fortran95的使用方法1

1、第10章 基本計算(二)選擇控制結構 在上章我們可以看到，賦值語句之所以能夠驅動計算過程的運行，除了賦值語句本身構成完整的運算求值指令之外，計算機本身所具有的串行機制保證了，只要把執(zhí)行語句與說明語句串列下來，然后保證數(shù)據(jù)對象流的暢通，計算機就能夠按照語句序列的次序依次執(zhí)行下來，從而完成相應的計算任務。不過分析一下我們的實際計算任務，就會發(fā)現(xiàn)真正完全可以只需要按照一個固有計算序列算下來，就可以完成計算的問題只是少數(shù)簡單的問題而已，稍微復雜點的問題往往都需要在計算過程當中出現(xiàn)某種判別問題，使得計算途徑可以分支，對不同的情形，會有不同的計算途徑與不同的計算結果；還會出現(xiàn)反復進行同一種運算，然后再在適

2、當?shù)臈l件下跳出循環(huán)的情形，如果只是使用串行序列來描述此時的運算過程，會使得程序的寫作充滿重沓的語句。顯然這些類型的計算任務，或者是語句串行序列無法描述的，或者是描述發(fā)生令人難以忍受的。所以一種描述計算過程的語言，除了可以構成串行的計算序列之外，還必須能夠控制這個序列有可能出現(xiàn)的選擇分支與循環(huán)的情形，這就是所謂語言的控制結構。本章和下章，我們將分別討論FORTRAN所提供的兩種類型的控制結構以及相應的控制語句： 選擇控制結構； 循環(huán)控制結構。把程序序列當中的控制結構清晰地加以強調出來，實際上既有助于程序的閱讀，也是符合人的思維的清晰性原則的，因此控制結構的規(guī)范化正是編程語言追求結構化的一個主要著

3、力點，但是在早期FORTRAN版本里面，并沒有完全意識到結構化編程風格的重要性，因此引入了一些常常破壞結構的轉移控制語句，而FORTRAN語言的現(xiàn)代版本還沒有完全放棄它們，但不提倡使用，這些轉移控制語句我們在下章也將簡略地討論到。10.1 執(zhí)行順序一個完整的FORTRAN程序，或程序單位，就給出了一個由可執(zhí)行語句引導的語句執(zhí)行序列，這個序列就是語句在程序里面出現(xiàn)的序列，稱為正常運行序列。但是某些可執(zhí)行結構或可執(zhí)行語句，能夠控制實際的語句運行不止是按照語句書寫的序列進行，這樣的可執(zhí)行結構或語句包括控制結構和分支語句?？刂普Z句執(zhí)行序列有兩種基本風格： 使用可執(zhí)行結構，使得程序能夠選擇性地運行程序序

4、列里某個特定位置的語句塊或結構。 使用能夠分支到程序其他任意位置的語句的可執(zhí)行語句。一般說來，上面的第一種方式具有更好的可閱讀性和可維護性，因此我們將詳細討論第一種方式的實現(xiàn)，而第二種方式則放在下章末尾簡略說明一下。10.2 塊與可執(zhí)行結構所謂控制結構由一個或多個語句塊和結構構成，其中必定顯式地或隱式地包含控制邏輯語句。根據(jù)相應的邏輯控制條件，就可以選擇性地運行某個特定的語句塊與結構。一個塊就是一個由0個或多個語句與結構構成的序列，句法形式(R801)為： execution-part-construct構成塊的語句與結構的序列構成一個程序單位，是一個某種意義上的整體，即或者整個塊被執(zhí)行，或者

5、整個塊都不被執(zhí)行，不能夠出現(xiàn)塊的某個部分被執(zhí)行的情形。不過也可能出現(xiàn)在整個塊被執(zhí)行的情況下，塊內的某些語句沒有被執(zhí)行的情況，例如在塊內的比較靠前的分支語句，常常能夠制止它后面的語句得到執(zhí)行，但是從語法意義上來看，整個塊的功能得到了完整的實現(xiàn)，因此這種情形也被認為是塊的完全執(zhí)行。所謂結構就是由一個或多個語句塊或者結構，加上作用于這些塊的控制語句構成。 結構通常在塊前具有一個初始語句，而在塊后具有一個終止語句； 當結構包含不止一個塊時，結構必定包含了用來選擇執(zhí)行哪個塊的條件語句，而一個塊是否被執(zhí)行，正是由結構的作為條件語句的控制邏輯語句當中的表達式決定的； 結構也有可能在塊之間放置特定的語句，用來

6、決定相應的塊是否被執(zhí)行； DO結構專門用來決定一個塊可以被連續(xù)地執(zhí)行的次數(shù)?！纠?0-1】 下面給出的可執(zhí)行結構控制了一個塊： IF(K=1)THEN ！IF結構的初始語句 X=K*2 ！塊的第一個語句 Y=SIN(X) ！塊的第二個語句 END IF ！IF結構的終止語句FORTRAN提供了三種能夠控制塊的可執(zhí)行結構： IF結構 CASE結構 DO結構塊的一般規(guī)則如下： 首先執(zhí)行塊內的第一個語句或結構，隨后的執(zhí)行順序就是語句的排列順序，除非中間包含控制結構或語句改變這個順序。 一個塊作為一個整體，必須是完整地被包含在一個結構當中；一個塊也可以是空塊，即不包含任何語句與結構。 在塊內允許出現(xiàn)分

7、支結構或控制結構，使得運行序列能夠轉移到該塊內的特定語句或結構。 在塊內的任意位置，都可以強制運行的退出。 從塊的外部通過分支到達塊的內部，哪怕是塊內的第一個可執(zhí)行語句，都是禁止的。 塊內可以引用過程。 結構可以具有結構名稱。 結構名稱在結構的初始語句和終止語句當中的出現(xiàn)，必須是成對的，也就是說或者同時出現(xiàn)在這兩個位置，或者都不出現(xiàn)。在上章我們討論了WHERE結構與FORALL結構，它們似乎同樣具有控制結構的功能，但實質上它們都是屬于賦值語句。WHERE結構可以包含多個塊，但是除了塊內的某些數(shù)組元素被過濾網過濾掉，從而不參與計算之外，每個塊內的每個語句，都必須被執(zhí)行。FORALL結構只包含一個

8、塊，F(xiàn)ORALL對這個塊的執(zhí)行控制，不是反復地運行這個塊，而是其中的每個語句都必須對指標值集合里的所有元素執(zhí)行一次，然后才轉入下一個語句。在FORALL結構里也可以引入過濾網，以排除掉不符合條件的計算。10.3 IF結構和IF語句一個IF結構至多選擇結構里的一個語句與結構的塊來得到執(zhí)行。而一個IF語句至多控制一個語句的執(zhí)行。在下章后面會簡略討論到的算術IF語句與這里的IF語句沒有關系，算術IF語句是一種分支語句，并且是過時的。10.3.1 IF結構IF結構可以包含多個塊與多個邏輯表達式，還可能包含ELSE語句與ELSE IF語句。邏輯表達式總是放置在相應的塊之前，因此IF結構的執(zhí)行總是從邏輯表

9、達式開始的，一旦邏輯表達式取真值，則相應的塊獲得執(zhí)行，整個IF結構內至多只有一個塊能夠被選擇執(zhí)行，而如果沒有ELSE語句的話，可能沒有塊滿足執(zhí)行的條件。一旦被選擇執(zhí)行的塊運行完畢，或者不存在滿足執(zhí)行條件的塊，則整個IF結構的運行被終止。1. IF結構的形式IF結構的句法形式(R802)為： if-construct-name： IF(scalar-logical-expression)THEN block ELSE IF(scalar-logical-expression)THENif-construct-name block. ELSE if- construct-name block EN

10、D IF if-construct-nameIF結構的一般規(guī)則如下： 至多只有一個結構里的塊被執(zhí)行，或者沒有塊被執(zhí)行。 ELSE IF語句不能跟隨在ELSE語句后面。 不能出現(xiàn)分支到ELSE IF語句或ELSE語句的情形。 從IF結構里的任意塊都可以分支到END IF語句，即隨時可以退出IF結構。 結構名稱必須成對出現(xiàn)在IF-THEN語句和END IF語句當中。 ELSE IF語句和ELSE語句里的結構名稱是可選的，如果有的話，必須和IF-THEN語句里的結構名稱一致。 在同一個作用域單位內，同一個結構名稱不能用于不同的命名結構。2. IF結構的運行結構里的邏輯表達式按照序列位置執(zhí)行，直到某個

11、表達式為真值，然后緊跟該表達式后面的塊得到執(zhí)行，該塊運行完畢之后，整個IF結構即退出運行。在第一個真值表達式后面如果還存在真值表達式，則它們不影響對執(zhí)行塊的選擇。如果在該IF結構內(而不是它的子結構內)找不到真值表達式，則ELSE語句后面的塊被執(zhí)行；如果沒有ELSE語句，則退出IF結構。下面的圖10-1給出了IF結構的運行示意圖。圖10-1 IF結構的運行流示意圖【例10-2】 IF(I8.3)THEN X=0.0 Y=100 ELSE X=100 Y=0.0 END IF上例的執(zhí)行順序就是： 首先執(zhí)行I8.3，如果為真，則執(zhí)行X=0.0，Y=100； 如果為假，則執(zhí)行緊跟后面的ELSE語句。

12、 進入ELSE語句后，執(zhí)行X=100，Y=0.0。 然后執(zhí)行END IF語句，退出該IF結構。10.3.2 IF語句 一個IF語句用在只需要控制一個語句的場合。1. IF語句的形式IF語句的句法形式(R807)為； IF(scalar-logical-expression)action-statement【例10-3】 IF(X=0)Y=X+12. IF語句的運行首先執(zhí)行邏輯表達式，如果為真值，則執(zhí)行IF語句里的作用語句(action-statement)；如果為假，則退出該語句，執(zhí)行程序里跟在IF語句后面的其他語句。注意作用語句(action-statement)不能是一個IF語句，也不能是

13、一個END語句。如果邏輯表達式包含一個函數(shù)引用，那么邏輯表達式的運行可能產生修改作用語句的副作用，這是允許的。作用語句能夠改變變量，或輸入輸出系統(tǒng)條件，或控制語句的狀態(tài)，作用語句的例子包括賦值，WRITE，GO TO語句等；說明性語句，F(xiàn)ORMAT語句，和ENTRY語句等不屬于作用語句，而結構也不能看成是作用語句。10.4 CASE結構和IF結構類似的是，CASE結構也可以包含多個塊，而最終能夠獲得執(zhí)行的最多只能是一個。和IF結構不同的是，CASE結構的選擇是基于結構開頭的SELECT CASE語句里的標量表達式的取值，這個取值被稱為情況指標，它可以是離散型的各種標量值，例如整型，字符型，邏輯

14、型，而在IF結構里，用來進行判別而提供選擇條件的是邏輯型取值，即只有.TURE.和.FALSE.兩個值。得到情況指標之后，搜索所有的CASE語句里的情況選擇符的值，如果有與情況指標匹配的，則執(zhí)行相應的CASE語句里的塊，否則執(zhí)行具有默認選擇符的CASE，如果不存在具有默認選擇符的CASE，則退出。使用CASE結構可以很自然地表達需要分情況考慮的問題，同時每種情況的定義必須是已知的。【例10-4】 設分段函數(shù)：可以很自然地使用CASE結構描述如下： SELECT CASE(x0) CASE(.TRUE.) YSIN(X) CASE(.FALSE.) YCOS(X)END SELECT【例10-5

15、】 一年中十二個月的天數(shù)也可以用CASE結構表示如下：MONTHDAY ：SELECT CASE(MONTH)CASE(2)DAYS28CASE(4，6，9，11) DAYS30CASE(1，3，5，7，8，10，12) DAYS31END SELECT MONTHDAY10.4.1 CASE結構的形式CASE結構的句法形式(R808)為： case-construct-name：SELECT CASE(case-expression) CASE(case-value-range-list)case-construct-name block CASE DEFAULTcase-construct

16、-name block END SELECT case-construct-name其中的情況表達式(case-expression)為標量表達式，該表達式經過計算得到的取值為情況指標。其中的情況值范圍(case-value-range)即連同其括號稱為情況選擇符，表示它的取值所屬的離散區(qū)間，也可以就是一個單獨的值，它的句法形式(R814)為： case-value case-value ： ：case-value case-value ：case-value即如果是區(qū)間的話，該區(qū)間可以是半邊開的。其中的情況值(case-value)是一個標量初始化表達式，與情況表達式的類型等屬性一樣。所謂初

17、始化表達式即在編譯時可以取值的表達式，本質上即常量表達式。它們的取值都只能是整型，字符型和邏輯型?？梢钥吹皆贑ASE結構里，包含了三種語句： SELECT CASE語句； CASE 語句； END SELECT語句。而在CASE語句當中，跟在關鍵詞CASE后面的(case-value-range-list)或DEFAULT就是情況選擇符。CASE結構的一般規(guī)則如下： 如果CASE結構具有名稱的話，那么結構名稱必須成對出現(xiàn)在SELECT CASE語句和END SELECT語句當中。 情況選擇符后面如果出現(xiàn)結構名稱的話，必須與SELECT CASE語句當中的結構名稱一致。 具有情況選擇符DEFAU

18、LT的CASE語句是可選的，如果它出現(xiàn)在結構當中的話，上述CASE結構的句法形式并沒有要求它放置在結構的最后。 在一個CASE結構里，情況表達式與所有的情況值都必須屬于同一個類型，如果屬于字符型，它們可以具有不同的長度，但是種別參數(shù)必須一致。 情況值范圍里面出現(xiàn)冒號時，表示一個區(qū)間，而區(qū)間的構成隱含著相應的關系表達式。 情況值不能是邏輯型。 如果是字符型的話，則依據(jù)字符型的關系運算規(guī)則確定相應的取值范圍?！纠?0-6】 CASE(“ABOUT”：“Z”)里面的情況值范圍為按照與處理器相關的默認字符類型的關系運算，在ABOUT與Z之間的所有字符串。結構當中的表達式的取值完成后，必須保證最多只能有

19、一個情況選擇符的值與情況指標值匹配，也即不允許在不同的情況之間情況值出現(xiàn)重復的情形。情況值DEFAULT與任何跟所有結構內的其他情況值都不匹配的情況指標值匹配?！纠?0-7】 CALCU_AREA: SELECT CASE(OBJECT) CASE(RECTANGLE) CALCU_AREA AREA=LENGTH*WIDTH CASE(SQUARE) CALCU_AREA AREA=SIDE*SIDE CASE(CIRCLE) CALCU_AREA AREA=PI*RADIUS*2 END SELECT CALCU_AREA10.4.2 CASE結構的運行首先計算SELECT CASE語句當中的作為標量表達式的情況指標，它的值最多與結構里的一個情況值匹配，與之匹配的情況值后面緊跟的塊得到執(zhí)行，然后退出結構。程序進入緊跟該結構的END SELECT語句后面的可執(zhí)行語句或結構。如果沒有與情況指標值匹配的情況值，而結構里包含了CASE DEFAULT語句，按照DEFAULT的定義，情況值這時必定與之匹配，因此執(zhí)行該語句后面的塊，然后退出該結構。如果結構當中不存在CASE DEFAULT語句，又沒有與情況指標值匹配的情況值，那么退出該結構，不執(zhí)行結構里的任何塊。