Fortran用法小结.docx

1、Fortran用法小结目录：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Fortran 95 程序设计的笔记。只读到第九章，主要是39章，都是最基本的用法（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。外，由于我之前没有用过Fort

2、ran，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=Formula Translator/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。ortran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

3、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Fortran 77和Fortran90。ortran 90在Fortran 77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77程序。以下是77和90的一些格式上的区别。Fortran 77： 固定格式（fixed format），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15字符以数字表明行代码（用作格式化输入出等）；772为

4、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。Fortran 90：自由格式（free format）， 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Fortran 90。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

5、 !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Hello Fortran程序。program main !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 programmain !end用于

6、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。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的维基的网页。推荐去看看!能查到不少有意思的东西。program cylinder !给主函数起个名字! Calculate the area of a cylinder.! Declare variables and constants.! constants=pi! variables=radius squared and heightimplicit none ! Requir

7、e all variables to be explicitly declared!这个一般都是要写上的。下面会进一步说明。integer : ierrcharacter : ynreal : radius, height, areareal, 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d前面的!interactive_loop就是标签! Prompt the user for radius and height! and read them.write (*,*)

8、Enter radius and height. !屏幕输出read (*,*,iostat=ierr) radius,height !键盘输入。isotat的值用判断输入成功否。! If radius and height could not be read from input,! then cycle through the loop.if (ierr /= 0) then write(*,*) Error, invalid input.cycle interactive_loop !cycle 相当于C里的continueend if! Compute area. The * mean

9、s raise to a power.area = 2 * pi * (radius*2 + radius*height) ! 指数运算比C方便! Write the input variables (radius, height)! and output (area) to the screen. 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=,areayn = yn_loop: do !内嵌的另一个do循环write(*,*) Perfor

10、m another calculation? ynread(*,(a1) ynif (yn=y .or. yn=Y) exit yn_loopif (yn=n .or. yn=N .or. yn= ) exit interactive_loopend do yn_loop !结束内嵌do循环end do interactive_loop end program cylinder 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

11、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保留:；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)

12、 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structFortran 77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implicit none。彭国伦建议一般都使用该语句。另一点

13、关于声明的不同是Fortran有等价声明：integer a,bequivalence(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。Fortran 77用 text。Fortan 90中一般 和 都可print *，text !只能用于屏幕输出（*,*）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。如这两项

14、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= /= = = !Fortran 90用法.EQ. .NE. .GT. .GE. .LT. .LE. !Fortran 77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) thenend if 如果then后面

15、只有一句，可写为if(逻辑判断式) !then和end if可省略(2) 多重判断：if（条件1） thenelse if（条件2）thenelse if （条件3）thenelseend if(3) 嵌套：if(逻辑判断式) thenif(逻辑判断式) thenif(逻辑判断式) thenelse if(逻辑判断式) thenelse end if end ifend if(4) 算术判断：program exampleimplicit nonereal cwrite (*,*) input a numberread (*,*) cif(c) 10,20,30 !10,20和30为行代码,根

16、据c小于/等于/大于0，执行10/20/30行的程10 write (*,*) Agoto 40 !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20 write (*,*) Bgoto 4030 write (*,*) Cgoto 4040 stopend3、SELECT CASE类似于C的switch语句select case(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real型

17、case defaultend case4、PAUSE, CONTINUEpause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、DOdo counter=初值, 终值, 增/减量 !counter的值从初值到终值按增/减量变， !counter每取一个值对应着一次循环。增/减量不写则认为1 !循环主体也没有必要用 end doFortran 77中不是用end do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、DO WHILEdo while(逻辑运算) e

18、nd do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。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dowhile(逻辑运算); 相对应的循环语句，不过可以这样，保证至少做一循环：do while(.ture.) if(逻辑运算) exit !exit就好比C里面的break。C里的continue在Fortran里是cycleend do4、Fortran的一个特色：带署名的循环可以这样，不易出错：outer: do i=1,3 inner: do j=1,3 en

19、d do innerend do outer还可以这样，很方便：loop 1: do i=1,3loop2: do j=1,3if(i=3) exit loop1 !exit终止整个循环loop1if(j=2) cycle loop2 !cycle跳出loop2的本次循环，进行loop2的下次循环write(*,*) i,jend do loop2end do loop1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integer a(5) !声明一个整

20、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：integer, allocatable : a(:) !声明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：integer a(-3:1) ! 索引值为-3，-2，-

21、1，0，1integer b(2:3,-1:3) !b(23,-13)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)。原则是放低维的元素，再放高维的元素。此规则称为column major。3、赋初值（1）最普通的做法：integer a(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

22、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。integer a(5)integer idata (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：integer iinteger : a(5)=(/1,(2,i=2,4),5/) !五个元素分别赋值为1，2，2，2，5integer : b(5)=(/i, i=1,5/) !五个元素分别赋值为1，2，3，4，还可以嵌套data (a(i,j),i=1,2),j=1,2)=/1,2,3,4/ !a

23、(1,1)=1,1(2,1)=2,a(1,2)=3,a(2,2)=44、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5a=(/1,2,3/) !这里假设a为一维，a(1)=1,a(2)=2,a(3)=3a=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-ca=b*ca=b/ca=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)=5a(1:5:2)=3 !a(1)=3,a(3)=3,a(5)=3a(3:)=5 !a(3)以及之后的所有元素赋值为5a(1

24、: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、WHEREwhere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,bwhere(a3)b=a !a中小于3的元素赋值给b对应位置的元素end where 再如：where(a(1:3)/=0) c=a !略去了end where,因为只跟了一行where可嵌，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tripl

25、et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)=1end forall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

26、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：subroutine name (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，代不传递参数。 implicit none 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之后的部分不执行

27、。end subroutine name调用：使用call命令直接使用，不需要声明。在调用处写：call subroutine name(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(call by address/reference)，就是传递时用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。这样如果子程序的执行改子程序中接收参数的值，所传递的参数也相应发生变化。c.子程序各自内部定义的变量具有独立性，类似于C。各自的行代码也具有独立性。因此

28、各个子程序主程序中有相同的变量名、行代码号，并不会相互影响。2、自定义函数和子程序的明显不同在于：需要在主程序中声明之后才能使用。调用方式也有差别。另外按照惯例用函数不去改变自变量的值。如果要改变传递参数的值，习惯上用子程序来做。声明方式：real, external : function_name一般自定义函数也是放在主程序之后。形式：function function_name(parameter1, parameter2)implicit nonereal: parameter1, parameter2 !声明函数参数类型，这是必需的real:function_name !声明函数返回值

29、类型，这是必需的 function_name=. !返回值的表达式returnend 也可以这样直接声明返回值类型，简洁些：real function function_name(parameter1, parameter2)implicit nonereal: parameter1, parameter2 !这个还是必需的 function_name=. !返回值表达式returnend 调用：function_name(parameter1,parameter2)不需要call命令。自定义函数可以相互调用。调用时也需要事先声明。总之，调用自定义函数前需要做声明，调用子程序则不需要。3、关于函数中的变量（1）注意类型的对应。Fortran中甚至可以传递数值常量，但只有跟函数定义的参数类型对应才会到想要的结果。如call ShowReal(1.0)就必须用1.0而不是1。（2）传递数组参数，也跟C一样是传地址，不过不一定是数组首地址，而可以是数组某个指定元素地址。比如有数组a