Fortran基本用法小结.docx
《Fortran基本用法小结.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Fortran基本用法小结.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
Fortran基本用法小结
Fortran基本用法小结
高级语言和算法组heavensky
目录：
一、说明
二、概述
三、数据类型及基本输入输出
四、流程控制
五、循环
六、数组
七、函数
八、文件
一、说明
本文多数内容是我读彭国伦《Fortran95程序设计》的笔记。
只读到第九章，主要是3~9章，都是些最基本的用法（原书共16章）。
这里主要摘录了我看书过程中总结的一些Fortran和C不同的地方，主要是语法方面。
希望这份笔记能够给学过C但没有接触过Fortran的同学带去一些帮助。
要想弄得更清楚些，推荐看一下原书，觉得作者真的写得很好，很清楚；如果有C语言的基础，看完前九章应该很快的，花一两天就行了。
觉得如果耐心看完本文，基本功能应该也可以顺利用起来了。
另外，由于我之前没有用过Fortran，这次为了赶文档看书又看得很粗浅，大多数东西看过之后都没来得及仔细想，只是按着作者的意思去理解。
所以这份笔记还处于纸上谈兵的层次。
如果有不妥的地方，希望大家指正。
谢谢！
文中蓝色的部分是程序代码，!
后面的内容为注释。
二、概述
1、名词解释
Fortran=FormulaTranslator/Translation
一看就知道有什么特色了：
可以把接近数学语言的文本翻译成机械语言。
的确，从一开始，IBM设计它的时候就是为了方便数值计算和科学数据处理。
设计强大的数组操作就是为了实现这一目标。
Fortran奠定了高级语言发展的基础。
现在Fortran在科研和机械方面应用很广。
2、Fortran的主要版本及差别
按其发展历史，Fortran编译器的版本其实很多。
现在在广泛使用的是Fortran77和Fortran90。
Fortran90在Fortran77基础上添加了不少使用的功能，并且改良了77编程的版面格式，所以编程时推荐使用90。
鉴于很多现成的程序只有77版本，有必要知道77的一些基本常识，至少保证能够看懂77程序。
以下是77和90的一些格式上的区别。
Fortran77：
固定格式（fixedformat），程序代码扩展名：
.f或.for
（1）若某行以C,c或*开头，则该行被当成注释；
（2）每行前六个字符不能写程序代码，可空着，或者1~5字符以数字表明行代码（用作格式化输入输出等）；7~72为程序代码编写区；73往后被忽略；
（3）太长的话可以续行，所续行的第六个字符必须是"0"以外的任何字符。
Fortran90：
自由格式（freeformat），扩展名：
.f90
（1）以"!
"引导注释；
（2）每行可132字符，行代码放在每行最前面；
（3）以&续行，放在该行末或下行初。
以下都是讨论Fortran90。
3、Fortran的一些特点和C不同，在下面涉及具体方面时可以看到。
这里只是大致提一些。
（1）不分大小写
（2）每句末尾不必要写分号
（3）程序代码命令间的空格没有意义
（4）不像C，Fortran不使用{}
（5）数据类型多出了复数和逻辑判断类型。
比如复数类型complex:
:
a !
声明复数的方法。
复数显然方便了科学计算，满足了工程方面的需求
a=（1.0,2.0） !
a=1+i
（6）多出了乘幂运算（**）。
乘幂除了整数还可以是实数形式。
如开方，开立方
a=4.0**0.5，a=8.0**（1.0/3.0）。
（7）数组有一些整体操作的功能；可以方便的对部分元素进行操作
（8）有些情况下可以声明大小待定的数组，很实用的功能
4、Fortran的基本程序结构
先看一看所谓的"HelloFortran"程序。
programmain !
程序开始，main是program的名字，完全自定义
write（*,*）"Hello" !
主程序
stop !
终止程序
end[program[main]] !
end用于封装代码，表示代码编写完毕。
[]中的内容可省略，下同。
再看一段实用一些的程序，好有点感性认识。
程序用于计算圆柱的表面积，要求输入底面半径和高。
其中展示了Fortran的一些特色用法。
程序摘自维基。
其实是一个叫的网上引用的维基的网页。
推荐去看看!
能查到不少有意思的东西。
programcylinder !
给主函数起个名字
!
Calculatetheareaofacylinder.
!
!
Declarevariablesandconstants.
!
constants=pi
!
variables=radiussquaredandheight
implicitnone !
Requireallvariablestobeexplicitlydeclared
!
这个一般都是要写上的。
下面会进一步说明。
integer:
:
ierr
character:
:
yn
real:
:
radius,height,area
real,parameter:
:
pi=3.1415926536 !
这是常量的声明方法
interactive_loop:
do !
do循环，Fortran中的循环可以加标签，如do前
!
面的interactive_loop就是标签
!
Prompttheuserforradiusandheightandreadthem.
write（*,*）'Enterradiusandheight.' !
屏幕输出
read（*,*,iostat=ierr）radius,height !
键盘输入。
isotat的值用于判断
!
输入成功否。
!
Ifradiusandheightcouldnotbereadfrominput,
!
thencyclethroughtheloop.
if（ierr/=0）then
write（*,*）'Error,invalidinput.'
cycleinteractive_loop !
cycle相当于C里的continue
endif
!
Computearea. The**means"raisetoapower."
area=2*pi*（radius**2+radius*height） !
指数运算比C方便
!
Writetheinputvariables（radius,height）
!
andoutput（area）tothescreen.
write（*,'（1x,a7,f6.2,5x,a7,f6.2,5x,a5,f6.2）'）& !
"&"表示续行。
这里
!
还显示了格式化输出
'radius=',radius,'height=',height,'area=',area
yn=''
yn_loop:
do !
内嵌的另一个do循环
write（*,*）'Performanothercalculation?
y[n]'
read（*,'（a1）'）yn
if（yn=='y'.or.yn=='Y'）exityn_loop
if（yn=='n'.or.yn=='N'.or.yn==''）exitinteractive_loop
enddoyn_loop !
结束内嵌do循环
enddointeractive_loop
endprogramcylinder
Fortran程序的主要结构就是这样了。
一般还会有些module的部分在主函数前，函数在主函数后。
三、数据类型及基本输入输出
1、数据类型，声明及赋初值
（1）integer：
短整型kind=2,长整型kind=4
integer（[kind=]2）:
:
a=3
如果声明成integer:
:
a，则默认为长整型。
!
":
:
"在声明并同时赋初值时必须要写上；类型名后面有形容词时也必须有；其他情况可略去!
所谓形容词，可以看一下这个。
比如声明常数
real，parameter:
:
pi=3.1415926。
parameter就是形容词。
（2）real：
单精度kind=4（默认），双精度kind=8
real（[kind=]8）:
:
a=3.0
还有指数的形式，如1E10为单精度，1D10为双精度
（3）complex单精度和双精度
complex（[kind=]4）b
（4）character
character（[len=]10）c !
len为最大长度
（5）logical
logical*2:
:
d=.ture.（等价于logical
（2）:
:
d=.ture.）
（6）自定义类型type：
类似于C中的struct
Fortran77中给变量赋初值常用DATA命令，可同时给多个变量赋初值
data a,b,string /1,2.0,'fortran'/
与C不同的是，Fortran中变量不声明也能使用,即有默认类型（跟implicit命令有关）。
按照默认的规定，以i,j,k,l,m,n开头的变量被定义为integer,其余为real。
取消该设置需在程序声明部分之前加implicitnone。
彭国伦建议一般都使用该语句。
另一点关于声明的不同是Fortran有"等价声明"：
integera,b
equivalence（a,b）
使得a,b使用同一块内存。
这样可以节省内存；有时可精简代码。
如：
equivalence（很长名字的变量,比如三维数组的某个元素，a），之后使用a来编写程序就简洁多了。
2、基本输入输出
输入：
read（*,*）a !
从键盘读入
输出：
write（*,*）"text" !
在屏幕上输出。
Fortran77用'text'。
Fortran90
!
一般""和''都可
print*，"text" !
只能屏幕输出
（*,*）完整写为（unit=*,fmt=*）。
其中unit为输入/输出位置，如屏幕，文件等；fmt为格式。
如果这两项都写成*，则按默认的方式进行，即上面描述的。
print后面的*表示按默认格式输出。
四、流程控制
1、运算符
（1）逻辑运算符
== /= > >= < <= !
Fortran90用法
.EQ. .NE. .GT. .GE. .LT. .LE. !
Fortran77用法
（2）涉及相互关系的集合运算符
.AND. .OR. .NOT. .EQV. .NEQV.
!
仅.NOT.连接一个表达式，其余左右两边都要有表达式（可以是logical类型的变量）
!
.EQV.：
当两边逻辑运算值相同时为真，.NEQV.：
当两边逻辑运算值不同时为真
2、IF
（1）基本：
if（逻辑判断式）then
……
endif
如果then后面只有一句，可写为
if（逻辑判断式） …… !
then和endif可省略
（2） 多重判断：
if（逻辑判断式）then
……
elseif
……
elseif
……
else
……
endif
（3）嵌套：
if（逻辑判断式）then
if（逻辑判断式）then
if（逻辑判断式）then
elseif（逻辑判断式）then
……
else
……
endif !
没必要跟C语句多时用{}了，因为有endif
endif
endif
（4）算术判断：
programexample
implicitnone
realc
write（*,*） "inputanumber"
read（*,*）c
if（c）10,20,30 !
10,20和30为行代码,根据c小于/等于/大于0，执行10/20/30行的程序
10 write（*,*） "A"
goto40 !
goto可实现跳到任意前面或后面的行代码处，但用多了破坏程序结构
20 write（*,*） "B"
goto40
30 write（*,*） "C"
goto40
40 stop
end
3、SELECTCASE
类似于C的switch语句
selectcase（变量）
case（数值1）!
比如case（1:
5）代表1<=变量<=5会执行该模块
…… !
case（1，3，5）代表变量等于1或3或5会执行该模块
case（数值2）!
括号中数值只能是integer,character或logical型常量，不能是real型
……
casedefault
……
endcase
4、PAUSE,CONTINUE
pause暂停程序执行，按enter可继续执行
continue貌似没什么用处，可用作封装程序的标志
五、循环
1、DO
docounter=初值,终值,增/减量 !
counter的值从初值到终值按增/减量变化，
…… !
counter每取一个值对应着一次循环。
增/减量不写则默认为1
……
…… !
循环主体也没有必要用{}
……
enddo
Fortran77中不是用enddo来终止，而是下面这样子：
do循环最后一行的行代码 counter=初值,终值,增/减量
……
行代码 …… !
这是do的最后一行
2、DOWHILE
dowhile（逻辑运算）
……
……
enddo
类似于C中的while（逻辑运算）{……}。
一开始那个计算圆柱表面积的程序中，应该也算是这一类。
不过它是通过内部的if语句来控制循环。
看来也是可以的，不过在这本书上没看到这样写。
其实应该也可以归于下面这种。
3、没看到和C里面的do{……}while（逻辑运算）;相对应的循环语句，不过可以这样，保证至少做一次循环：
dowhile（.ture.）
……
……
if（逻辑运算）exit !
exit就好比C里面的break。
C里的continue在Fortran里是cycle
enddo
4、Fortran的一个特色：
带署名的循环
可以这样，不易出错：
outer:
doi=1,3
inner:
doj=1,3
……
enddoinner
enddoouter
还可以这样，很方便：
loop1:
doi=1,3
loop2:
doj=1,3
if（i==3）exitloop1 !
exit终止整个循环loop1
if（j==2）cycleloop2 !
cycle跳出loop2的本次循环，进行loop2的下一次循环
write（*,*）i,j
enddoloop2
enddoloop1
还有一些循环主要用于Fortran中的数组运算，为Fortran特有，很实用。
六、数组
1、数组的声明
和C不同的是，Fortran中的数组元素的索引值写在（）内，且高维的也只用一个（），如下
integera（5） !
声明一个整型一维数组
real:
:
b（3,6） !
声明一个实型二维数组
类型可以是integer,real,character,logical或type。
最高可以到7维。
数组大小必须为常数。
但是和C语言不同，Fortran也有办法使用大小可变的数组，方法如下：
integer,allocatable:
:
a（:
） !
声明
大小可变经过某个途径得知所需数组大小size之后，用下面的语句：
allocate（a（size）） !
配置内存空间
之后该数组和通过一般方法声明的数组完全相同。
与C不同，Fortran索引值默认为从1开始，而且可以在声明时改变该规则：
integera（-3:
1） !
索引值为-3，-2，-1，0，1
integerb（2:
3,-1:
3）!
b（2~3,-1~3）为可使用的元素
2、数组在内存中的存放
和C不同，Fortran中的数组比如a（2,2）在内存中存放顺序为a（1,1）,a（2,1）,a（1,2）,a（2,2）。
原则是先放低维的元素，再放高维的元素。
此规则称为columnmajor。
3、赋初值
（1）最普通的做法：
integera（5）
data a /1,2,3,4,5/
或integer:
:
a（5）=（/1,2,3,4,5/）
若integer:
:
a（5）=5，则5个元素均为5
对于integer:
:
a（2,2）=（/1,2,3,4/）
根据数组元素在内存中存放的方式，等价于赋值a（1,1）=1,a（2,1）=2,a（1,2）=3,a（2,2）=4
（2）利用Fortran的特色：
隐含式循环。
看例子就明白了。
integera（5）
integeri
data（a（i）,i=2,4）/2,3,4/ !
（a（i）,i=2,4）表示i从2到4循环，增量为默认值1
还可以这样：
integeri
integer:
:
a（5）=（/1,（2,i=2,4）,5/） !
五个元素分别赋值为1，2，2，2，5
integer:
:
b（5）=（/i,i=1,5/） !
五个元素分别赋值为1，2，3，4，5
还可以嵌套
data（（a（i,j）,i=1,2）,j=1,2）=/1,2,3,4/!
a（1,1）=1,1（2,1）=2,a（1,2）=3,a（2,2）=4
4、操作整个数组
设a，b为相同类型、维数和大小的数组
a=5 !
所有元素赋值为5
a=（/1,2,3/）!
这里假设a为一维，a
（1）=1,a
（2）=2,a（3）=3
a=b !
对应元素赋值，要求a,b,c维数和大小相同，下同
a=b+c
a=b-c
a=b*c
a=b/c
a=sin（b） !
内部函数都可以这样用
5、操作部分数组元素
a为一维数组
a（3:
5）=（/3,4,5/） !
a（3）=3,a（4）=4,a（5）=5
a（1:
5:
2）=3 !
a
（1）=3,a（3）=3,a（5）=3
a（3:
）=5 !
a（3）以及之后的所有元素赋值为5
a（1:
3）=b（4:
6） !
类似于这种的要求左右数组元素个数相同
a（:
）=b（:
2） !
a
（1）=b（1,2）,a
（2）=b（2,2），以此类推
6、WHERE
where形式上类似于if，但只用于设置数组。
设有两个同样类型、维数和大小的数组a,b
升级会员 