Farionova_Fortran

Тема1. Алгоритмиегосвойства ...

1.3.1. Арифметические выражения

Доступные математические операции и порядок их выполнения приведены в табл. 1.3.

Таблица1.3. Приоритетоперацийварифметическихвыражениях

Вычисления в арифметических выражениях выполняют слева направо, согласноприоритетуоперации(см. табл. 1.3). Дляизменения порядкадействийиспользуютсякруглыескобки. Верхниеинижниеиндексывзаписиарифметическихвыраженийнедопустимы. Привозведении в степень действия выполняются справа налево. Все переменные, используемые в выражении, должны быть к моменту вычисления выраженияопределены.

Операции с целыми операндами имеют особенности:

результат деления двух целых чисел определен как целая часть частного;

любое ненулевое целое, не равное 1 или –1, возведенное в отрицательную степень, будет равно нулю. Это связано с тем, что I**(–J) интерпретируется как 1/I**J и предполагает деление двух целых чисел.

Особенности возведения в степень:

при вещественном показателе степени real x операция a**x выполняется как ax = elna x = еx lnа, откуда следует ограничение на основание a > 0;

прицеломпоказателестепени integer n операцияa**n выполняет-

ся как n-кратное умножение a*a*a* ...*a.

1.3.2. Логические выражения

Результатом операций отношения могут быть только два значения: True – истина и False – ложь. В логическом выражении можно ис-

12

1.3. Арифметические и логические выражения

пользоватьотношения(табл. 1.4) илогическиеоперации(табл. 1.5, 1.6). Отношения в логических выражениях используют для сравнения либо двух числовых, либо двух символьных выражений. Результат вычисления отношения имеет логический тип – это либо .true. – "истина", либо

.false.– "ложь".

Знаки отношений записываются между числовыми либо символьными операндами. Отношения вычисляются после вычисления их операндов.

Таблица1.4. ОперацииотношенияязыкаФортран

Таблица1.5. ЛогическиеоперацииязыкаФортран

Операция .NOT. является унарной и пишется перед операндом, остальные знаки логических операций всегда записываются между операндами. Две логические операции могут следовать в выражении непосредственно друг за другом, если второй операцией является операция отрицания. Например: a .and. .not. b.

13

Тема1. Алгоритмиегосвойства ...

Приоритетоперацийвлогическомвыражении:

1– вычислениязначенийфункций;

2– арифметические операции;

3– операцииотношения;

4– логическиеоперации.

Примеры

На математическом языке a < x < b = > x > a x < b.

На Фортране x>a.and.x<b.

Так, если a = 2, b = 4, то выражение истинно при x = 3 и ложно при x = 1 или x = 5.

На математическом языке –∞ < x < +∞ = > x > a x < b.

На Фортране x>a.or.x<b.

Так, если a = 2, b = 4, то выражение истинно при любом x.

На математическом языке х < a или x > b = > x > a x < b.

На Фортране x<a.or.x>b.

Так, если a = 2, b = 4, то выражение ложно при x = 3 и истинно при x = 1 или x = 5.

1.4. СтруктурапрограммыязыкаФортран.

Основныеоператорыпрограммыслинейнойструктурой

Программа на Фортране состоит из главной программы и возможного некоторого числа подпрограмм. Первым оператором главной программы является ее заголовок PROGRAM. За ним следует имя программы:

PROGRAM ИМЯ_ПРОГРАММЫ

14

1.4. Структура программы языка Фортран. Основные операторы ...

Имя программы обязательно начинается с буквы, затем могут идти буквы, цифрыисимвол"подчеркивания", например:

PROGRAM SUMMATION

PROGRAM QUADRATIC_EQUATION_SOLVER45

Максимальная длина любого имени в программах на Фортране – 31 символ. Заключительный оператор главной программы имеет следующийвид:

END PROGRAM ИМЯ_ПРОГРАММЫ

ИМЯ_ПРОГРАММЫ является необязательной частью оператора. После заголовка следуют описания переменных, констант, меток, подпрограмм и других объектов, используемых в программе. Эта ее часть называется разделом описаний (или неисполняемых операторов). После раздела описаний следует раздел исполняемых операто-

ров. Процесс создания проекта приведен в прил. Б.

При обработке информации программой выполняются три основныхблока:

1)ввод исходных данных;

2)обработка данных согласно алгоритму;

3)вывод результата из программы.

Пример:

Program itit

Integer :: a=10, b=20 End program init

Оператор Program задает имя программы. Оператор End обозначает окочание программы.

Вторая строка в программе означает, что переменные целого типа a и b содержат значения 10 и 20.

Пример. Программа сложения двух целых чисел:

Program sum Integer a,b,c A=100

B=20

C=a+b

End program sum

В программе описаны три переменные целого типа. Чтобы поместить в переменные определенные значения, используется оператор присваивания, который записывается как знак =. Его следует отличать

15

Тема1. Алгоритмиегосвойства ...

от математического знака "равно", который в Фортране используется как логический оператор для сравнения двух величин и обозначается = =. В данном случае a=100 означает, что переменной а присвоили значение 100. Таким образом, в переменных a и b будут храниться числа 100 и 20. Далее переменной с присваивается сумма значений переменных a и b, т. е. в с будет значение 120.

Для ввода данных в программу извне, а также для вывода результатов за пределы программы из ячеек памяти используются операторы ввода/вывода.

Оператор ввода – read (читать)

Integer a Read (*,*), a

При выполнении этого фрагмента программы на черном экране будет мигать курсор в ожидании ввода с клавиатуры целого числа. После ввода число будет записано в переменную a. При попытке ввода значения другого типа компилятор сообщит об ошибке.

Операторы вывода Print (печатать) и Write(писать)

служат для вывода на экран информации.

В приведенном ниже примере оба оператора выводят на экран приветствие Hello!. Заключение приветствия в одинарные кавычки показывает, что выводится значение символьного типа. Внутри кавычек могут быть любые символы, которые в точности будут выведены на экран:

Print*, 'Hello!'

Write(*,*),'Hello!'

Можно улучшить вывод, если воспользоваться средствами форматирования. Для этого вместо звездочки в операторе Print и вместо второй звездочки в операторе Write указывается спецификация формата вывода. Спецификация формата – это набор дескрипторов преобразования, заключенных в '( )'.

Основные дескрипторы:

А – вывод символов; $ – запрет перехода на следующую строку;

/ – переход на следующую строку; // – пропуск строки;

Nx – вывод n пробелов;

In – выделение n позиций для вывода целого числа;

16

1.4. Структура программы языка Фортран. Основные операторы ...

Fk.n – выделение k позиций для вывода вещественного числа, из которых n отводится на количество знаков после запятой;

An – выделение n позиций для вывода строки символов; Ka – вывод k строк;

L – вывод логического значения T (true – истина), F (false – ложь). Если при выводе числовой информации отвести меньшее количество символов, то будут выведены звездочки. Символьная информация в этом случае будет обрезана до указанного размера. В случае выделения большего места, чем необходимо, оставшееся место будет запол-

ненопробелами. Например:

Write(*,'(a3)'), 'Hello!'

На экране: Hello!

Write(*,'(a10)'), 'Hello!'

На экране (^ – обозначен пробел):

^^^^ Hello!

Write(*,'(L)'), 5>3

На экране:

T

Если спецификация формата часто повторяется, то ее рекомендуется записывать отдельно при помощи оператора format (формат). Ссылканаформатосуществляетсяприпомощичисловойметки, например:

Write(*,100), 'Hello!' 100 format(a10)

17

Тема 2. Базовая управляющая структура "ветвление".

ОператорыязыкаФортрандляпрограммнойреализации разветвляющегося вычислительного процесса. Оператор перехода

Вычислительный процесс называют разветвляющимся, если в зависимостиотвыполнениянекоторыхусловийонреализуетсяпоодному из нескольких, заранее заданных, направлений. Каждое отдельное направление называют ветвью вычислительного процесса.

ДляреализациипрограммсразветвленнойструктуройвязыкеФортран используются условный оператор if и оператор выбора case.

2.1. Оператор условного перехода if

Оператор условного перехода – это такой оператор передачи управления в программе, который позволяет перейти из одного места программы в другое, т. е. передать управление и изменить порядок выполнения операторов в программе. Передача управления осуществляется в результате выполнения условия (т. е. в зависимости от значения логического выражения).

а) Полная форма оператора условного перехода if

Такая конструкция if позволяет выбрать для выполнения один из двух блоков операторов. Под блоком в Фортране понимают один или последовательностьизнесколькихвыполняемыхоператороввнутрисоставного оператора. Как принято в Фортране, блоки оформляются построчно, будучи обрамлены служебными строками. Безусловная передача управления извне внутрь блока запрещена. Конструкция if может быть записана в следующей общей форме:

IF (логическое_выражение ЛВ) THEN

блок_THEN

ELSE

блок_ELSE

ENDIF

18

2.1. Оператор условного перехода if

Три части конструкции, т. е. строки IF(..) THEN, ELSE и ENDIF, записывают как отдельные строки текста без символов продолжения. Конструкция IF выполняется следующим образом:

•вычисляетсязначениелогическоговыражения, котороеможетбыть либо"истинным", либо"ложным";

•если значение "истина", то выполняется блок_THEN;

•если значение "ложь", то выполняется блок_ELSE;

•всегда выполняется только один из блоков конструкции.

На рис. 2.1 представлена схема алгоритма реализации полной формы условного оператора if.

Рассмотрим данную конструкцию на примере программы, определяющей, отрицательное или положительное число было введено с клавиатуры, и отображающее соответственное сообщение на экран:

Program number

Integer k !проверяемое число

Write(*,'(a,&)'), 'Enter a number ' Read(*,*), k

If (k>0) then Write(*,*),'k>0'

Else Write(*,*),'k<0'

End if end

Результаты работы программы:

1)Enter mumber 100 K<0

2)Enter mumber -50 K<0

19

Тема2. Базоваяуправляющаяструктура"ветвление" ...

б) Неполная форма оператора условного перехода if

Когда не предусмотрены действия в блоке_ELSE, конструкцию IF можно записать упрощенно в одноблочной форме:

IF (логическое_выражение ЛВ) THEN

блок_THEN

ENDIF

Еслизначениелогическоговыражения"истина", блок_THEN выполняется, если "ложь" – пропускается.

Блок-схема такого варианта представлена на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Схемаалгоритманеполной

формы условного оператора

Блок_THEN

Пример. Необходимо вывести на экран квадрат вводимого числа, но если он больше 100, то результат разделить на 2.

Program sqr

Integer number ! исходное число real number2 ! результат вычислений

Write(*,'(a,$)'),'Enter a number ' Read(*,*), number

Number2 = number* number If(number2 > 100) then

number2 = number2/2 Endif

Write(*,'a,f5.1'),'result ', number2

Результат работы программы на экране:

Enter a number 20 Result 200.0

20

2.1. Оператор условного перехода if

в) Простая форма оператора условного перехода if

Когда в блоке_THEN единственный простой оператор, а блок_ELSE отсутствует, то используется простой логический if, записываемый в одну строку. Например:

if (x < 0) y=ABS(x)

Такая форма IFназывается безблочной.

г) Вложенная конструкция оператора if

Любой из блоков конструкции if может, в свою очередь, содержатьвложеннуюконструкциюif. Еслиблоксодержиттакуюконструкцию, тоонадолжнаполностьюнаходитьсявнутриэтогоблока. Пример: одноблочный if использован в качестве блока_THEN охватывающей конструкцииif:

IF (…) THEN if(…) then

…

endif ELSE

…

ENDIF

Рассмотрим в качестве примера использования такой структуры (рис. 2.3) программу для решения задачи: какое число было введено с клавиатуры – отрицательное илиположительное?

Рис. 2.3. Схемаалгоритмавложеннойконструкцииусловногооператора

21