Книга Фортран Павловец 2008

ПАВЛОВЕЦ В.В.

ИНФОРМАТИКА Программирование на Фортране

г.Минск «Асконто»

2006

1

УДК 004.432(035) ББК 32.973.26-018.1

П12

ПАВЛОВЕЦ, В.В.

П12 ИНФОРМАТИКА : Программирование на Фортране / В.В.Павловец. – Минск : Асконто, 2006. – 205с.

ISBN 985-90114-1-9

Издание подготовлено в соответствии с современными требованиями к уровню подготовки инженеров-электриков и нацелено на освоение алгоритмического языка высокого уровня, применение вычислительной техники в энергетике.

В книге приведено много примеров задач и фрагментов программ с подробными комментариями. Изложены особенности работы с Библиотекой научных и прикладных программ. Отражены особенности языка программирования, которые не встречались в другой литературе. Даны рекомендации по эффективному составлению алгоритмов и программ, методике поиска ошибок.

Книга предназначена для студентов, преподавателей, аспирантов и научных сотрудников.

2

3

4

5

Введение

Учебный план дисциплины «Информатика» предусматривает изучение текстового редактора, табличного процессора, использование сети «Интернет». Но наиболее важную и объемную часть дисциплины составляет изучение и квалифицированное использование одного из алгоритмических языков высокого уровня.

С началом широкого применения ЭВМ в 70-х годах прошлого столетия большую популярность получил новый тогда алгоритмический язык Фортран. Самыми первыми и активными пользователями его стали ученые и исследователи в области энергетики, строительства, механики. Были созданы многие прикладные программы научного и учебного назначения, которые были внедрены в учебный процесс и до настоящего времени продолжают использоваться при расчетах и моделировании физических процессов при выполнении лабораторных работ, курсовых и дипломных проектов.

Но основным достоинством алгоритмического языка Фортран является то, что на нем была создана уникальная по своему назначению Библиотека научных и прикладных программ. В создании Библиотеки принимали ведущие научные центры США, Европы и тогдашнего

СССР. Наверное, не осталось ни одного раздела математики, которому не соответствовало бы несколько отлаженных, протестированных и многократно проверенных программ из Библиотеки. Пользователи других алгоритмических языков высокого уровня и в настоящее время вынуждены пользоваться Библиотекой Фортрана, поскольку на других языках таких библиотек просто не существует.

Отличием и несомненным достоинством языка Фортран является наличие данных комплексного типа. Это качество становится особенно полезным при моделировании физических процессов в области электроэнергетики, радиотехники, механики с использованием функций комплексных переменных. За период с момента своего создания Фортран претерпел несколько существенных изменений, значительно расширяющих его возможности. Но каждая новая версия позволяла оставлять работоспособными программы, написанные для предыдущих версий. С появлением Фортран Power Station под Windows возможности его еще более расширились. Появилась возможность более успешно использовать графические возможности языка.

Настоящее учебное пособие предназначено для тех, кто начинает осваивать язык программирования высокого уровня. Многочисленные фрагменты программ и примеры программ могут быть использованы и при изучении других, аналогичных по характеристикам, алгоритмических языков высокого уровня.

6

1. Константы

Константа – это величина, которая не изменяется в программе в процессе выполнения программы.

2. Типы констант

Существуют константы следующих типов:

1). Целого – это простые целые числа любого знака. Например: 3; 157.

Максимальным числом целого типа на 16-ти разрядных ЭВМ является число 32767, но уже на современных 32-х разрядных ЭВМ это число составляет порядка 109.

2). Константы вещественного типа – они могут записываться в двух формах: а). с фиксированной десятичной точкой – это числа следующего вида: -0.125; 1.7; -167.087

Сначала записывается знак числа «-» или «+» (его можно опустить), целая часть числа, а затем десятичная точка и дробная часть числа.

Вещественное число записывается в памяти ЭВМ в приближённом виде с гарантированной точностью до 7-го знака после запятой.

б). с плавающей десятичной точкой – применяются в основном для записи очень больших или очень маленьких чисел для более наглядного и понятного представления: 0.25Е–3; -1.57Е22 .

При записи вещественного числа с плавающей точкой в начале указывается знак числа, число (целое или вещественное), затем показатель степени - латинская буква E, за которой без пробела следует целая константа (показатель степени) со знаком или без знака. Так, например, -4.Е6 соответствует –4·106 (без использования Е это число выглядело бы –4000000.)

Константы вещественного типа могут находиться в диапазоне порядка 1037.

3). Константы комплексного типа – представляют собой два вещественных числа, заключённых в круглые скобки и разделённых между собой запятой.

Первая константа представляет действительную, а вторая – мнимую часть комплексного числа.

Пример:

(1.35, -0.87)=1.35–0.87·j; (1.,.1)=1.+0.1·j

4). Логические константы – записываются в виде .TRUE. и .FALSE. и обозначают соответственно истина и ложь. Всегда с двух сторон ограничиваются точками.

5). Константы удвоенной значности – имеют такой же вид, как вещественные константы, содержащие показатель степени. Только присутствующая в показателе буква Е заменяется буквой D. Их точность представления вещественных чисел в 2 раза выше, а диапазон используемых значений имеет порядок 10307.

Пример:

3.0D–3 (0.003); –0.003D+2 (-0.3) 1.828D125

6). Текстовые константы – могут быть представлены в двух формах:

а). Старая форма – холлеритовская строка. Представляет собой число выводимых символов n, признак константы латинскую букву H и сами выводимые символы:

7

nHнабор символов

n – целая беззнаковая константа в диапазоне от 1 до 255. Пример:

9НЭнергофак б). строка символов, заключенная между двумя апострофами

’ЭНЕРГОФАК-2000’ ’ВЕСНА’’2002’

Символ «апостроф» внутри текста отображается двумя апострофами, идущими подряд. Последняя запись обозначает текстовую константу ВЕСНА’2002.

3. Переменные

Переменная – это величина, которая может в программе принимать различные значения. Переменные различаются по именам. Имя переменной (идентификатор) может содержать от 1 до 6 символов. Причем первый символ – буква (желательно латинского алфавита). Следует

избегать имен (идентификаторов), совпадающих с операторами языка, например REAL, READ,

атак же с именами встроенных функций типа SIN, TAN и т.д..

ВФортран-77 и более поздних версиях имя переменной может содержать более 6 символов (до 1320), но только первых 6 символов являются распознаваемыми. Поэтому нет смысла использовать имена переменных длиннее шести символов.

Примеры имен переменных: X, Y1, tok, kit, ambassadort. Имена переменных в программе могут быть набраны как прописными, так и строковыми буквами. В любом случае транслятор переводит символы к виду «прописные» и затем обрабатывает текст программы. В последнем имени распознаваемыми будут только первых 6 символов ambass.

4. Типы переменных

По неявному соглашению все переменные считаются вещественного типа за

исключением тех, имя которых начинается на одну из букв:

Пример:

I, J, K, L, M, N.

Если имя переменной начинается на одну из этих букв, то эта переменная считается целого типа и она может содержать только целое число.

Во всех других случаях типы переменных задаются с помощью операторов описания.

5. Операторы описания

К операторам описания относят операторы:

REAL – описывает переменные и массивы вещественного типа.

Если имеется переменная или массив целого типа (когда имя начинается на любую букву из I, J, K, L, M, N), то с помощью оператора REAL можно преобразовать их в переменную или массив вещественного типа.

Пример:

REAL K,LAM(5) K=2.5

INTEGER – описывает переменные и массивы целого типа.

8

Также используется для преобразования переменной или массива вещественного типа в переменную или массив целого типа.

Пример:

INTEGER X,TOK,B(10) TOK=4

B(1)=132

COMPLEX - описывает переменные и массивы комплексного типа. Все переменные и массивы комплексного типа обязательно должны быть описаны в программе оператором

COMPLEX .

После описания с помощью оператора COMPLEX переменная любого типа становится переменной комплексного типа.

Пример:

COMPLEX Q1,QX2,M12

CHARACTER - описывает переменные и массивы текстового типа (строковые). Все данные строкового типа должны быть описаны. Если длина строковой переменной не превышает 4-х байт, то ее можно не описывать.

Используется при непосредственной работе с текстом для описания переменных как текстовых.

Пример:

CHARACTER*10 C,C1,D12*15

Данная строчка означает, что в программе переменные C, C1, D12 являются переменными текстового типа (строковые), причём переменные С, С1 могут содержать до 10 символов. *10 – обозначает групповой описатель длины переменных. Переменная D12 может содержать до 15 символов текста. *15 – индивидуальный описатель длины переменной D12.

LOGICAL – описывает переменные логического типа. Пример:

LOGICAL T1,T2

DOUBLE PRECISION или REAL*8 - описывает переменные удвоенной значности.

6. Арифметические операции

Операции по приоритету в выражении или внутри круглых скобок: вычисление значений функций; ** -- возведение в степень; *, / - умножение и деление; +, – - сложение и вычитание; логические операции.

Очерёдность выполнения арифметических операций может задаваться с помощью круглых скобок ( ). Количество открывающихся скобок должно быть равно количеству закрывающихся.

9

Предупреждение: Отрицательное число нельзя возводить в вещественную степень. Это справедливо и для функций sin, cos, ln, lg и других.

Для тригонометрических функций угол указывается в радианах.

На момент начала выполнения программы все переменные и массивы имеют численное значение, равное нулю (за исключением тех, которые используются в операторе DATA). Другие численные значения переменным могут быть заданы оператором присваивания или оператором ввода информации READ.

Арифметические выражения

Арифметические выражения записываются с помощью арифметических операций. В них используются переменные, элементы массивов, встроенные функции языка, а также подпрограммы-функции и оператор-функции, написанные пользователем. Если в выражении используются константы и переменные целого типа, то при вычислении результат получится также целого типа. Ожидаемая дробная часть результата (при делении) отбрасывается. Если в выражении участвуют константы и переменные как целого, так и вещественного типа, то результат получится вещественного типа. При этом ЭВМ вынуждена перевести величины целого типа в виду «вещественный», а затем произвести вычисления. Это в какой-то мере замедляет процесс вычисления выражения. Поэтому в таких смешанных выражениях желательно приводить все величины к одному типу. Как правило, к типу «вещественный», который имеет приоритет по сравнению с типом «целый».

Оператор присваивания

В общем виде записывается следующим образом:

переменная = выражение

Например, А=1.437 В=sin(A+0.5)

Символ « = » обозначает операцию «присвоить значение». При схожести с арифметической операцией «равно» (Y=48.), имеет существенное отличие в таких выражениях:

I = I+1 или X=X+DX

Последняя запись обозначает следующее: «взять число из ячейки X, добавить к нему число, хранящееся в ячейке DX, и результат записать в ячейку X».

Не могут находиться рядом два знака арифметических операций. Их необходимо отделять скобками .

T * (-2.* X)

Арифметические операции в выражении выполняются слева направо с учетом приоритета. При нескольких следующих подряд операциях возведения в степень они выполняются справа налево. Например: А=В**С**2 будет выполняться как:

10