fortran90第二章.ppt

第二章,2012年3月,顺序结构设计,Fortran数据表现形式常量:不变的量15变量:变化的，内存地址表达式函数：ABS，LOG,数据类型整型实型字符型复型逻辑型,优化代码,提高程序速度,直接常量:数据本身就是一个常量15，20.54，“中国”（1）整型常量：整型常量又称为整型常数或整数，包括正数、负数和0。如125，-258，+28等。必须注意：整型常量中的数字之间不能用“，”分隔，即日常中所用的千分位分隔符，例如123,000是错的整型常量表示；整型常量不能有小数点；整型常量内部最好不要加空格（FORTRAN77中整型常量的空格被忽略，而FORTRAN90及以上版本整型常量加入空格将产生错误）。,2.1.1直接常量,FORTRAN77中一个整型常量占2个字节的存储空间FORTRAN90标准中整型常量的范围没有明确规定。如16位计算机上整型常量的范围是2个字节，表示为十进制数为-32768+32767，即-215215-1,2.1.1直接常量,INTEGER(KIND=2)II=32771PRINT*,IEND,实型常量即实型常数或简称实数。它有2种表示形式：小数形式和指数形式小数形式根据小数点前后是否有数字形成3种不同格式，分别是：m.n、m.、.n。数字前面可以加上“+”或“-”号，默认为正号小数点“.”前或后可以不出现数字。例如3.52、4.0、-5.(相当于-5.0）、.6378（相当于0.6378）等指数形式可以表示一个绝对值非常大或非常小的数，表示方式是用E将有效数字和指数分隔，E的前面是指数，E的后面是小数。例如：1.32E5表示13200或1.32*1051.285E-12表示1.285*10-12,（2）实型常量,注意：E后面的指数只能是整型常量，如5E3.2是错误的指数表示。,符号常量，是用一个标识符来代表一个常量。符号常量常用PARAMETER语句来定义。例如：PARAMETER(PI=3.1416，M=10)该语句定义了两个符号常量PI和M，在该程序单位内，PI代表3.1416，M代表10PARAMETER为特有的常量定义标识，要定义的项必须放在（）内，如果有多项，项之间要用逗号隔开。符号常量与变量有着本质的区别，PARAMETER语句是非执行语句，变量对应于一个存储单元，程序执行时，可将表达式的值存放到变量所对应的存储单元中（即给变量赋值）或从变量所对应的存储单元中取出相应的值。符号常量不能当变量使用,2.1.2符号常量,例1输入圆柱体的半径和高，求圆柱体的表面积和体积PROGRAMfexREALR,H,S,VPARAMETER(PI=3.141593)PRINT*,“请输入半径和高：”READ*,R,HS=PI*R*2*HV=PI*R*2*HPRINT*,“表面积为：”,SPRINT*,“体积为：”,VEND,2.2.1变量的概念变量：是指在程序运行过程中其值可以改变的量。变量实质上代表的是一个内存单元在FORTRAN中经常用看到下列的语句：N=N+1N所对应存储单元中的数据在原来基础上增加1。,例已知三角形3条边:a、b和c,输入边长,计算面积,并输出。三角形面积=,其中：s=解:PROGRAMexam1REALa,b,c,s,areaREAD*,a,b,cs=(a+b+c)/2area=SQRT(s*(s-a)*(s-b)*(s-c)PRINT*,area=,areaEND运行程序输入数据:2.53.54.5输出结果数据：area=4.353070,一个变量需要一个名字来识别，在同一个程序单位中不能用同一个变量名代表不同的变量。变量的名字即标识符:areastu_num在FORTRAN语言中，标识符只能由字母、数字和下划线组成，且开头只能是字母。定义标识符时应注意以下事情：（1）FORTRAN标识符不区分字母的大小写，如grade、Grade、GRADE所表示的是同一个变量。（2）标识符的长度因FORTRAN版本不同而有差异(P18表2.1),2.2.2变量的概念,（3）标识符要尽量做到“见名知义”，如可用AREA代表“面积”，GRADE代表“成绩”，AVER代表“平均值”等（4）FORTRAN没有规定的“保留字”，因此FORTRAN中具有特定意义的语句名、函数名，可以用作变量名。但是:INTEGERPRINTREALWRITE是一个不好的选择避免和FORTRAN的关键字命令混淆,2.2.2变量的概念,INTEGER(KIND=2)II=32771PRINT*,IEND,FORTAN中变量的类型的定义有三种方式：1.类型说明语句格式为：类型说明符变量名1，变量名2其中类型说明字为：INTEGER:整型变量说明；Integerx,yREAL：实型变量说明；realarea,averageDOUBLEPRECISION：双精度型变量说明；doubleprecisionarea,2.2.3变量的说明,COMPLEX：复型变量说明；5+2iLOGICAL：逻辑型变量说明；CHARACTER：字符型变量说明；注意，在FORTRAN90中，还可以用如下语句来声明变量的类型：类型说明符:变量名1,变量名2REAL:SCORE=89.5该语句在变量类型进行声明的同时进行变量的初始化。REALSCORE=89.5,2.2.3变量的说明,2.隐含说明语句IMPLICIT,IMPLICIT说明语句可以将某个或某些字母开头的变量规定为所需的类型，格式为：IMPLICIT类型说明（字母表）例如：IMPLICITINTEGER（A，C，T-V）该语句的含义是将以A和C及T到V开头的变量规定为INTEGER类型（即整型）。,3.隐含约定,FORTRAN语言规定，以I，J，K，L，M，N6个字母开头的变量被当作整型变量。该规则又称为IN规则。例如：在没有前面两种说明的情况下，I1，MA，N3S等都为整型变量。,（1）IN规则在FORTRAN77中用的较多，它具有一定的副作用，如隐含说明与强制说明一同使用时，变量类型不清晰，因此FORTRAN90中一般不提倡用，通过在程序变量说明之前加入：IMPLICITNONE语句来取消IN规则。（2）在以上3类规则中，第一类优先级最高，第二类次之，隐含约定最低。也就是说，当一个变量被强制定义为某种类型时，IMPLICIT语句和隐含约定将不再起作用。（3）IMPLICIT语句和变量强制说明语句，都为非执行语句，FORTRAN77规定：应把它们放在所有可执行语句之前。,IMPLICITNONE,输入2个实数,a,b计算x,y,输出结果,PROGRAMEXAM3REALa,b,x,yREAD*,a,bX=(a*a+b*b)*5Y=(a*a-b*b)*7PRINT*,x=,x,y=,yEND,例:计算扇形面积，t为角度，r为半径，s为面积,PROGRAMSQUREIMPLICITNONEPARAMETER(PI=3.1415926)REALR,TWRITE(*,*)“请输入半径r和扇形角度t的值：READ*,R,TS=PI*R*2*T/360PRINT*,R=,R,T=,T,S=,SEND,注意！,PARAMETER(PI=3.141593)符号常量INTEGER:I=100或写成INTEGERII=100,REAL:S=10.25或写成REAL:SS=10.25,内部函数是指系统本身带有的能完成一定功能的程序单位。内部函数可供用户直接使用，只不过必须遵守其使用规则，不必重新编写程序。如数学函数中的三角函数，象正弦函数，SIN(X)，其中X为任意实数，就可以得到对应数值(弧度)的正弦值。SQRT(3.521)FORTRAN常用的函数见表2.2。,SIGN函数的作用是“符号传送”。SIGN(A,B)的作用是将B的符号传送给A,常用标准函数,Sign函数的作用是”符号传递”将第二个数的符号传递给第一个数。利用sign函数可以检查两个数是否同号。若sign(a,b)=a,则a与b同号,SIN(3.1415926/4)sin(180/4)=sin45=0.707107sin45=sin(45*/180)=sin(/4)度数应转化为弧度LOG(50.0)ln50LOG10(50.0)=lg50INT(12.5)12.5=12MOD(13,5)13-13/55=3SIGN(125.45,-4.5)-125.45SIGN(125.45,4.5)125.45REAL(10)10.0MAX(12,34,78,11,54,35)78MIN(12,34,78,11,54,35)11,举例,1弧度=180/度,1度=/180弧度,FORTRAN常用的函数见表2.2,10Mod6=4,Log(x),ln(x),ex,说明：(1)FORTRAN内部函数，也称为库函数。在程序中可直接调用这些函数，在完成程序的编译后，通过连接，即将一组二进制指令代入该函数出现的地方，与编译好的目标程序一起形成可执行程序(2)一个内部函数要求一个或多个自变量。如SIN(X)自变量仅一个。MOD(M,N)自变量为两个：M、N。最大值、最小值MAX，MIN等函数，自变量就可以有多个。(3)函数的自变量是有类型的，函数的值也是有类型的，如求余函数MOD(M，N)，自变量与函数值，都是整型，而SIN(X)等，自变量与函数值都是实型，否则，如果用整型自变量将产生语法错误，函数值用整型变量存储将丢失小数部分的数据，导致结果错误,内部函数使用应当注意,（1）所有函数必须遵守原有数学规则，如负数不能开方，不能对负数求对数，实数不能求余等，违反规则程序将产生错误。（2）所有函数名字的后面都必须带有括号()，否则将产生错误。如COS(X)不能写成COSX，因为后者FORTRAN语言将把它当作一个标识符，而非调用一个函数。使用函数时，参数类型和个数必须与函数定义的参数类型和个数一致，如使用MOD函数时，需要两个为整型的参数（3）三角函数参数单位是弧度，因此得特别注意，如果是普通的度数，必须先转化为弧度才能使用对应的函数。（4）要注意FORTAN语言中函数名与数学中函数名的差异，如FORTRAN语言中LOG(X)，相当于数学的自然对数，即LnX。,函数运用的具体例子,PROGRAMEX1INTEGERMWRITE(*,*)请输入一个整数:READ*,MIF(MOD(M,3)=0)THENPRINT*,M能够被3整除!ELSEPRINT*,M不能够被3整除!ENDIFEND,（1）求三个数X、Y、Z中的最大值可以表示为：MAX（X，Y，Z）；（2）判断一个数自然数M是否为另外一个自然数N的因数，通过MOD(N，M)是否为0可以判断，如果为0，则说明M是N的因数，否则说明N不能被M整除。,将常量、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：算术表达式、字符表达式、关系表达式、逻辑表达式2.4.1运算符号与其优先级别5种算术运算:加(+),减(-),乘(*),除法(/),乘方(*),12-5*2*3/8:2*3=8，5*8=40，40/8=5,12-5=7,如果某些运算想先算，可以通过加（）的方式来保证例子：(A*B)*3表示(AB)3，SIN(X*Y)表示SIN(XY)，而A/B表示AB等,而SIN(X*Y)M*N等同样为数学表达式,注意,（1）表达式中的所有字符都必须写在一行，特别是带有下标的变量，不能象写数学表达式那样书写。如：Z=X1+X2不能写成Z=X1+X2（2）表达式中常量的表示、变量的命名以及函数的引用要符合FORTRAN语言的规则。（3）算术表达式中，乘号不能省略，如3*A不能写为3A，X*Y*Z不能写成XYZ。（4）两整数相除，结果为整数，不会进行四舍五入，而是把小数后面的部分切掉。因此，当分子小于分母时，结果一律为0。,PROGRAMEX1PRINT*,3*2/3与下一句数学上相同PRINT*,2/3*3但结果不同PRINT*,3*2.0/3PRINT*,2.0/3*3END,在表达式的书写中，数据类型可以不同，但计算机是按相同数据类型进行运算处理，这时，编译系统将自动地将不同类型的数据转化为同一种类型，然后进行运算。转换规律是：将低级类型转换成高级类型。对整型和实型而言是将整型转换成实型。1/2.0则系统先将1转换成1.0，然后除以2.0，结果为0.5。1.0/2和1/2.0和1.0/2.0结果都为0.5，得到实型数据值得注意的是，数据类型转换是从左到右进行的5/4*8.0结果为8.0，非10.0。要使结果为10.0，可以将5改为5.0,2.2.3算术表达式中类型转化,2.5.1赋值语句的格式赋值语句在高级语言中都是作为最基本的语句，它的一般格式为：变量名=表达式例如，PI=3.1416其含义是将3.1416的值赋给左边的变量PIX=X1+X2*X3+5将算术表达式X1+X2*X3+5的值赋给变量XI=I+1变量I在原来的基础上增加1。赋值语句的作用是：将右边表达式的值赋给左边变量，即将表达式的值存放到变量所对应的存储单元。,2.5.2执行赋值语句时的类型转换问题,赋值语句中被赋值的变量和表达式的类型可以相同，也可以不同。FORTRAN规定：（1）左右两边类型相同，运算完毕，直接赋值例如：INTEGERII=I+2I与2都为整型，因此I+2也为整型，最后I得到一个整型数据，在原来的基础上增加了2。REALX，YY=2.5*XX、2.5和2.5*X都为实型、因此Y得到一个实型数据。,（2）左右两边类型不同，右边表达式按原来规则计算，再转换为与左边变量相同的类型，然后将值赋给左边的变量。例如INTEGERNN=3.33*3先计算右边表达式3.33*3的值，为9.99，再将9.99转化为整型9，最后将9赋值给N，因此N的值是9,2.5.2执行赋值语句时的类型转换问题,INTEGERM,NREALX,YM=5/2N=5.0/2X=5/2Y=5.0/2,第一个赋值语句中，右边5/2得到一个整型值2，左右类型一致，M的值是2；第二个赋值语句中，5.0/2得到实数2.5，在赋值给整型变量N时，小数部分被切掉，N的值是2；第三个赋值语句中，5/2得到整数2，但X为一个实型变量，因此，将整数2转化为实数2.000000，再将它赋给X，因此，X的值是2.000000；Y的值是2.500000。,输入输出是计算机内存与外部设备交换数据的过程。要顺利地传递数据，一般应在输入输出语句中给计算机语提供三方面的信息：（1）通过什么设备进行输入输出；（2）采用什么样的格式进行输入输出；（3）输入、输出的内容。根据上述三个方面，FORTRAN提供多种输入输出方式，与此对应的是各种输入输出语句。本章介绍的是最简单的表控输入、输出语句，也就是系统默认的输入输出方式,输入:是指从外部设备上将数据输入到计算机内存中。向计算机输入数据叫“计算机从外部设备读入数据”FORTRAN用READ语句实现数据输入，方式有3种（1）数据按用户规定的格式输入；（2）用自由格式输入，即表控格式输入。（3）无格式输入，即以二进制形式输入，只适用从磁盘或磁带输入。,2.6.1表控输入语句,表控格式输入不必指定输入数据的格式，只需要将数据按其合法形式依次输入即可，所以又称为自由格式输入，其一般格式为：READ*，变量表变量之间用逗号隔开：READ*，X，Y，Z其中，READ后面的“*”号表示“表控输入”，语句含义是从系统隐含指定的输入设备上（一般为键盘）读入3个实型数据分别给X、Y、和Z。表控输入也可以写为：READ（*，*）变量表，其中第一个*表示“系统隐含指定的输入设备”，第二个*是指“表控输入”,当程序执行到READ语句时，向设备发出输入数据的命令，这时，通过隐含的输入设备输入相关的数据表控输入语句使用注意：（1）数据输入时:多个数据必须分隔开,a.输入一个数据,键入一个回车,b.在一行输入数据，但数据之间用分隔符隔开，允许的分隔符号有空格、逗号和斜杠。两个数据之间空格可以有多个，但逗号只能有一个，多个逗号意味着对某些变量输入空数据，即不输入数据。READ*，S1，S2，S3输入方式为：1.22.53.45或1.2，2.3，3.45再回车，还可以每输入一个数据一个回车。,（2）如果输入数据少于变量个数，则计算机将等待继续输入，如果数据多于变量个数，则多余的数据不起作用。（3）当多个输入语句并列使用时，一个READ语句对应一行。例如：READ*，M，NREAD*，X1，X2READ*，A1，A2输入：5，6，12.3，14.8回车输入：56.4，12.8回车输入:-78.6,21.4回车,2.6.1表控输入语句,该程序执行后，M为5，N为6，而X1为56.4，X2为12.8而非12.3和14.8，A1、A2为-78.6和21.4。,（4）如果在输入数据行中出现“/”号，表示READ语句的输入到此结束，未被赋值的变量将不被赋值。例如：READ*，I，J，X，Y输入数据为：2，6/14.3，12.64回车这时，I为2，J为6，而X、Y将得不到值。（5）特别注意：输入的数据类型应与变量类型尽量保持一致，整型变量不能接受实型数据，否则运行时将出错，实型变量可以接受整型数据，但最后按实型数据处理。,PROGRAMEX1integerxread(*,*)xprint*,xEND,与表控输入语句对应，表控格式输出语句简称表控输出语句，一般格式为：PRINT*，输出项表其中“*”同样代表表控格式，输出项内容可以是常量、变量、表达式或字符串，它们之间使用逗号隔开。PRINT*，XPRINT*，“Y=”，Y，“Z=”，ZPRINT*，“最大的数是：”，MAX，“最小的数是：”，MIN,2.6.2表控输出语句,注意:,（1）每一个PRINT语句在新的一行开始显示。（2）PRINT*后面字符串里的内容将原样显示，如上例中的“最大的数是：”、“最小的数是：”就是原样显示的，好处在于阅读方便，删除该字符串对程序运行不会产生任何影响。（3）单独一个PRINT*语句，后面无列表相当于一个换行语句。（4）PRINT*语句可以进行表达式的运算，例如PRINT*，X*2，Y+3,（5）表控格式还可以写成,WRITE（*，*）输出列表其中第一个*表示“在系统隐含的输出设备上输出”，隐含输出设备一般是显示器或打印机。第二个*指的是“表控格式输出”，相当于PRINT*中的*号。列表的内容与PRINT语句相同。WRITE（*，*）X，YPRINT*，X，Y两个语句作用相同。,分析下列程序的结果IMPLICITNONEINTEGERM,NREAD*,M,N,N,MM=M+NN=M+NPRINT*,M,NEND当输入78910时，输出结果为1928,例2.1,输入三个实数，输出最大值和最小值READ*,X1,X2,X3MAXNUM=MAX(X1,X2,X3)MINUM=MIN(X1,X2,X3)PRINT*,最大的数是,MAXNUMWRITE（*，*）最小的数是,MINUMEND从键盘输入2.8，9.6，4.3,例2.2,输出结果为：最大的数是9.6最小的数是2.8,2.7.1STOP语句STOP语句的作用是使程序“终止运行”，一个程序可以有多个STOP语句，为了区分，可以在STOP后面加上标识，其一般格式为：STOPNSTOP150STOPABC在程序停止运行时，输出150或ABC等信息。STOP主要是早期FORTAN语言版本，需要用它作为程序运行的结束，因为当时的END语句仅仅为程序结束的标志，真正要结束程序的运行，需要STOP来完成，对于现在的FORTRAN版本，STOP语句以无实质性的含义。,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。其使用格式如下：PAUSEN例如：PAUSE200有意识的PAUSE语句相当于在程序中设置断点，把程序分成几段，调试程序时，一段一段地检查，使用完毕再将PAUSE语句删除。,2.7.2PAUSE语句,INTEGERY,Z,MAX,MINPRINT*,请输入一个Y,Z值：READ*,Y,ZPRINT*,Y=,Y,Z=,ZPAUSE150MAX=Y+ZMIN=Y-ZPRINT*,最大的数是：,MAX,最小的数是：,MINEND,END语句是一个比较重要的语句，它的作用有二点（1）结束本程序单位的运行，每个完整的FORTRAN程序，都必须在最后加一个END，以结束程序。（2）在FORTRAN子程序中，同样用END作为该程序单位的结束，但同时兼起返回的作用：使程序返回到被调用处，即RETURN语句的功能。,2.7.3END语句,例2.3任意输入两个数，对它们进行加、减、乘、除、乘方运算分析，用变量X1、X2存储待输入的两个数，用S1、S2、S3、S4、S5分别用来存放加、减、乘、除、乘方运算结果.,REALX1,X2READ*,X1,X2S1=X1+X2S2=X1-X2S3=X1*X2S4=X1/X2S5=X1*X2PRINT*,2数之和为,S1PRINT*,2数之差为,S2PRINT*,2数之积为,S3PRINT*,2数之商为,S4PRINT*,2数之幂为,S5END,计算结果可以用PRINT语句来完成，如求X1与X2的和S1，可以写成PRINT*,“2数之和为”,X1+X2等，因此可以去掉5个存储结果的变量。,已知f(x)=x3+sin2x+ln(x4+1)分析：f(x)即函数值在程序中用y表示，自变量x从键盘输入IMPLICITNONEREALX,YREAD*,XY=X*3+SIN(X)*SIN(X)+LOG(X*4+1)PRINT*,YEND输入：12.1输出：1781.736000,例2.4输入自变量的值，求出对应的函数值,分析：用X和Y存放待交换的数据，用临时变量T保存其中一个变量如X的值，再通过X=Y和Y=T实现交换，程序如下：REALX,Y,TREAD*,X,YPRINT*,交换前X=,XPRINT*,交换前Y=,YT=XX=YY=TPRINT*,交换后X=,XPRINT*,交换后Y=,YEND,例2.5将两个变量的值互换,输入34时，输出是：交换前x=3,交换前y=4交换后x=4,交换后y