Farionova_Fortran

Тема5. РаботасфайламивФортране

По умолчанию используются 'OLD' – для ввода и 'NEW' – для вывода.

Атрибут ERR используется для указания метки оператора, который будетвыполнятьсявслучайвозникновенияошибкиприоткрытиифайла.

Атрибут ACTION определяет действие, для которого открывается файл:

ACTION = 'READ' – только для чтения;

ACTION = 'WRITE' – только для записи;

ACTION = 'READWRITE' – для чтения и для записи.

Длянепосредственночтенияилизаписивфайлиспользуютсяфункции write и read, как для любого другого устройства:

READ (12,*) a,b,c

После выполнения необходимых действий с файлом его нужно закрыть и отсоединить от устройства оператором close. В данном слу-

чае close(12).

Рассмотрим примеры программной реализации организации работы с внешними текстовыми файлами:

Open (Unit=10,File='1.Dat')

Open (Unit=11,File='1.Dat',Status='New',Iostat=Ios)

If( Ios/=0) Then

Write(6,*) 'Error Opening File: 1.Dat.'

Stop

Endif

Пример. Файл "data.txt" содержит следующие данные:

В первой строке находится количество строк и столбцов матрицы соответственно, в последующих сама матрица.

Фрагмент программы, который позволяет считать данные из файла в переменные k , l, a(dimension):

52

5.2. Организация работы с файлами

Open(5,file='data.txt') Read(5,*), k,l

Do i=1,k Read(5,*),(a(I,1:l)) Enddo

Close(5)

Пример. В двухмерном массиве А находятся данные

Ниже приведен фрагмент программы, который позволяет записать эти данные в файл "res.dat" в таком порядке: первая строка – количество строк, вторая – количество столбцов матрицы, дальше построчно строкиматрицы:

Open(6,file='res.dat', status="new") write(6,*), k

write(6,*), l Do i=1,k

write(6,*),(a(I,1:l)) Enddo

Close(6)

В результате в файле "res.dat" будут записаны следующие данные:

53

Тема 6. Программные единицы.

Подпрограммыифункции

6.1. Общие понятия

При создании программ появляется необходимость выполнять некоторую последовательность команд (инструкций) в различных местах программы. Эту последовательность можно записать необходимое количество раз, но, во-первых, это удлинит текст программы и снизит ее читабельность (последнее, несомненно, хуже для программиста) и, вовторых, существенноувеличитвероятностьвнесенияошибоквпрограмму.

При разработке алгоритма исходная задача, как правило, разбивается на отдельные подзадачи. Квалификация программиста во многом определяется его способностью рационально разбить исходную задачу на фрагменты, которые впоследствии реализуются в виде отдельных программныхединиц.

ВФортране можно создать такие программные единицы:

•главная программа;

•модули;

•внешниепроцедуры;

•внутренниепроцедуры;

•BLOCK DATA.

Вэтой теме будут рассмотрены особенности использования внешнихивнутреннихпроцедур.

Внешняя процедура является самостоятельной программной единицейисуществуетнезависимоотиспользующихеепрограммныхединиц.

Клюбой внешней процедуре можно обратиться из главной программы илюбойдругойпроцедуры.

Внешниепроцедурымогуткомпилироватьсяотдельноотиспользующихихпрограммныхединиц.

Внутренняя процедура задается в главной программе, процедуре. Главная программа и процедура называются носителями содержащихсявнихвнутреннихпроцедур. Обратитьсяквнутреннейпроцедуре можно только внутри ее носителя. Сами же внутренние процедуры уже

не могут содержать в себе другие внутренние процедуры.

54

6.1. Общиепонятия

Преимуществоиспользованияпрограммныхединиц:

•позволяют сократить расходы на создание программы;

•улучшают читаемость программы и, следовательно, облегчают

еепоследующуюмодификацию;

•приводят к сокращению исходного кода;

•могутбытьвключенывбиблиотекиивызваныизлюбойпрограммы;

•позволяют разделить работу над программой между разными программистами.

Процедура – это фрагмент кода, который вынесен из основной программы и имеет уникальное имя. Тогда в месте, где необходимо выполнить эту последовательность кода, нужно просто сослаться на ее имя.

Это называется вызовом программной компоненты.

Например, необходимо несколько раз напечатать несколько одинаковых строчек:

Вместо того чтобы несколько раз в теле программы набирать (или копировать, что несколько лучше) эти три строки, можно оформить их в виде подпрограммы:

Теперь в любом месте программы, где должна производиться соответствующая печать, нужно вызвать эту подпрограмму по ее имени:

call PrtSomething

Когда использовать процедуры? Есть мнение, что если в какой-то программе больше 10 строк кода, то ее надо разбить на процедуры. Общие правила написания структурированных, хорошо читаемых программ: еслинекоторыйучастоккодаимееткакое-тообособленноесмыс- ловое значение – выделяйте его в виде процедуры. Это дает несколько преимуществ: удобствочтения, уменьшениевероятностивнесенияошибок.

55

Тема6. Программныеединицы. Подпрограммыифункции

6.2. Программная компонента функция

Процедуру следует оформлять в виде функции, если ее результат можнозаписатьводнупеременную, т. е. восновнуюпрограммупередается только одно значение, как в последнем случае.

Структурафункцииимеетследующийвид:

FUNCTION < имя функции>( [< форм.арг >])

<объявление форм.арг >

<объявление локальных объектов >

...

<вычисляемые операторы, присваивание результата >

END [ FUNCTION [ < имя функции > ] ]

Пример:

function Sum_(a,b) real a,b,Sum_

Sum_=a+b return

end

…

s=Sum_(1.,3.)

Функциибываютвнешниеивнутренние. Призаданиивнешнейфункции следует объявлять ее тип в разделе объявлений вызывающей программной единицы, как это делается для других объектов данных.

Внутренниепроцедурыобладаютявнозаданныминтерфейсом, поэтому тип внутренней функции не должен объявляться в ее носителе. Внутренниепроцедуры-функциинемогутсодержатьдругиевнутренние процедуры.

Вызов функции осуществляется путем указания ее имени в вызывающей ее программной компоненте.

56

6.2. Программнаякомпонентафункция

Без применения собственных функций программа будет иметь вид

Program bezfunc

Real, parameter :: pi=3.1415926 Real x, dx, s, fp, fm, f0 X=pi/8

Dx=0.01

F0=(sin(x)+cos(x))/(x+exp(x)) ! вычисление f(x) Fp=(sin(x+dx)+cos(x+dx))/(x+dx+exp(x+dx)) ! вы-

числение f(x+dx) Fm=(sin(x-dx)+cos(x-dx))/(x-dx+exp(x-dx)) ! вы-

числение f(x-dx) S=fp/fm+f0

Write(*,'(a, f5.2)'), 's=', s end

Результат работы программы:

S = 1.68

С использованием инструмента функций в Фортране вычисление

f (x) = sin(x) + cos(x) можно описать как собственную внутреннюю x + e x

функцию с одним формальным аргументом x после слова contains. А в программе просто использовать ее вызовы.

Program s_func

Real, parameter :: pi=3.1415926 Real x, dx, s

X=pi/8

Dx=0.01

S=f(x+dx)/f(x-dx)+f(x) ! вызов функции Write(*,'(a, f5.2)'), 's=', s

Contains

Function f(x) ! начало функции Real x

F=(sin(x)+cos(x))/(x+exp(x)) ! вычисление выра- !жения, результат присваивается имени функции

End function f ! конец функции end

Результат работы программы:

S = 1.68

57

Тема6. Программныеединицы. Подпрограммыифункции

6.3. Процедураподпрограмма

Кромефункций, существуетвторойвидпроцедур– подпрограммы. Ониявляютсяболееуниверсальнымипрограммнымикомпонентами, так как могут не только возвращать в основную программу значения вычислений, ноиосуществлятьопределенныедействия(например, выпол- нятьспециальныеоперацииввода–вывода, обрабатыватьмассивыипр.). Подпрограммы бывают внутренние и внешние.

Структура подпрограммы имеет следующий вид:

SUBROUTINE < имя подпрограммы>( [< форм.арг >])

<объявление форм.арг >

<объявление локальных объектов >

<вычисляемые операторы, присваивание результата > END [ SUBROUTINE [ < имя подпрограммы > ] ]

Как и функция, подпрограмма записывается отдельно от основной программы, после оператора Contains. Подпрограммы, описанные внутри программы после оператора Contains, называются внутрен-

ними подпрограммами.

Вызовподпрограммыпроисходитприпомощиоператораcall, после которого следует имя подпрограммы и фактические параметры. При использовании подпрограмм формальные и фактические параметры могут отсутствовать.

Рассмотрим пример программы, выводящей рамку с сообщениями:

program frame character(12) s

s=' ATTENTION '; call message(s) write(*,*)

s='STOP'; call message(s) Contains

subroutine message(text) character(12) text write(*,*)'********************' write(*,*)'* ',s,' *' write(*,*)'********************' end subroutine message

end

58

6.4. Формальные и фактические параметры подпрограмм и функций

Результат работы программы:

********************

*ATTENTION *

********************

********************

*STOP *

********************

6.4.Формальные и фактические параметры подпрограммифункций

Обмен данными между процедурой и вызывающей программной единицей может быть выполнен через параметры процедуры. Параметры, используемые при вызове процедуры, называются фактическими. Параметры, используемые в процедуре, называются формальными.

Привызовепроцедурымеждуфактическимииформальнымипараметрами устанавливается соответствие (формальные параметры ассоциируются с соответствующими фактическими).

Для того чтобы сделать доступными какие-то данные процедуры, их надо передать в списке параметров, который стоит сразу за именем подпрограммы в скобках:

subroutine PrеValues(a,b,c).

Параметры, записанные в заголовке подпрограммы, называются формальными параметрами (аргументами). Для подпрограммы это просто переменные. Параметры, подставленные в месте вызова подпрограммы, называются фактическими параметрами. В качестве фактических параметров могут быть константы, переменные или результаты выражений.

subroutine PrеValues(a,b,c)! имя подпрограммы

! описание переменных – формальных параметров integer a,b

real c

!тело подпрограммы print *,'a= ',a print *,'b= ',b print *,'c= ',c

end

59

Тема6. Программныеединицы. Подпрограммыифункции

В подпрограмму PrеValues(a,b,c) передаются значения трех переменных, которые и печатаются. Формальные параметры – переменные, существующиеТОЛЬКОвподпрограмме. ОниВИДНЫТОЛЬКО в подпрограмме. Если вне подпрограммы есть переменные с такими же именами, они не имеют ничего общего!

Вызов этой подпрограммы может выглядеть так:

integer a1/4/,a2/7/ real pi/3.14159

call PrеValues(1,2,7.)! 1 2 7 call PrеValues(1,2.,7.)! ERROR!

Припервомвызовеподпрограммывпеременную а будетположено значение 1, в b – 2, в c – 7. Соответственно подпрограмма распечатает их в таком виде:

a=1

b=2

c=7

Почемунеправильныйпоследнийпример? Интерфейсподпрограммы предписывает, что подпрограмма ДОЛЖНА вызываться с тремя фактическими параметрами, имеющими соответствующий тип, совпадающий с типом формальных подпрограмм. Отсюда вытекает следующееправило:

Список формальных и фактических параметров должен совпадать по количеству и характеристикам аргументов.

Другимисловами, сколькопараметровописановзаголовкеподпрограммы, столько же должно стоять в операторе вызова (за некоторыми исключениями), тип и длина каждого фактического параметра должны совпадатьстипомидлинойсоответствующегопопорядкуформального

(рис. 6.1).

Параметры могут служить для передачи значений не только внутрь подпрограммы, но и в обратном направлении. При этом значение переменной – формального параметра кладется в соответствующее окошко, а вызывающая сторона забирает его и кладет в переменную – фактический параметр.

60

6.4. Формальные и фактические параметры подпрограмм и функций

subroutine Sum(a,b,c) real a,b,c

c=a+b return end

…

call Sum(1.,3.,s)

В переменную s поместится результат сложения фактических параметров– констант1 и3. Важнообратитьвнимание: еслиформальный параметр в подпрограмме является [in] – входящим (вводящим значениевподпрограмму), товкачествефактическогопараметраможетбыть переменнаяиликонстанта(первые2 параметраSum); еслижеформальный параметр в подпрограмме является [out] или [in/out] – выходящим (возвращающим значение из подпрограммы), то в качестве фактического параметра может быть только переменная (3 параметра Sum).

logical d character c integer b

real a

...

call proc (a, b, c, d)

...

contains

subroutine proc (x, k, s, p) real x

integer k character s

logical p

...

end

Рис. 6.1. Соответствиемеждуформальными и фактическими параметрами

61