- •Предисловие
- •1. Элементы языка
- •1.1. Свободная форма записи программы
- •1.2. Консоль-проект
- •1.2.1. Создание проекта в CVF
- •1.2.2. Создание проекта в FPS
- •1.2.3. Операции с проектом
- •1.2.4. Файлы с исходным текстом
- •1.3. Операторы
- •1.4. Объекты данных
- •1.5. Имена
- •1.6. Выражения и операции
- •1.7. Присваивание
- •1.8. Простой ввод/вывод
- •1.8.1. Некоторые правила ввода
- •1.8.2. Ввод из текстового файла
- •1.8.3. Вывод на принтер
- •1.9. Рекомендации по изучению Фортрана
- •1.10. Обработка программы
- •2. Элементы программирования
- •2.1. Алгоритм и программа
- •2.2. Базовые структуры алгоритмов
- •2.2.1. Блок операторов и конструкций
- •2.2.2. Ветвление
- •2.2.3. Цикл
- •2.2.3.1. Цикл "с параметром"
- •2.2.3.2. Циклы "пока" и "до"
- •2.2.4. Прерывание цикла. Объединение условий
- •2.3. Программирование "сверху вниз"
- •2.3.1. Использование функций
- •2.3.2. Использование подпрограмм
- •2.3.3. Использование модулей
- •2.4. Этапы проектирования программ
- •2.5. Правила записи исходного кода
- •3. Организация данных
- •3.1. Типы данных
- •3.2. Операторы объявления типов данных
- •3.2.1. Объявление данных целого типа
- •3.2.2. Объявление данных вещественного типа
- •3.2.3. Объявление данных комплексного типа
- •3.2.4. Объявление данных логического типа
- •3.3. Правила умолчания о типах данных
- •3.4. Изменение правил умолчания
- •3.5. Буквальные константы
- •3.5.1. Целые константы
- •3.5.2. Вещественные константы
- •3.5.3. Комплексные константы
- •3.5.4. Логические константы
- •3.5.5. Символьные константы
- •3.6. Задание именованных констант
- •3.7. Задание начальных значений переменных. Оператор DATA
- •3.8. Символьные данные
- •3.8.1. Объявление символьных данных
- •3.8.2. Применение звездочки для задания длины строки
- •3.8.3. Автоматические строки
- •3.8.4. Выделение подстроки
- •3.8.5. Символьные выражения. Операция конкатенации
- •3.8.6. Присваивание символьных данных
- •3.8.7. Символьные переменные как внутренние файлы
- •3.8.8. Встроенные функции обработки символьных данных
- •3.8.9. Выделение слов из строки текста
- •3.9. Производные типы данных
- •3.9.1. Объявление данных производного типа
- •3.9.2. Инициализация и присваивание записей
- •3.9.2.1. Конструктор производного типа
- •3.9.2.2. Присваивание значений компонентам записи
- •3.9.2.3. Задаваемые присваивания записей
- •3.9.3. Выражения производного типа
- •3.9.4. Запись как параметр процедуры
- •3.9.5. Запись как результат функции
- •3.9.6. Пример работы с данными производного типа
- •3.9.7. Структуры и записи
- •3.9.7.1. Объявление и присваивание значений
- •3.9.7.2. Создание объединений
- •3.9.8. Итоговые замечания
- •3.10. Целочисленные указатели
- •3.11. Ссылки и адресаты
- •3.11.1. Объявление ссылок и адресатов
- •3.11.2. Прикрепление ссылки к адресатам
- •3.11.3. Инициализация ссылки. Функция NULL
- •3.11.4. Явное открепление ссылки от адресата
- •3.11.5. Структуры со ссылками на себя
- •3.11.6. Ссылки как параметры процедур
- •3.11.7. Параметры с атрибутом TARGET
- •3.11.8. Ссылки как результат функции
- •4. Массивы
- •4.1. Объявление массива
- •4.2. Массивы нулевого размера
- •4.3. Одновременное объявление объектов разной формы
- •4.4. Элементы массива
- •4.5. Сечение массива
- •4.6. Присваивание массивов
- •4.7. Маскирование присваивания
- •4.7.1. Оператор и конструкция WHERE
- •4.7.2. Оператор и конструкция FORALL
- •4.8. Динамические массивы
- •4.8.1. Атрибуты POINTER и ALLOCATABLE
- •4.8.2. Операторы ALLOCATE и DEALLOCATE
- •4.8.3. Автоматические массивы
- •4.9. Массивы - формальные параметры процедур
- •4.9.1. Массивы заданной формы
- •4.9.2. Массивы, перенимающие форму
- •4.9.3. Массивы, перенимающие размер
- •4.10. Использование массивов
- •4.11. Массив как результат функции
- •4.12. Встроенные функции для массивов
- •4.12.1. Вычисления в массиве
- •4.12.2. Умножение векторов и матриц
- •4.12.3. Справочные функции для массивов
- •4.12.3.1. Статус размещаемого массива
- •4.12.3.2. Граница, форма и размер массива
- •4.12.4. Функции преобразования массивов
- •4.12.4.1. Элементная функция MERGE слияния массивов
- •4.12.4.2. Упаковка и распаковка массивов
- •4.12.4.3. Переформирование массива
- •4.12.4.4. Построение массива из копий исходного массива
- •4.12.4.5. Функции сдвига массива
- •4.12.4.6. Транспонирование матрицы
- •4.13. Ввод/вывод массива под управлением списка
- •4.13.1. Ввод/вывод одномерного массива
- •4.13.2. Ввод/вывод двумерного массива
- •5. Выражения, операции и присваивание
- •5.1. Арифметические выражения
- •5.1.1. Выполнение арифметических операций
- •5.1.2. Целочисленное деление
- •5.1.3. Ранг и типы арифметических операндов
- •5.1.4. Ошибки округления
- •5.2. Выражения отношения и логические выражения
- •5.3. Задаваемые операции
- •5.4. Приоритет выполнения операций
- •5.5. Константные выражения
- •5.6. Описательные выражения
- •5.7. Присваивание
- •6. Встроенные процедуры
- •6.1. Виды встроенных процедур
- •6.2. Обращение с ключевыми словами
- •6.3. Родовые и специфические имена
- •6.4. Возвращаемое функцией значение
- •6.5. Элементные функции преобразования типов данных
- •6.6. Элементные числовые функции
- •6.7. Вычисление максимума и минимума
- •6.8. Математические элементные функции
- •6.8.1. Экспоненциальная, логарифмическая функции и квадратный корень
- •6.8.2. Тригонометрические функции
- •6.9. Функции для массивов
- •6.10. Справочные функции для любых типов
- •6.11. Числовые справочные и преобразовывающие функции
- •6.11.1. Модели данных целого и вещественного типа
- •6.11.2. Числовые справочные функции
- •6.12. Элементные функции получения данных о компонентах представления вещественных чисел
- •6.13. Преобразования для параметра разновидности
- •6.14. Процедуры для работы с битами
- •6.14.1. Справочная функция BIT_SIZE
- •6.14.2. Элементные функции для работы с битами
- •6.14.3. Элементная подпрограмма MVBITS
- •6.14.4. Пример использования битовых функций
- •6.15. Символьные функции
- •6.16. Процедуры для работы с памятью
- •6.17. Проверка состояния "конец файла"
- •6.18. Неэлементные подпрограммы даты и времени
- •6.19. Случайные числа
- •6.20. Встроенная подпрограмма CPU_TIME
- •7. Управляющие операторы и конструкции
- •7.1. Оператор GOTO безусловного перехода
- •7.2. Оператор и конструкции IF
- •7.2.1. Условный логический оператор IF
- •7.2.2. Конструкция IF THEN END IF
- •7.2.3. Конструкция IF THEN ELSE END IF
- •7.2.4. Конструкция IF THEN ELSE IF
- •7.3. Конструкция SELECT CASE
- •7.4. DO-циклы. Операторы EXIT и CYCLE
- •7.5. Возможные замены циклов
- •7.6. Оператор STOP
- •7.7. Оператор PAUSE
- •8. Программные единицы
- •8.1. Общие понятия
- •8.2. Использование программных единиц в проекте
- •8.3. Работа с проектом в среде DS
- •8.4. Главная программа
- •8.5. Внешние процедуры
- •8.6. Внутренние процедуры
- •8.7. Модули
- •8.8. Оператор USE
- •8.9. Атрибуты PUBLIC и PRIVATE
- •8.10. Операторы заголовка процедур
- •8.10.1. Общие характеристики операторов заголовка процедур
- •8.10.2. Результирующая переменная функции
- •8.11. Параметры процедур
- •8.11.1. Соответствие фактических и формальных параметров
- •8.11.2. Вид связи параметра
- •8.11.3. Явные и неявные интерфейсы
- •8.11.4. Ключевые и необязательные параметры
- •8.11.5. Ограничения на фактические параметры
- •8.11.6. Запрещенные побочные эффекты
- •8.12. Перегрузка и родовые интерфейсы
- •8.12.1. Перегрузка процедур
- •8.12.2. Перегрузка операций и присваивания
- •8.12.3. Общий вид оператора INTERFACE
- •8.13. Ассоциирование имен
- •8.14. Область видимости имен
- •8.15. Область видимости меток
- •8.16. Ассоциирование памяти
- •8.16.1. Типы ассоциируемой памяти
- •8.16.2. Оператор COMMON
- •8.16.3. Программная единица BLOCK DATA
- •8.17. Рекурсивные процедуры
- •8.18. Формальные процедуры
- •8.18.1. Атрибут EXTERNAL
- •8.18.2. Атрибут INTRINSIC
- •8.19. Оператор RETURN выхода из процедуры
- •8.20. Оператор ENTRY дополнительного входа в процедуру
- •8.21. Атрибут AUTOMATIC
- •8.22. Атрибут SAVE
- •8.23. Атрибут STATIC
- •8.24. Атрибут VOLATILE
- •8.25. Чистые процедуры
- •8.26. Элементные процедуры
- •8.27. Операторные функции
- •8.28. Строка INCLUDE
- •8.29. Порядок операторов и директив
- •9. Форматный ввод/вывод
- •9.1. Преобразование данных. Оператор FORMAT
- •9.2. Программирование спецификации формата
- •9.3. Выражения в дескрипторах преобразований
- •9.4. Задание формата в операторах ввода/вывода
- •9.5. Списки ввода/вывода
- •9.5.1. Элементы списков ввода/вывода
- •9.5.2. Циклические списки ввода/вывода
- •9.5.3. Пример организации вывода
- •9.6. Согласование списка ввода/вывода и спецификации формата. Коэффициент повторения. Реверсия формата
- •9.7. Дескрипторы данных
- •9.8. Дескрипторы управления
- •9.9. Управляемый списком ввод/вывод
- •9.9.1. Управляемый именованным списком ввод/вывод
- •9.9.1.1. Объявление именованного списка
- •9.9.1.2. NAMELIST-вывод
- •9.9.1.3. NAMELIST-ввод
- •9.9.2. Управляемый неименованным списком ввод/вывод
- •9.9.2.1. Управляемый неименованным списком ввод
- •9.9.2.2. Управляемый неименованным списком вывод
- •10. Файлы Фортрана
- •10.1. Внешние и внутренние файлы
- •10.2. Позиция файла
- •10.3. Устройство ввода/вывода
- •10.4. Внутренние файлы
- •10.5. Внешние файлы
- •10.6. Записи
- •10.6.1. Типы записей
- •10.6.2. Записи фиксированной длины
- •10.6.3. Записи переменной длины
- •10.6.4. Сегментированные записи
- •10.6.5. Потоки
- •10.6.6. CR-потоки
- •10.6.7. LF-потоки
- •10.7. Передача данных с продвижением и без
- •10.8. Позиция файла перед передачей данных
- •10.9. Позиция файла после передачи данных
- •10.10. Двоичные последовательные файлы
- •10.11. Неформатные последовательные файлы
- •10.12. Текстовые последовательные файлы
- •10.13. Файлы, подсоединенные для прямого доступа
- •10.14. Удаление записей из файла с прямым доступом
- •10.15. Выбор типа файла
- •11. Операции над внешними файлами
- •11.1. Оператор BACKSPACE
- •11.2. Оператор REWIND
- •11.3. Оператор ENDFILE
- •11.4. Оператор OPEN
- •11.5. Оператор CLOSE
- •11.6. Оператор READ
- •11.7. Оператор ACCEPT
- •11.8. Оператор FIND
- •11.9. Оператор DELETE
- •11.10. Оператор UNLOCK
- •11.11. Оператор WRITE
- •11.12. Оператор PRINT
- •11.13. Оператор REWRITE
- •11.14. Оператор INQUIRE
- •11.15. Функция EOF
- •11.16. Организация быстрого ввода/вывода
- •12.1. Некоторые сведения об объектах ActiveX
- •12.2. Для чего нужен конструктор модулей
- •12.3. Интерфейсы процедур управления Автоматизацией
- •12.4. Идентификация объекта
- •12.5. Примеры работы с данными Автоматизации
- •12.5.1. OLE-массивы
- •12.5.2. BSTR-строки
- •12.5.3. Варианты
- •12.6. Другие источники информации
- •12.7. Как воспользоваться объектом ActiveX
- •12.8. Применение конструктора модулей
- •12.9. Пример вызова процедур, сгенерированных конструктором модулей
- •Приложение 1. Вывод русского текста в DOS-окно
- •Приложение 2. Нерекомендуемые, устаревшие и исключенные свойства Фортрана
- •П.-2.1. Нерекомендуемые свойства Фортрана
- •П.-2.1.1. Фиксированная форма записи исходного кода
- •П.-2.1.2. Оператор EQUIVALENCE
- •П.-2.1.3. Оператор ENTRY
- •П.-2.1.4. Вычисляемый GOTO
- •П.-2.1.5. Положение оператора DATA
- •П.-2.2. Устаревшие свойства Фортрана, определенные стандартом 1990 г.
- •П.-2.2.1. Арифметический IF
- •П.-2.2.2. Оператор ASSIGN присваивания меток
- •П.-2.2.3. Назначаемый GOTO
- •П.-2.2.4. Варианты DO-цикла
- •П.-2.2.5. Переход на END IF
- •П.-2.2.6. Альтернативный возврат
- •П.-2.2.7. Дескриптор формата H
- •П.-2.3. Устаревшие свойства Фортрана, определенные стандартом 1995 г.
- •П.-2.4. Исключенные свойства Фортрана
- •Приложение 3. Дополнительные процедуры
- •П.-3.1. Запуск программ
- •П.-3.2. Управление программой
- •П.-3.3. Работа с системой, дисками и директориями
- •П.-3.4. Управление файлами
- •П.-3.5. Генерация случайных чисел
- •П.-3.6. Управление датой и временем
- •П.-3.7. Ввод с клавиатуры и генерация звука
- •П.-3.8. Обработка ошибок
- •П.-3.9. Аргументы в командной строке
- •П.-3.10. Сортировка и поиск в массиве
- •П.-3.11. Управление операциями с плавающей точкой
- •Литература
- •Предметный указатель
- •Оглавление
О. В. Бартеньев. Современный ФОРТРАН
или
write(*, fmt = '(1x, f8.3, i10)') a, k
•в виде имени именованного списка В/В:
integer :: k = 100, iarray(3) = (/ 41, 42, 43 /) real :: r4*4 = 24.0, r8*8 = 28.0
namelist /mesh/ k, r4, r8, iarray write(*, mesh)
или
write(*, nml = mesh)
•в виде звездочки, указывающей на использование управляемого неименованным списком В/В:
write(*, *) a, k write(*, fmt = *) a, k
9.5. Списки ввода/вывода
Оператор ввода для каждого элемента списка ввода находит во внешнем файле поле с данными и читает из него в элемент списка значение. Оператор вывода создает в файле по одному полю с данными для каждого элемента списка вывода. В случае форматного вывода размер поля определяется примененным форматом.
9.5.1. Элементы списков ввода/вывода
Элементами списка В/В могут быть как полные объекты данных любых типов (скаляры и массивы), так и их подобъекты, например компоненты записи, элементы массива, сечение массива, подстрока. Между списками ввода и вывода есть различия: список ввода может содержать только переменные и их подобъекты, список вывода содержит выражения.
Пример:
type point |
|
real x, y |
|
character(8) st |
|
end type point |
|
type(point) p(20), pxy |
|
open(1, file = 'a.txt') |
|
read(1, '(2f8.2)') pxy.x, pxy.y |
! Возможные списки ввода |
read(1, '(f8.2 / f8.2 / a)') p(1).x, p(1).y, p(1).st |
|
read(1, 20) pxy |
! В списке ввода 3 элемента |
read(1, 20) (p(k), k = 1, 20) |
! В списке ввода 60 элементов |
20 format(2f8.2, a) |
|
Присутствующий в списке В/В скалярный объект встроенного типа (кроме комплексного) создает один элемент В/В. Массив встроенного типа (кроме комплексного) добавляет в список В/В все свои элементы. Порядок
296
9. Форматный ввод/вывод
следования элементов массива в списке В/В совпадает с порядком их расположения в памяти ЭВМ. Так, эквивалентны списки:
real a(2, 3) / 1.1, 2.2, 3.3, 4.4, 5.5, 6.6 /
write(*, *) a ! В списке вывода 6 элементов write(*, *) a(1, 1), a(2, 1), a(1, 2), a(2, 2), a(1, 3), a(2, 3)
Скаляр комплексного типа создает два элемента В/В. В случае комплексного массива из n элементов в список В/В добавляется 2*n элементов. Компоненты скаляра производного типа располагаются в списке В/В в том же порядке, в котором они располагаются и в операторе объявления этого типа.
В случае форматного ввода число присутствующих во внешнем файле полей ввода должно быть не меньше числа элементов в списке В/В. Размер занимаемого вводимой величиной поля и его положение в файле должны быть согласованы с форматом ввода. Например:
integer(2) k, m, a(20), b(10) complex(4) z
character(30) art(15)
character(30) :: fmt = '(4i4 / 10i3 / 2f8.2 / (a30))' open(1, file = 'a.txt')
read(1, fmt) k, m, a(2), a(4), b, z, art
Список ввода содержит 31 элемент: 25 из них дают массивы b и art, 2 - комплексная переменная z и по одному переменные k, m, a(2), a(4). Следовательно, не менее 31 значения должно присутствовать и в файле, из которого выполняется ввод данных. Число строк в файле не может быть менее 18, поскольку в спецификации формата fmt присутствует преобразование слеша (/), которое обеспечивает перемещение файлового указателя на начало новой записи. Положение и состав полей файла может
быть, например таким (символ |
использован для обозначения пробела): |
|||||||||
111 |
222 |
333 |
444 |
|
|
|
|
|
||
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
1111.11 |
2222.22 |
|
|
|
|
|
||||
строка |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
строка |
|
15 |
|
|
|
|
|
|
При составлении списка В/В следует учитывать ограничения:
• в списке В/В не может появляться перенимающий размер массив, но могут появляться его подобъекты (элементы и сечения);
•присутствующий в списке В/В размещаемый массив должен быть к моменту выполнения В/В размещен;
•все ссылки списка В/В к моменту выполнения В/В должны быть прикреплены к адресатам. Передача данных выполняется между файлом и адресатом;
297
О. В. Бартеньев. Современный ФОРТРАН
•каждый конечный компонент присутствующего в списке В/В объекта производного типа не должен иметь атрибут PRIVATE;
• в списке В/В не могут присутствовать объекты производного типа, у которых среди компонентов какого-либо уровня есть ссылки.
Список В/В может быть пустым. Тогда при выводе создается запись нулевой длины. При вводе выполняется переход к следующей записи. Если же при пустом списке вывода используется формат, состоящий только из строки, то будет выведена запись, содержащая эту строку, например:
write(*, '(1x, "I am a test string")')
9.5.2. Циклические списки ввода/вывода
Список В/В может также содержать и циклический список, имеющий вид: (список объектов цикла, dovar = start, stop [, inc])
где каждый объект цикла - это переменная (в случае ввода), или выражение (в случае вывода), или новый циклический список; dovar - переменная цикла - целая скалярная переменная; start, stop, inc - целые скалярные выражения. Циклический список оператора В/В работает так же, как и DOцикл с параметром или неявный цикл оператора DATA и конструктора массива. Другое название циклического списка оператора В/В - неявный цикл оператора В/В.
Пример. Вывод горизонтальной линии.
print '(1x, 80a1)', ('_', k = 1, 80) ! В списке вывода 80 элементов
9.5.3. Пример организации вывода
Задача: выполнить табуляцию функции двух переменных: z = |x - y| ey/3/(1/3 + cos(x/y))
при изменении x от 1 до 5 с шагом 0.5, а y - от 1.1 до 1.5 с шагом 0.05. Оформим результат в виде таблицы, содержащей заголовок, значения x
по вертикали и значения y по горизонтали. В ячейках таблицы выведем соответствующие аргументам x и y значения z (рис. 9.1).
Зависимость z = ABS(x - y) * EXP(y/3)/(1/3 + cos(x/y))
x \ y |
1.10 |
1.15 |
1.20 |
... |
1.50 |
|
|
|
|
|
|
1.00 |
z1,1 |
z1,2 |
z1,3 |
... |
z1,9 |
1.50 |
z2,1 |
z2,2 |
z2,3 |
... |
z2,9 |
... |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5.00 |
z11,1 |
z11,2 |
z11,3 |
... |
z11,9 |
Рис. 9.1. Проект таблицы вывода (выходная форма)
298
9. Форматный ввод/вывод
Ясно, что для организации такой таблицы потребуется выполнить некоторые преобразования: смещение позиции вывода, форматирование вывода значений x, y и z, вывод символьных данных.
Для вывода нам дополнительно надо знать:
•допустимое число выводимых на одной строке символов (в случае консоль-проекта это число равно 80);
•диапазон изменения значений функции z;
•необходимую точность представления z (число десятичных знаков).
Максимальное и минимальное значения z, а также точность представления z нужны для определения, во-первых, длины необходимого для вывода z поля и, во-вторых, способа представления z (в F- или Е- форме). В общем случае эти данные могут быть определены лишь в процессе вычислений.
Рассмотрим подробно механизм формирования формата вывода одной строки таблицы. Положим, что максимальное и минимальное значения z могут быть размещены на поле длиной в 7 символов, причем два правых символа поля будут расположены после десятичной точки. Такое поле задается преобразованием F7.2. Расстояние между полями вывода z положим равным единице. Тогда при выводе одного поля следует использовать формат 1X, F7.2. Всего в одной строке таблицы будет размещено 9 полей со значениями z. Для их вывода необходим формат 9(1X, F7.2). Теперь предусмотрим при выводе строки значений z отступ от левой границы экрана в 1 символ и последующий вывод значения x в поле длиной в 5 символов, содержащее два десятичных знака. Получаем формат вывода строки таблицы: (2X, F5.2, 9(1X, F7.2)).
program zxy
real :: x, y, xa = 1.0, xb = 5.0, ya = 1.1, yb = 1.51
real :: z(10) |
! Массив значений z для строки таблицы |
real :: dx = 0.5, dy = 0.05 |
! Шаг изменения x и y |
character(80) :: title = 'Зависимость z = ABS(x - y) * EXP(y/3)/(1/3 + cos(x/y))'
integer(1) k, tab |
|
tab = (80 - len_trim(title)) / 2 |
|
write(*, '(<tab>x, a)') title |
! Вывод заголовка по центру экрана |
write(*, 1) ('_', k = 1, 80) |
! Вывод горизонтальной линии |
write(*, '(2x, a, 9f8.2)') 'x \ y', (y, y = ya, yb, dy) |
|
write(*, 1) ('_', k = 1, 80) |
! Вновь выводим горизонтальную линию |
x = xa |
|
do while(x <= xb) |
|
k = 0 |
|
y = ya |
! Формирование массива значений z |
do while(y <= yb) |
k = k + 1
z(k) = abs(x - y) * exp(y / 3.0) / (1.0/3.0 + cos(x / y)) y = y + dy
299