Fortran/基礎

Fortran
Fortran 入門

簡介

Fortran 程式由主程式和模組組成，每個程式都可以包含子程式和函式.

程式執行時應執行的程式碼應放置在 program 塊中，如下所示

program name_of_program
  ! <variable declarations> ...
  ! <program statements> ...
end program

縮排不是必需的，但建議使用。程式名稱必須以字母開頭，其他部分可以包含字母、數字和下劃線 (下劃線) 字元。每個語句以行尾結束。

自由格式和固定格式

Fortran 77 語法要求在任何命令之前留出 6 個空格。這 6 個空格源自 Fortran 的穿孔卡片版本。在最初的 6 個空格之後，您可以根據需要放置額外的空格進行縮排。

但是，總的來說，行寬限制為 72 個字元（包括最初的 6 個空格）。如果您需要額外的空格，可以在第 6 列放置任何字元（某些編譯器除外，0 除外）；這稱為“續行符”。對於穿孔卡片，這意味著您可以將該行繼續到第二張卡片上。

C2345678...
      PRINT *,"This is a really....
     *...long line.

在某些編譯器中，您可以透過指定“自由格式”而不是“固定格式”模式來關閉 6 個空格規則，並關閉固定長度行。如果您使用 GNU Fortran 編譯器 (gfortran)，則在編譯時可以使用 -ffree-form 命令列選項來實現相同目的。

註釋

在行中包含感嘆號 ! 將使該行剩下的部分成為註釋，如下所示

 a = b ! this is a comment
 c = d ! this!! is also a comment

在固定格式模式下，您還可以透過在第一列放置 * 或 c 來將整行標記為註釋。

變數

請參閱變數

變數有許多不同的型別和選項，但現在我們將堅持基本內容。

real       :: a  ! Decimal number.
integer    :: b  ! Whole number.
character  :: c  ! Single character.

建議在變數宣告之前使用 implicit none 語句，以透過強制顯式宣告每個程式變數來避免型別錯誤。

數學運算子

請參閱數學

加、減、乘、除

  +
  -
  *
  /

賦值

乘方（2**4 等於 2 的 4 次方 = 16）

**

數學運算子具有特定的優先順序順序

** [乘方] 總是優先順序最高，它是從右到左結合。即 2**3**2 = 512，而不是 64

接下來是 * [乘法] 和 / [除法]，它們是從左到右結合，即 1.0/1.0/2.0*6.0 = ((1.0/1.0)/2.0)*6.0 = 3.0，而不是 12.0。

接下來是 + [加法] 和 - [減法]，它們也是從左到右結合，所以 x-y+z = (x-y)+z = x+(-y)+z。

最後是 = [賦值]。

內在函式

Fortran 具有廣泛的函式，這些函式在數值工作中很有用，例如 sin、exp 和 log。函式的引數必須具有正確的型別，並且應括在括號中

x = sin(3.14159) ! Sets x equal to sin(pi), which is zero.

Fortran 的內在數學函式是 elemental，這意味著它們可以將陣列和標量作為引數，並返回與形狀相同的標量或陣列

real :: x(2), pi=3.14159
x = sin([pi, pi/2])

上面的程式片段將陣列 x 的兩個元素 x(1) 和 x(2) 分別設定為 sin(pi) 和 sin(pi/2)。

比較和邏輯運算子

在 if 語句和其他一些地方，您可以將關係運算符 =、<、>、≤、≥ 和 ≠ 分別編碼為 .eq.、.lt.、.gt.、.le.、.de. 和 .ne.。另一種寫這些運算子的方法是：==、<、>、<=、>= 和 /=。

您還可以使用邏輯運算子 .and.、.or. 和 .not.，以及邏輯常量 .true. 和 .false.。在組合這些專案時，不要重複使用點。例如，a .and. .not. b 與 a.and.not.b 相同，但不同於 a.and..not.b。

WRITE 語句

請參閱輸入和輸出

write (*,*) "Hello World", variablename, "More text", anothervariable

(*,*) 表示使用預設輸出，並使用預設選項，通常列印到螢幕。引號內的內容將按程式碼中的原樣列印，變數的值將被列印。物件必須用逗號隔開，預設情況下，write 語句會自動結束該行。

完整的正式語法是

write (unit=unit_num, FMT=fmt_label, err=label) "Hello World", variablename, "More text", anothervariable

請注意，某些版本的 Fortran 不允許使用雙引號，而是需要使用單引號。封閉的單引號可以用兩個單引號表示。例如，'don''t'。

WRITE 或 READ 的第一個括號內的引數是單元號。單元號以作業系統確定的方式與輸入或輸出流相關聯。在非常舊的系統中，單元號是裝置地址。在 IBM JCL 系統中，單元號與檔案之間的關聯是透過 JCL DD 語句完成的。在其他版本中，存在一些將檔案和單元號關聯起來的語句。UNIT= 標籤可以省略。如果使用星號作為單元號，則所涉及的 I/O 是標準輸入通道或標準輸出通道。

WRITE 或 READ 的第二個括號內的引數是記錄號。請注意，如果存在，此引數與單元號之間用單引號隔開。如果存在，此變數定義要從中讀取或寫入的記錄號。例如，

record_number = 5
write (2, record_number) x, y, z

將 x、y 和 z 以壓縮的機器特定格式寫入記錄號 5。當然，請注意，此用法要求您的 OS 或 Fortran 編譯器知道構成記錄的因素。在位元組組織的檔案中，上面的程式碼將從檔案位元組號 5 開始寫入 x、y 和 z。

WRITE 或 READ 的第三個括號引數是格式編號。如果這個第三個引數像上面一樣用星號表示，那麼格式就是預設的。如果您想使用 FORMAT 語句來格式化輸入或輸出，則包括 FORMAT 語句的語句編號。例如

write (7,1) 'Hello, world!', i, 'More text', x
1 format (A,I,A,F)

請注意，format 語句不能作為內聯語句執行。它僅在 read 或 write 引用時使用。fmt= 標籤可以省略。整個引數也可以省略。但是，如果您省略格式引數，則 I/O 將以非格式化的方式執行，使用特定於機器的打包資料。

write 或 read 的最後一個括號引數是錯誤處理語句標籤。例如，如果

write (5,err=2) x, y, z

被編碼，這意味著輸出將被非格式化到單元 5。如果發生錯誤，執行將繼續在語句 2（在它前面帶有語句標籤 2 的語句）處繼續。如果發生錯誤，並且沒有 ERR= 引數，那麼程式會異常終止。因此，ERR= 是其他語言中 catch 的最接近的等效項。雖然最後一個引數可以完全省略，但一旦使用，ERR= 就不能從引數中省略。

示例程式碼

參見 Fortran 中更多示例

program nearlyuseless
    implicit none

    real    :: temperature
    integer :: cows

    temperature = 98.6
    cows        = 9
    print *, "There are ", cows, " cows outside."
    print *, "You are probably ", temperature, " right now"
end program

Fortran 的某些版本，或在某些設定中，使用格式字元。當使用格式字元時，行的第一個字元決定如何列印該行。1 表示新頁面。0 表示在行之前進行 2 次換行（雙倍行距）。- 表示在行之前進行 3 次換行（三倍行距）。+ 表示在行之前不進行換行（覆蓋列印）。而空格表示在行之前進行一次換行（正常列印）。

以下是相同程式的古老形式，帶有此形式控制字元

temperature = 98.6
i_cows = 6
write (*,*) ' There are ', i_cows, ' cows outside.'
write (*,*) ' You are probably ', temperature, ' right now.'
end