其中，更名表的形式为： l局部名=使用名，局部名=使用名， l例如： lUSE STATS_LIB, S_PROD=PROD USE语句 l对于只需要使用模块中的部分对象的情况，可在USE语句中 使用ONLY选项。这时USE语句具有下列形式： lUSE 模块名，ONLY：ONLY表 l其中，ONLY表的形式为： l局部名=使用名，局部名=使用名， l例如： lUSE STATS_LIB, ONLY:S_PROD=PROD, MULT 接口块 l要使编译器能够正确地调用子程序，它必须知道这个子程序 的一些信息，如程序名、变量的数目和变量的类型等。我们 将这些信息收集在一起，就称为子程序的接口。 l接口块必须放在调用程序的作用域内。 l接口块的一般形式为： lINTERFACE 类属说明 l 接口体 l 模块过程语句 lEND INTERFACE l接口块能将子程序中所需的信息精确的拷贝过来，通过它可 以为主调程序和被调用子程序指明一个显式接口。 几点应该注意 l(1) 接口块以INTERFACE语句开始，以END INTERFACE 语句结束，块内只能取被调用过程中的说名部分，不允许出 现任何可执行语句。 l(2) 类属说明的形式为： l类属名 l或OPERATOR(定义的运算符) l或ASSIGNMENT(=) l其中，类属名用于定义类属过程、OPERATOR用于定义运算 符、ASSIGNMENT用于超载赋值运算。 几点应该注意 l(3) 接口块内的语句称为接口体。接口体的形式为： l函数语句 l说明部分 l函数的END语句 l或 l子程序语句 l 说明部分 l子程序的END语句 l(4) 接口体中不能包含ENTRY语句、DATA语句、FORMAT语句或语句 函数。 l(5) 接口块不允许出现在BLOCK DATA程序单元中。 l(6) 当接口块说明的是一个模块的内部过程时，应使用模块过程语句来 说明。模块过程语句的形式为： lMODULE PROCEDURE 过程名表 几点应该注意 l(7) 只有当接口块中有一个类属说明，并且其宿主使一个模块或用USE语句使一 个模块可见时，才允许有模块过程语句。其中的各过程必须是其宿主中可见的 模块过程名。例如： lMODULE INTERVAL_ARITHMETIC lTYPE INTERVAL lREAL :LOWER, UPPER lEND TYPE INTERVAL lINTERFACE OPERATOR (+) l MODULE PROCEDURE COMB_INTERVALS lEND INTERFACE lCONTAINS lFUNCTION COMB_INTERVALS (A, B) l TYPE (INTERVAL):COMB_INTERVALS, A, B l COMB_INTERVALS%LOWER = MIN (A%LOWER, B%LOWER) l COMB_INTERVALS%UPPER = MAX (A%LOWER, B%LOWER) lEND FUNCTION COMB_INTERVALS l lEND MODULE INTERVAL_ARITHMETIC 几点应该注意 l(8) 一个辅程序中的接口块不允许含有一个被该辅程序定义的过程的接 口体。一个接口块中可以有多个接口体。 l(9) 接口块还可用来说明一个外部过程或虚过程，并为之提供显式的调 用接口，这比EXTERNAL语句提供了更多的信息，因而也提高了程序 的可读性。例如：下面是没有类属说明的接口块： lINTERFACE lSUBROUTINE EXT1 (X, Y, Z) lREAL ,DIMENSION ( 100, 100 ):X, Y, Z lEND SUBROUTINE EXT1 lFUNCTION EXT2 (P, Q) lLOGICAL :EXT2 lINTEGER :P (100) lLOGICAL :Q (200) lEND FUNCTION EXT2 lEND INTERFACE l这个接口块为过程EXT1、EXT2说明了显式接口。 超载和定义操作符 l类属过程 l类属过程是过程的一种。它允许不同类型的实参与同一个虚 参结合，放宽了虚实结合时类型必须一致的条件。 l例如，编写一个交换任意两个变量值的过程，但使用虚实结 合方式进行数据传递时，要求虚参和实参的类型必须一致， 这样我们就不能通过一个过程名来实现既能交换整型变量， 又能交换实型变量的操作。 l为此，可以用一个过程名SWAP来代表几个不同类型的交换 过程，各过程的名称不同，具体调用时根据实参类型选择相 应的过程，就像内在类属函数一样。 超载和定义操作符 MODULE SWAP_MODULE IMPLICIT NONE INTEGFACE SWAP MODULE PROCEDURE SWAP_INT, SWAP_REAL END INTERFACE CONTAINS SUBROUTINE SWAP_INT(A, B) INTEGER : A, B, TEMP TEMP = A; A = B; B = TEMP END SUBROUTINE SWAP_INT SUBROUTINE SWAP_REAL(A, B) REAL : A, B, TEMP TEMP = A; A = B; B = TEMP END SUBROUTINE SWAP_REAL END MODULE SWAP_MODULE PROGRAM TEST_SWAP USE SWAP_MODULE REAL : X = 1.1, Y = 2.2 INTEGER : I = 1, J = 2 CALL SWAP (X, Y) PRINT *, X, Y CALL SWAP (I, J) PRINT *, I, J END PROGRAM TEST_SWAP 运行结果： 2.2000000 1.1000000 2 1 超载和定义操作符 l超载赋值号 l在执行赋值语句时，赋值号“=”右边表达式的数据类型将会 转换为左边变量的数据类型并赋值。 l如果我们希望延伸这种功能，使得一个逻辑型的值能够赋予 一个整型变量. l如在执行赋值语句：I = L时(其中L是逻辑型，而I是整型)， 使.FALSE.相当于0，使.TRUE.相当于1。 l需要编写一个过程完成此功能并用一个接口块来指明完成转 换的子程序名。 超载和定义操作符 MODULE INT_LOGICAL INTERFACE ASSIGNMENT (=) MODULE PROCEDURE INTEGER_GETS_LOGICAL END INTERFACE CONTAINS SUBROUTINE INTEGER_GETS_LOGICAL (I, L) INTEGER , INTENT (OUT) : I LOGICAL , INTENT (IN) : L IF (L) THEN I = 1 ELSE I = 0 END IF END SUBROUTINE INTEGER_GETS_LOGICAL END MODULE INT_LOGICAL PROGRAM TEST_INT_LOGICAL USE INT_LOGICAL IMPLICIT NONE INTEGER : I, J I=.FALSE. PRINT *, I J = .TRUE. PRINT *, J END PROGRAM TEST_INT_LOGICAL 运行结果： 0 1 超载赋值符的子程序必须只有两 个变量，第一个变量的INTENT 属性为OUT，第二个INTENT属 性为IN。 超载和定义操作符 l超载运算符 l如果我们希望用+代替.OR.，用*代替.AND.，用-代替.NOT. 来运算逻辑值，则可以用超载运算符来实现。 l需要在模块中写一个函数子程序和一个包含此函数子程序的 接口块。这种情况下INTERFACE语句中应包含关键字 OPERATOR。 超载和定义操作符 MODULE LOGICAL_PLUS INTERFACE OPERATOR (+) MODULE PROCEDURE LOG_PLUS_LOG END INTERFACE CONTAINS FUNCTION LOG_PLUS_LOG (X, Y) RESULT (LOG_PLUS_LOG_RES) LOGICAL : LOG_PLUS_LOG_RES LOGICAL, INTENT (IN) : X, Y LOG_PLUS_LOG_RES = X .OR. Y END FUNCTION LOG_PLUS_LOG END MODULE LOGICAL_PLUS PROGRAM TEST_LOGICAL_PLUS USE LOGICAL_PLUS IMPLICIT NONE PRINT *, .FALSE. + .FALSE. PRINT *, .TRUE. + .TRUE. PRINT *, (2.2 5.5) + (3.3 1.1) END PROGRAM TEST_LOGICAL_PLUS 运行结果： F T T 注意：第三条PRINT语语句中的 括号时时必须须的，因为为运算符“+”比 “”的运算优优先级级高。 超载载运算符的函数子程序必须须 有一个或者两个变变量(依赖赖于被超 载载的运算符)，变变量的INTENT属 性必须须是IN。 超载和定义操作符 l用户定义的运算符 l除了可以“超载”FORTRAN固有的运算符之外，用户还可以定义新的运 算符。 l如果我们想在程序中加入判定一个整数是否为素数的运算，可能就没有 哪个FORTRAN固有的运算符适合于超载。这时，我们可以定义一个新 的运算符。 l它的名字应该是一个夹在两个“.”号之间长度介于1和31之间的一串字符 ，但这串字符不能与逻辑常量或者固有运算符相同。 l定义一个新的运算符与超载一个已有的运算符的方式基本相似，可以在 INTEGFACE语句中含有这个运算符的名字，定义运算的函数子程序应 该有一个或两个INTENT属性为IN的变量，函数子程序名应包含在 MODULE PROCEDURE语句中。 超载和定义操作符 lINTERFACE OPERATOR (.PRIME.) l MODULE PROCEDURE PRIME lEND INTERFACE l现在这个运算符就可以和其它一元运算符一样使用，例如下 面的IF语句： lIF(.PRIME. B .AND. B 100)THEN l一个自定义二元运算符的优先级总低于其他运算符,而一个 自定义一元运算符的优先级总高于其他运算符。 超载和定义操作符 l超载固有函数 l对于任何整数I，计算SQRT(REAL(I)和计算INT(SQRT(REAL(I)都不难，但如果只需写SQRT(I)则更 好。我们可以超载SQRT函数，使它对一个整型量进行运算并返回一个整型值。 MODULE INTEGER_SQRT INTERFACE SQRT MODULE PROCEDURE SQRT_INT END INTERFACE CONTAINS FUNCTION SQRT_INT(I) RUEULT(SQRT_INT_RESULT) INTEGER : SQRT_INT_RESULT INTEGER, INTENT (IN) : I SQRT_INT_RESULT = INT (SQRT (REAL (I) + 0.5) END FUNCTION END MODULE INTEGER_SQRT PROGRAM TEST_INTEGER_SQRT USE INTEGER_SQRT IMPLICIT NONE INTEGER : I I = 5 PRINT *, SQRT (I) END PROGRAM TEST_INTEGER_SQRT 模块的应用 l数据共享 l可以把一些在整个程序范围内都用到的数据(称全局数据)放在一个模块内统一说 明，在需要使用这些数据的程序单元内用USE语句使用它们即可。 lMODULE DATA_MODULE l SAVE l REAL :A, B (10,10), C (23,2:25) l INTEGER :D (-2:12) l COMPLEX :E (6, 8, 10) lEND MODULE l可以使用USE语句： lUSE DATA_MODULE !访问这个模块中的全部数据。 l或者使用语句： lUSE DATA_MODULE, ONLY: A, C !访问部分数据。 l为了避免名字冲突，还可以进行更名，例如可以用： lUSE DATA_MODULE, ADO = A, BEI = B 模块的应用 l模块还可以把一些将在整个可执行程序中都要用到的过程(称全局过程) 放在一个模块内的CONTAINS语句和END MODULE语句之间，作为内 部过程，共引用模块的各程序单元使用，以实现过程共享。例如：将求 四个变量之和与四个变量之积的函数作为模块内部程序写入模块中。 MODULE ABCD IMPLICIT NONE REAL : A, B, C, D CONTAINS FUNCTION ADD () RESULT (ADD_RE) REAL : ADD_RE ADD_RE = A+B+C+D END FUNCTION ADD FUNCTION PROD () RESULT (PROD_RE) REAL : PROD_RE PROD_RE = A*B*C*D END FUNCTION PROD END MODULE ABCD PROGRAM AP USE ABCD READ *, A, B, C, D PRINT *, ADD (), PROD () END PROGRAM AP 模块的应用 MODULE WORK_ARRAYS INTEGER :N REAL, ALLOCATABLE, SAVE : A(:), B(:, :), C(:, :, :) END MODULE WORK_ARRAYS PROGRAM MAIN USE WORK_ARRAYS CALL CONFIGURE_ARRAYS ！分配数组 CALL COMPUTE ！用分配好的数组进行计算 PRINT *, A; PRINT *, B; PRINT *, C END PROGRAM MAIN SUBROUTINE CONFIGURE_ARRAYS USE WORK_ARRAYS READ *, N ALLOCATE (A (N), B (N, N), C (N, N, 2*N) END SUBROUTINE CONFIGURE_ARRAYS SUBROUTINE COMPUTE USE WORK_ARRAYS DO I = 1, N A (I) = 1 DO J = 1, N B (I, J) = 1.8 * I * J DO K = 1, N C (I, J, K) = 0.2 * I * J / K END DO;END DO;END DO END SUBROUTINE COMPUTE 练习题 l一、选择题 1.下面的模块中，错误的语句是_。 A) MODULE MY_MOD B) REAL:PI C) PI=3.14 D) END MODULE MY_MOD 2.下面关于模块的描述中，不正确的是：_。 A) 模块是一种不能直接执行的程序单元 B) 模块名后面必须加后缀“_MODULE” C) 模块中类型说明部分不能有可执行语句 D) 一个程序中可以有多个模块程序单元 练习题 3.