Fortran语言学习手册

Fortran语言（Fortran77结构化程序设计）普通高校计算机基础教学系列课程2020/4/62说明•第一章算法（略）•第二章计算机和计算机程序（略）2020/4/63第三章Fortran语言程序设计初步2020/4/643.1Fortran语言的发展概况FORmulaTRANslator公式翻译器Fortran语言是一种适合于科学和工程计算问题的程序设计语言；也是计算机高级语言发展史上使用最早的一种程序设计语言。2020/4/653.1Fortran语言的发展概况Fortran语言的发展过程：•1951年由约翰·贝克斯等人开始研究Fortran语言；•1957年第一个Fortran程序在IBM704机上运行；•1958和1962年先后推出FortranⅡ和FortranⅣ；•1966和1978年先后颁布Fortran66和Fortran77；•1991年颁布了Fortran90。•现在已经有了Fortran95,Fortran20032020/4/66Fortran语言的特征Fortran语言的最大特性是接近数学公式的自然描述，在计算机里具有很高的执行效率。易学，语法严谨。可以直接对矩阵和复数进行运算。自诞生以来广泛地应用于数值计算领域，积累了大量高效而可靠的源程序。很多专用的大型数值运算计算机针对Fortran做了优化。广泛地应用于并行计算和高性能计算领域。Fortran90，Fortran95，Fortran2003的相继推出使Fortran语言具备了现代高级编程语言的一些特性。2020/4/673.2简单的Fortran程序分析例1：求一元二次方程x2+3x-5.6=0的根，并打印结果。•利用公式：•（这里，a=1，b=3，c=-5.6）aacbbx2422,12020/4/683.2简单的Fortran程序分析编程如下：ctherootsofthequadraticequationa=1.0b=3.0c=-5.6x1=(-b+sqrt(b*b-4.0*a*c))/(2.0*a)x2=(-b-sqrt(b*b-4.0*a*c))/(2.0*a)write(*,100)x1,x2100format(1x,'x1=',f6.2,'x2=',f6.2)endaacbbx2422,12020/4/693.2简单的Fortran程序分析执行结果：x1=1.30x2=-4.30例2：试求3!，6!，9!的值。编程如下：2020/4/6103.2简单的Fortran程序分析主程序：子程序：cmainprogramcsubprogramj=k(3)functionk(n)l=k(6)k=1m=k(9)i=2write(*,*)j,l,m5if(i.le.n)thenendk=k*ii=i+1执行结果：goto56720362880endifreturnend2020/4/6113.2简单的Fortran程序分析Fortran程序的基本结构：⑴一个Fortran源程序由一个或多个程序单位组成，每个程序单位以“end”语句结束。⑵每个程序单位包括若干行语句行（执行语句和非执行语句行）非语句行（注释行）⑶语句前可不设标号，也可根据需要设标号。⑷各类语句在程序单位中的位置有一定规则。⑸程序必须按规定格式书写。2020/4/6123.3Fortran源程序的书写格式Fortran77源程序必须按以下格式书写：⑴每行只能在80列内书写，并把80列分为4个区。⑵1～5列：标号区（1～5位无符号整数；第1列为“*”或“c”时，为注释行）⑶第6列：续行标志区（非空格或非零字符；最多19个续行）⑷7～72列：语句区（书写语句；一行只能写一条语句）⑸73～80列：语句注释区（一般作编号注释）2020/4/6133.4Fortran程序的编辑与运行FortranPowerStation4.0集成开发环境简介2020/4/6143.4Fortran程序的编辑与运行一、FortranPowerStation4.0的启动选“开始”→“程序”→“FortranPowerStation4.0”→“MicrosoftDeveloperStudio”。二、创建项目工作间选“File”→“New”→“ProjectWorkspace”→“ConsoleApplication”，并输入项目工作间名称（如：aaa）和存放项目工作间的位置或路径（如：c:\for\）→Create。2020/4/6153.4Fortran程序的编辑与运行三、给项目工作间添加和编辑文件打开指定的项目工作间→选“Insert”→“FileintoProject”→输入要添加的文件名（如：st01.for）→“Add”。然后按Fortran程序的书写规则编辑程序。四、编译项目工作间中的文件打开指定的文件→选“Build”→“Compilest01.for”。五、连编项目文件选“Build”→“Buildaaa.exe”。六、运行项目文件选“Build”→“Executeaaa.exe”。（显示程序执行结果）2020/4/6163.4Fortran程序的编辑与运行注：若Fortran程序是由一个主程序文件和若干个子程序文件组成，则应将各文件添加到同一项目工作间，分别进行编译，然后连编和运行项目文件。七、打开项目文件选“File”→“Open”→在打开对话框文件类型下拉列表中选“ProjectWorkspace(*.mdp)”→然后选项目工作间文件夹中的项目文件。2020/4/6173.5常量常量——在程序执行期间其值固定不变的量。Fortran处理六种类型的常量：⑴整型常量（Integer）⑵实型常量（Real）⑶双精度常量（Doubleprecision）⑷复型常量（Complex）⑸逻辑型常量（Logical）⑹字符型常量（Character）2020/4/6183.5常量3.5.1整型常量包括正、负整数和零。例：5，-13，0，…说明：①在（16位）微机中，整数的取值范围为：-215～215-1（-32768～32767）②在（32位）微机中，整数的取值范围为：-231～231-1（-2147483648～2147483647）2020/4/6193.5常量3.5.2实型常量（有二种表示形式）⒈小数形式例：15.8，-21.05，14.0,14.，.17，0.0,…⒉指数形式（通常表示较大或较小的数）例：100000000→1.0E+80.0000125→1.25E-05数字部分指数部分2020/4/6203.5常量说明：⑴一个数值用指数形式表示时有两种表达方式：①一个基本实数后面跟指数部分。例：0.876→8.76E-1-2589.4→-2.5894E+3②一个整数后面跟指数部分。例：0.876→876E-3-2589.4→-25894E-12020/4/6213.5常量⑵同一个数值可用不同的指数形式表示。例：0.876→8.76E-1→87.6E-2→876E-3⑶计算机在输出时，按标准化指数形式输出。例：0.28→2.800000E-01-59.58E+12→-5.958000E+13即数字部分大于1，且小数点前只有一位非零数字的指数输出形式。⑷在微机中，一般用四个字节存放一个实数，其取值范围为：10-75～1075。超出此范围时为“溢出”错误。2020/4/6223.5常量⑸下列形式为不合法的指数形式：①单独的小数点和单独的指数部分。例：.E5，E10×②指数部分只能是整数，不能带小数点。例：8E0.5，12.3E1.5×2020/4/6233.6变量变量——在程序执行期间其值可以改变的量。3.6.1变量的概念Fortran为每一个变量分配一个相应的存储单元；每个变量在每个时刻只能有一个确定的值。例：x=4.5xx=8.0x注：在程序中用到的变量都必须要有确定的值。4.58.02020/4/6243.6变量3.6.2变量名变量名——标识一个变量所用的名字。命名规则：•变量名的第一个字符必须是字母；•在第一个字符后可跟1～5个字母或数字。例：x，m1，total，k123，…2020/4/6253.6变量注意几点：⑴变量名不区分大小写字母。例：TOTAL，Total，total代表同一变量⑵变量名中的空格不起作用。例：abc，abc，abc，abc代表同一变量⑶变量名尽量做到“见名知义”AVER、SUM、Imax⑷允许变量名与语言中具有特定含义的字（“保留字”）同名。例：sin，read，open，end，…建议不要使用fortran中具有特定含义的字作变量名2020/4/6263.6变量3.6.3变量的类型Fortran能处理各种类型的变量。不同类型的变量用来存放不同类型的数据。变量类型的说明（三种方式）⒈隐含说明即以I、j、k、l、m、n开头的变量为整型变量，以其它字母开头的变量为实型变量。（“I～N规则”）例：imax，m5，number，…为整型变量v，h2，aver，…为实型变量2020/4/6273.6变量⒉显式说明即用类型说明语句指定变量的类型。如：Integer——说明变量为整型变量Real——说明变量为实型变量Doubleprecision——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2020/4/6283.6变量如：Integerabc，xyzrealimax，k3logicala1，kpz⒊用implicit语句说明即说明用某一字母开头的变量为指定的类型。例：implicitinteger(a，b)，real(k)implicitinteger(x-z)2020/4/6293.6变量三种类型说明的优先级：高类型说明语句（显式说明）implicit语句说明低“I～N规则”2020/4/6303.7Fortran内部函数在编制Fortran程序时，经常要用到一些基本的数学函数，如三角函数、指数函数、对数函数等。为方便用户，Fortran编译系统已提供了这些函数的计算程序，需要时即可调用。Fortran内部函数调用格式：函数名（自变量）2020/4/6313.7Fortran内部函数如：sin(90*3.14159/180)→1.0sqrt(9.0)→3.0abs(-5.6)→5.6int(6.75)→6exp(3.0)→20.085540Fortran77全部内部函数见附录Ⅵ2020/4/6323.7Fortran内部函数注意几点：⑴函数自变量（参数）必须用括号括起来。例：sinx+cosx→sin(x)+cos(x)⑵函数自变量可以是常量、变量或表达式。例：exp(3.0)sin(x+cos(x))⑶有些函数的类型是由自变量的类型确定的。例：mod(8.0,3.0)→2.0mod(8,3)→2⑷三角函数的角度单位是“弧度”而不是“度”。⑸函数名分为“通用名”和“专用名”内部函数名一般用“通用名”。2020/4/6333.8Fortran算术表达式Fortran77提供了四种表达式：•算术表达式•关系表达式•逻辑表达式•字符表达式算术表达式——将各运算元素（常量、变量、函数和数组等）用算术运算符连接起来的一个有值的式子。2020/4/6343.8Fortran算术表达式一、算术运算符及其优先级⒈算术运算符（五种）加（+）减（-）乘（*）除（/）乘方（**）⒉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”。2020/4/6353.8Fortran算术表达式例：3+5-6.0*8.5/4**2+sin(x)→3+5-6.0×8.5÷42＋sinxx**y**z、x**(y**z)→xyz(x**y)**z→(xy)z有了算术表达式概念之后，我们就可以将：数学运算式→Fortran算术表达式2020/4/6363.8Fortran算术表达式二、算术表达式书写规则⑴表达式中的各运算元素之间必须用运算符