Fortran程序设计第4节 FORTRAN 95语言的形貌

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1、第2篇. 计算的叙述算法的每一个步骤，都必须给予确切的定义。对于算法当中所 考虑的每一种情况，每一个有待执行的动作，都必须严格地和 不含混地加以规定。对于以描述算法作为目的而设计出来 的，采用了形式的定义的程序设计语言，或者说计算机语言， 它的每一个语句都必须有非常确切的意义。D.E.Knuth1The Art of Computer Programming本质上 FORTRAN 就是一门语言，一门人与计算机赖以进行有效交流的语言，在这个 意义上和我们使用的中文，英文等没有本质差别。现在假设要来描述一种大家都陌生的语言， 那么总是要分成两个方面来描述，即一方面要描述这门语言的表象和形态，也就是

2、它使用哪 些符号，哪些词汇，一般的句式如何，怎样才能完整叙述一个任务之类；另一方面需要说明 这门语言的语义，也就是说这门语言是如何用来表达我们需要它表达的意思的。第4章基本上就是描述FORTRAN作为一种语言的基本形态，也就是书写这种语言的 书写规则。接下来几章则逐步说明如何用 FORTRAN 来表达我们的要求，或者反过来说，FORTRAN提供了些什么表达方式，以便我们用来向计算机提出合理的任务： 表达基本数据； 表达数据的结构； 完整地描述数据； 构造表达式； 驱动计算的赋值； 计算过程的结构控制；在整个第二篇，我们将领略到FORTRAN 95是如何能够做到精致地描述计算的，而把一个问题阐述

3、清楚了，就意味着问题已经解决了一大半。IDonald E Knuth （高纳德），Stanford University 的 The Art of Computer Programming 荣休教扌授而 The Art of Computer Programming （计算机程序设计技巧）正是他的伟大著作的名称。洋洋七大卷的The Art of Computer Programming是当今全世界每一个计算机科学家所膜拜的圣经。1974年在该书刚完成前面很少 一部分时，就给他带来了计算机科学家们梦寐以求的图灵奖。第4章FORTRAN 95语言的形貌要说明一门语言的形态，必须回答以下问题： 它使

4、用哪些符号来表达信息？ 它的词汇如何构成？ 它的语句如何构成？ 如何表达一个完整的任务？具体的对于一门计算机语言，把这几个问题更加明确地转换过来，就是： 它使用键盘上的哪些符号，各个符号有哪些用途？ 它的词汇如何由键盘字符构成？含有哪些固定的词汇？以及容许自由构成合法词汇 的规则是什么？ 它具有哪些固定的语句格式？以及容许自由构成合法语句的规则是什么？ 我们交待给计算机的任何任务，都必须明确说明任务的开始，执行步骤和完成，因 此一段完整的源代码应该具备什么样的形式？以及应该具备哪些要素？本章就是要回答这些问题。4.1 FORTRAN 语言所使用的字符从最抽象的层面来看，人与计算机的交流只是信息

5、的交流，而信息总是需要依靠某种信 号来表示，对于人来说，最方便的就是字符。而对于计算机来说，自然就是键盘所能敲出的 那些字符（信号），因此下面就是要说明： FORTRAN 95 能识别键盘上敲出的哪些字符？ 每个字符对于 FORTRAN 95 来说又意味着什么？4.1.1 FORTRAN 95所使用的基本字符按照FORTRAN 95标准的规定，一切FORTRAN 95的实现平台都必须使用下面表4-1所列出来的这个基本的字符集，或者说，这个字符集是所有遵循FORTRAN 95标准的编译 器所使用的字符集的公共子集。这样原则上，局限在这个字符集上的源码是能够被任何遵循 FORTRAN 95标准的编

6、译器所识别的。表4-1基本的FORTRAN 95字符集:文字字符英文字母 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 数字 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9下划线特殊字符图形名称图形名称空格:冒号=等号!叹号十加号”引号一减号%百分号*星号&英语的and/斜线: 分号（左括号小于）右活号大于，逗号?问号.小数点或句号$货币符号撇号可以看到基本字符分为两大类：文字字符和特殊字符。除了货币符号可以本地化之外，其他任何字符都必须依照表里的形式。 对于基本字符有如下几个问题需要予以注意。一. 文字字符的用处： 主要是命名的作用，可以用来

7、命名语言中的一切对象，这三种符号可以混合使用； 其中数字还具有它本来的含义，就是表示数目。二. 特殊字符的用处：特殊字符主要具有功能的意义，如编辑功能，运算功能，语法功能等。FORTRAN 95标准原则上接受小写字母。因此除了以下位置，大小写是等价的。三. 大小写必须区分的位置： 作为字符常量的字符串里面； 输入输出的纪录里面； 作为编辑描述符的引号或撇号里面。 因为在上述几种情形，大小写是字符型数据的不同数据取值。如果不幸遇到一个FORTRAN 95标准的怪异的编译平台，偏偏不接受小写字母，这是 FORTRAN 95标准所许可的，这时就得小心了。不过幸好我们常用的编译平台，例如CVF, 都是

8、接受小写字母的。另外，在OPEN或者INQUIRE语句里面的FILE=或NAME=后面是否区分大小写，也 是由编译平台指定的。如果是需要调用其他语言写的子程序，而恰好该种语言（例如C语言）是区分大小写的， 这时就需要特别小心。【例4-1】如果用C写了两个子程序EIGEN和eigen，然后有如下的FROTRAN片断：EXTERNAL EIGENCALL EIGENEND这时它是该引用EIGEN还是eigen呢？如果所使用的FROTRAN系统正好是怪异的那 种，没问题。如果是常见的如CVF,这时它就无法区分EIGEN和eigen，这样就必须给它 们更换名称了。四. 数字的涵义：除了以下情形，数字总

9、是表示十进位数字 属于二进制，八进制，十六进制的字面常量； 带有 B,O,Z 编辑描述符的输入输出纪录。【例 4-2】 以下语句当中的数字不是属于十进位数字：DATA I, J, K / O1001, 23.54, Z5CA2 /其中第一个为八进制数，第二个为十进制数，第三个为十六进制数。五. 下划线的涵义： 下划线的主要作用就是置于单词之间代替空格，使得我们在命名时使用清楚的英语 词汇。 下划线不能置于任意名称的前面，但是可以置于名称的最后。 下划线也用于在字面常量中区隔常量的值和种别参数。 无论给什么对象起名，都尽量使用完整的英语单词，同时使用下划线以区隔不同的单词。所谓好记性不如烂笔头，

10、只有这样才能切实保证你在任何时候，在程序代码的任意位置都知 道任意变量等的含义。4.1.2与平台有关的FORTRAN辅助字符集上节列出的基本字符集是在一切FROTRAN的编译平台都可以使用的，被FORTRAN 95 标准规定为必须使用的默认字符集。另外还有些辅助的字符则是不同的平台有不同的用法约 定。辅助字符分两类：可打印字符和不可打印字符。 可打印字符； 各种本地化语言的字符，象汉字，希腊字母等，都可以应用在字符串，注释，和输入输出纪录当中。 不可打印字符。主要就是控制字符，例如制表符Tab键。制表符（Tab键）在FORTRAN77标准当中主要用来表示6个空格，这样在固定源程序形 式的代码的

11、每行的开头使用Tab，就自动地空出6个空格。对于一个FORTRAN77标准的编译系统来说，在固定源程序形式里的Tab被看成是至 少6个空格，而在自由源程序形式里的Tab被看成1个空格。这样如果Tab被放在文本当 中用于输出格式控制，那么这种默认的转换方式，有时就会导致输出格式的混乱。有关FORTRAN 95的辅助字符集的使用规则，请参考具体的编译系统的说明。4.2 词汇所谓FORTRAN的词汇就是一个语句的最小的意义单位，它由一个或多个FORTRAN 字符集里的字符组成。包括两类共6种，分类例举如下： 由文字字符组成的词汇，包括4 种：语句关键词：IMPLICIT名称：EIGEN_FREQUE

12、NCY_3 由单个词汇组成的字面常量： 1.234567_long 标识符： 213 由特殊字符组成的 算符: +， .OR. 定界符：逗号， =， =，：，：，；， %。FORTRAN 95的一切合法的词汇都必须按照语法来构成。完备的构词语法规则在附录B 给出。下面分别予以详细说明。1. 语句关键词语句关键词的功用： 标志语句本身。【例4-3】下面的DO语句中的关键词DO本身标志了该语句DO I=1,500 标志选项。【例4-4】 下面的INTENT语句当中的INQUT，或INOUT。INTENT(IN), Ao BINTENT(INOUT)，X，Y，Z用在语句当中，起分界的作用。【例 4-

13、5】 如下面 DO 语句当中的 WHILEDO WHILE( .NOT. VECTOR )并非所有的语句都必须包含关键词，在 FORTRAN 里面，赋值语句和函数都不需要关键词。尽管FORTRAN 95不区分大小写，本书任何地方出现的语句关键词都使用大写字母。 纯粹是为了醒目的原因。2.名称在一个程序当中，任何对象都需要有一个名称，给它们命名所得到的词汇，可以说就是 一般语言里的名词，这样的对象包括：变量，命名常量，程序单元，过程，公用块，构造 派生类型，哑元等。名称的拼写规则为： 名称必须由字母开头，可以由文字字符混合组成，而下划线不能作为名称的第一个 字符。 一个名称至多允许含有 31 个

14、字符。3. 常量一个常量就是对一个值的合乎语法的字符标记。常量分为字面常量和命名常量两种： 一个值如果没有在程序里面经过命名，则称为字面常量，这种常量不能取派生数据 类型。【例 4-6】66953Z5120A2.3417.TRUE.(33.2, 5.0) 一个值如果在程序里面经过命名，则称为命名常量，这种常量能取派生数据类型。【例4-7】 在如下声明语句当中的常量UNSTABLE_POINT为命名常量：REAL, DIMENSION(3), PARAMETER :UNSTABLE_POINT =&(/5.332, 0.221, 190.632/)对于常量的语义，将在说明数据时进一步讨论。4.

15、语句标签在一个程序单元内部，对任何一条语句，都可以在该语句的前面加上语句标签，以便在 该程序单元内部的任何其他位置引用该语句。需要引用其他语句的语句包括CALL语句， DO 结构，分支语句，输入输出语句等。语句标签的书写规则为： 语句标签由1到5个十进制数字组成，其中必须至少有一个数字不能是0，例如000 不能作为标识符； 标识符以0开头是没有任何意义的，例如0034与34没有区别。 标识符不能放置于空语句之前。【例 4-8】上面的语句只出现了一个语句标签，是不合法的。 对于在一个程序单元内部，标识符不唯一出现的情形，具有特殊的含义，将在后面 讨论。5. 算符算符用在表达式当中，通过运算而获得某种类型的值。算符分为固有算符和自定义算符两类： 固有算符在FORTRAN 95语法当中，R310规定了固有算符的构成法则。【例 4-9】/表示字符串的连接+ 表示对数值