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Fortran语法

Fortran语法（转载）2010-08-0209:

45

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。

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的一些不同其实很多，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] !

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

!

  Prompttheuserforradiusandheight

!

  andreadthem.

  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'

    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

dataa,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cy

cle

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）

dataa/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 

[34mwhere（a<3）

b=a  !

a中小于3的元素赋值给b对应位置的元素

endwhere 

再如：

where（a（1:

3）/=0）c=a!

略去了endwhere,因为只跟了一行where可嵌套，也 

                   !

可类似do循环有署名标签。

7、FORALL

有点像C中的for循环：

forall（triplet1[,triplet2[,triplet3…]],mask）

其中triplet形如i=2：

6：

2，表示循环，最后一个数字省略则增量为1

例如：

forall（i=1:

5,j=1:

5,a（i,j）<10）

a（i,j）=1

endforall

又如：

forall（i=1:

5,j=1:

5,a（i,j）/=0）a（i,j）=1/a（i,j）

forall也可以嵌套使用，好比C中for循环的嵌套。

七、函数

Fortran中函数分两类：

子程序（subroutine）和自定义函数（function）。

自定义函数本质上就是数学上的函数，一般要传递自变量给自定义函数，返回函数值。

子程序不一定是这样，可

以没有返回值。

传递参数要注意类型的对应，这跟C是一样的。

1、子程序

目的：

把某一段经常使用的有特定功能的程序独立出来，可以方便调用。

习惯上一般都把子程序放在主程序结束之后。

形式：

subroutinename（parameter1,parameter2） 

!

给子程序起一个有意义的名字。

可以传递参数，这样可以有返回值。

括号内也可以空着，代

表不传递参数。

implicitnone    

integer:

:

parameter1,parameter2 !

需要定义一下接收参数的类型。

……               !

接下来的程序编写跟主程序没有任何差别。

…… 

mreturn!

跟C不同，这里表示子程序执行后回到调用它的地方继续执行下面的程序。

       !

不一定放在最后。

可以放在子程序的其他位置，作用相同；子程序中return之后的部分不再执行。

end[subroutinename]

调用：

使用call命令直接使用，不需要声明。

在调用处写：

callsubroutinename（parameter1,parameter2）

注意点：

a.子程序之间也可相互调用。

直接调用就是了，像在主程序中调用子程序一样。

b.传递参数的原理和C中不同。

Fortran里是传址调用（callbyaddress/reference），就是传递时用的参数和子程序中接收时用的参数使用同一个地址，尽管命名可以不同。

这样如