第4章常和變量

1、第4章 常量和變量 常量和變量都是程序中預留的用于保存數(shù)據(jù)的內(nèi)存空間。常量的值在程序運行過程中始終不會發(fā)生變化。而變量的值在程序的運行過程中是可以變化的。在fortran語言中，有五種基本的數(shù)據(jù)類型可供使用。他們分別是整型（integer）、實型（real）、復型（complex）、字符型（character）和邏輯型（logical）。按用途，又可以分數(shù)值型、字符型和邏輯型三種。相應的常量和變量也可以分為這三種。本章將按照用途介紹常量和變量的基本概念。4.1 數(shù)值型常量及其類型 數(shù)值型常量的值在程序運行過程中不會發(fā)生改變，它們通常也被稱為常數(shù)。數(shù)值型常量包括整型常量、實型常量和復型常量。本節(jié)

2、主要介紹數(shù)值型常量的類型和基本概念。4.1.1 整型常量整型常量也稱為整型常數(shù)或整數(shù)。按照所需存儲空間的大小，又分為長整型和短整型兩種。長整型占用4字節(jié)的存儲空間，短整型則占用2字節(jié)的存儲空間。默認情況下為長整型。有些編譯器還提供額外的擴展整型常量，如compaq visual fortran在x86及其兼容機上額外提供占用1字節(jié)空間的整型常量；在openvms、tru64unix和linux系統(tǒng)中還提供占用8字節(jié)空間的整型常量。由于存儲整型常量的內(nèi)存單元容量是一定的，因此整數(shù)所能表達的范圍是有限的。長整型能夠存儲的數(shù)值范圍為-231到231-1，即-2，147，483，648到2，147，4

3、83，647之間；短整型能夠存儲的數(shù)值范圍為-215到215-1，即-32，768到32，767之間。整型常量可以包含正負號，也可以不包含（此時默認為正，即+2與2等價）。在fortran77標準中，常量內(nèi)部的空格不起任何作用，如“123”與“123”等價；但fortran90/95標準中則不允許出現(xiàn)這種表達方式。4.1.2 實型常量 實型常量也稱為實型常數(shù)或?qū)崝?shù)。按照所需存儲空間的大小，實數(shù)分為單精度和雙精度兩種。在實數(shù)的表達方式上，可以分為小數(shù)形式和指數(shù)形式兩種。下面分別進行說明。 1實數(shù)的精度:單精度實數(shù)占用4字節(jié)的存儲空間，有效位數(shù)6到7位；雙精度實數(shù)占用8字節(jié)的存儲空間，有效位數(shù)15

4、到16位。 2實數(shù)的表達形式:當以小數(shù)形式來表達實數(shù)時，小數(shù)點的前面或后面可以不出現(xiàn)數(shù)字，但不允許小數(shù)點前后都不出現(xiàn)數(shù)字。例如，+10.4、-0.8、34.、.01等都是合法的。4.1.3 復型常量復型常量也稱為復型常數(shù)或復數(shù)。按所需存儲空間的大小分為單精度和雙精度兩種。復型常數(shù)是fortran語言中特有的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，能夠同時存儲復數(shù)的實部和虛部。在程序中，復型常數(shù)用一個括弧中的兩個實數(shù)來表示。第一個實數(shù)表示復數(shù)的實部，第二個實數(shù)表示復數(shù)的虛部。比如：(3.0,6.3)和(1.0e2,2.0e3)。在存儲的時候，復型常數(shù)會占據(jù)兩個實數(shù)的存儲單元。因此，單精度的復型常數(shù)占用8字節(jié)的存儲空間；雙

5、精度的復型常數(shù)則需要占用16字節(jié)的存儲空間。compaq visual fortran在openvms、tru64unix和linux系統(tǒng)中還提供占用32字節(jié)存儲空間的復型常量。復型常量中實部和虛部所表達的數(shù)的范圍與同精度的實數(shù)是一致的。即單精度時的數(shù)值范圍為1.17549435e-38到3.40282347e38；雙精度時的數(shù)值范圍為2.2250738585072013d-308到1.7976931348623158d308。4.1.4 常量的存儲形式計算機在存儲上述三種不同類型的常數(shù)時，并不區(qū)分數(shù)據(jù)的具體形式，而是統(tǒng)一將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二進制的形式進行存儲。在轉(zhuǎn)化的過程中，由于存儲空間是一定的，

6、因此存儲實型常數(shù)時會產(chǎn)生存儲誤差的問題，即計算機的截斷問題。在compaq visual fortran安裝目錄的df98bin文件夾中有一個bitviewer程序可以查看各種數(shù)據(jù)在計算機中存儲的二進制數(shù)據(jù)形式。通過它可以直觀的了解計算機中數(shù)據(jù)的存儲方式。軟件的圖形用戶界面如圖4.1所示，圖中最下面一排的方框表示數(shù)據(jù)在計算機中的存儲空間；每一個方框只有兩個數(shù)值，即0和1；右側(cè)有多個選項可供選擇，用于表示數(shù)據(jù)所占用的存儲空間。如4表示4字節(jié)、2表示2字節(jié)等。4.1.5 符號常量 在程序中有時會經(jīng)常用到同一個常數(shù)。如一些數(shù)學常數(shù)、物理常數(shù)等。如果每次都在程序中重復書寫使用這些常數(shù)值，會顯得很繁瑣。

7、fortran允許用一個名字來對常量進行命名。比如常見的用pi來代表圓周率3.1415926535。此時稱pi為“符號常量”或“符號常數(shù)”，即用符號來表示常量。在fortran中，可以使用parameter語句將一個符號聲明為常量。比如將pi聲明為常數(shù)3.1415926535，可以用如下的語句實現(xiàn)： parameter (pi = 3.1415926535)4.2 數(shù)值型變量及其類型 數(shù)值型變量主要是指整型、實型、復型三種變量。系統(tǒng)會為程序中的每一個變量按照其類型開辟一塊存儲單元，用于存儲變量的值。每一個變量都需要用一個名字（變量名）來識別，并且同一個程序單元內(nèi)不能用同一個變量名來命名不同的變

8、量。本節(jié)主要介紹數(shù)值型變量的類型和基本概念。4.2.1 數(shù)值型變量概述數(shù)值型變量的分類同數(shù)值型常量一樣。整型變量用來存儲整型常量，實型變量用來存儲實型常量，復型變量用來存儲復型常量。在存儲空間的分配上，同類型的變量與常量占據(jù)相同的存儲空間。變量名的作用是識別程序中的變量。fortran中的變量名命名有一定的規(guī)則，主要有以下幾條。變量名中只能包含26個英文字母和09十個數(shù)字；在fortran90/95標準中，還允許使用下劃線“_”。變量名的第一個字符必須是字母，不能是下劃線“_”或數(shù)字。在fortran77標準中，變量名不允許超過6個字符；在fortran90/95標準中，變量名不允許超過31個

9、字符。4.2.2 使用系統(tǒng)默認的隱含約定fortran中約定：在沒有強制規(guī)定變量類型的情況下，如果變量名的首字母為i、j、k、l、m、n六個字母中的一個時，即認為該變量為整型變量，而以其他字母開頭的變量則默認為實型變量。這就是所謂的“i-n規(guī)則”?！癷-n規(guī)則”的使用有利有弊。好處就是不管在程序的什么位置，如果想要臨時添加一個變量，只要按照“i-n規(guī)則”的約定取好變量名就可以使用了；缺點也是明顯的，就是眾多隨意添加的變量使得程序閱讀起來不是很方便，更有可能造成人為錯誤。比如下面的代碼段就是一個典型的錯誤范例。test0401.f90! 這是一個錯誤的變量定義范例program test0401

10、 i = 3000 * 3 write(*, *)lend program test04014.2.3 使用類型說明語句聲明如果不想受“i-n規(guī)則”的約束，或是防止出現(xiàn)“i-n”規(guī)則下的常見錯誤，可以使用類型說明語句對變量的類型進行約定。在fortran中，基本的類型說明語句主要有六種。即integer語句、real語句、doubl precision語句、complex語句、logical語句和character語句。數(shù)值型變量主要涉及到前四種語句。即integer語句（整型說明語句）、real語句（實型說明語句）、doubl precision語句（雙精度說明語句）和complex語句（復

11、型說明語句）。類型聲明語句的語法形式如下：類型說明語句(kind=數(shù)字) : 變量名, 變量名4.2.4 用隱含說明語句聲明 除了上面提到的兩種變量類型說明方法外，還可以用隱含說明語句（implicit語句）將以某一字母開頭的所有變量都聲明為同一種類型。該語句的語法形式如下： implicit 類型說明語句 (字母列表) 其中字母列表中的字母用逗號進行間隔。如果是連續(xù)的一串字母，可以用首尾字母間加符號“-”的方式來進行縮寫。比如“c-h”。下面的聲明代碼將以字母a-g和n開頭的變量都聲明為整型： implicit integer : (a-g, n)4.2.5 數(shù)值型變量聲明及其應用 在編寫程

12、序的過程中，顯式的聲明所有用到的變量是一種良好的編程習慣，建議在編寫實際的應用程序時使用“implicit none”來進行強制的變量類型檢查。凡是沒有進行類型說明的變量，在編譯過程中都會被編譯器找出來。 在三種類型規(guī)定方法中，以類型說明語句的優(yōu)先級最高，implicit語句次之，“i-n規(guī)則”的級別最低；類型說明語句和implicit語句都是不可執(zhí)行語句，必須出現(xiàn)在本程序單元中所有可執(zhí)行語句之前；類型說明語句只能在本程序單元內(nèi)有效；double precision語句在fortran90/95標準完全可以用real(8)語句代替，目前已很少使用。4.3 字符型常量及變量 文字處理能力是for

13、tran語言的另一特色。早期fortran77中的文字處理能力較弱，在fortran90/95標準中的文字處理能力已經(jīng)大大加強。本節(jié)將介紹字符型常量和變量的基本概念。4.3.1 字符型變量概述字符型常量也稱為字符串，它是用引號（單引號或雙引號，fortran77中只允許用單引號）括起來的若干個字符。字符串中的字符可以是計算機系統(tǒng)中允許使用的任意字符，通常會大于fortran字符集。比如字符型常量beijing，”plane”，”#$%&”，”北京”都是合法的。在計算機中，一個字符通常會占據(jù)一個字節(jié)的存儲空間；但某些語言的字符在計算中需要多個字節(jié)的空間來存儲。比如，一個漢字在計算機上會占

14、據(jù)4字節(jié)的存儲空間。字符型變量是用來存儲字符型常量的變量，在程序中必須事先定義字符型變量才能使用。定義字符型常量可以使用character語句，有四種定義字符型變量的語法形式，這些語法定義會在隨后的小節(jié)進行介紹。4.3.2 定義形式一 聲明字符型變量的第一種語法形式如下。 character : 變量名 在這種形式的定義中，類型聲明語句character說明其后變量名所代表的變量為字符型變量。fortran77和fortran90/95中都可以采用這種形式進行聲明。但需要注意，在fortran77下不能出現(xiàn)分隔符“:”。采用這種形式進行聲明時，允許對變量的長度進行說明，說明的方式有兩種： 變量

15、名*len 或 變量名(len)4.3.3 定義形式二 第二種聲明字符型變量的語法形式如下。 character(kind=n) : 變量名 在這種形式的聲明中，關(guān)鍵字kind用于指出賦值號“=”后所跟的數(shù)字n為變量的種別參數(shù)（有關(guān)種別參數(shù)的內(nèi)容會在后面的小節(jié)進行講解）。這個數(shù)字實際上就是說明聲明語句中變量名所代表的變量的長度的，意義同定義形式一中的len。采用這種形式也可以定義字符型數(shù)組。在實際的編程實踐中，也可以采用如下替代形式： character(len=n) : 變量名4.3.4 定義形式三 第三種形式的字符型變量聲明的語法形式如下。 character*len : 變量名 在這種形

16、式的聲明中，類型聲明語句后的星號“*”用于指明其后所跟的數(shù)字表示變量的長度，意義和前面兩種定義形式中的差不多。這種形式的定義也可用于聲明字符型數(shù)組，形式如下： character*len : 變量名(dim) 其中的dim用于說明字符數(shù)組中的緯度的長，即長度。下面給出幾個實例。 character*20 : string character*10 : array_string(20)4.3.5 定義形式四在這種形式中，通過implicit語句來強迫使以某些字母開頭的變量被默認處理成字符型。語法形式如下：implicit character*數(shù)字 字母表implicit character(數(shù)字

17、) 字母表fortran77標準中通常采用前一種形式，fortran90/95標準中通常采用后一種形式。定義中的數(shù)字表示字符型變量的長度，即能夠存儲多少個字符。當數(shù)字緊跟character語句之后時，表示統(tǒng)一指定字符長度；當數(shù)字緊跟變量名之后時，表示單獨指定字符的長度。如果統(tǒng)一指定的字符長度與變量個別指定的長度不一致時，以個別指定優(yōu)先于統(tǒng)一指定。定義中括弧內(nèi)的部分可有可無。比如：implicit character(5) (g-n), character x4.3.6 字符型變量聲明及其應用 實際上，只要字符變量的長度不為1，則可以將其看作數(shù)組來進行理解。正因為如此，在對字符型變量進行操作時，

18、允許對字符型變量中的某一個或某幾個存儲位置上的數(shù)據(jù)進行單獨操作。這在接下來的子字符串的相關(guān)內(nèi)容中進行講解。用parameter語句配合character語句還可以定義有名字符型常量，比如： character(9) : name parameter (name = peter pan) 或 character(9), parameter : name = peter pan4.3.7 子字符串的概念 在字符型數(shù)據(jù)的應用上，還有一個子字符串（substring）的概念需要了解。所謂子字符串是指字符串的一部分。比如有一字符串為“beijing”，則“bei”、“jing”、“ei”等都是該字符串的

19、子字符串?？梢杂孟旅娴男问絹硪米幼址?字符串變量名(star:end) 其中，star和end都是整型表達式。他們指定了要引用的子字符串在字符串中的起始和終止位置。4.4 邏輯型常量及變量邏輯量通常用于程序中的流程控制。在fortran中，邏輯量主要有三種：邏輯常量、邏輯變量和關(guān)系表達式。本小節(jié)主要介紹fortran中邏輯常量和邏輯變量的基本概念和應用。fortran中的邏輯常量只有兩個：true，表示“真”，即滿足邏輯條件；false，表示“假”，即不滿足邏輯條件。例如，當a=0時，此時“a1”的值就為true（真），而“a-1”的值就為false（假）。邏輯常量又稱為邏輯常數(shù)，在程序

20、中，它們通常被賦給一個邏輯變量。邏輯變量被用來存放邏輯常量，它的值只能是true或false中的一個。在程序中使用邏輯變量必須事先加以定義說明。在fortran中，邏輯變量的定義是通過logical語句來實現(xiàn)的。該語句的一般形式為：logical(kind=數(shù)字) :變量名,變量名4.5 變量的初始化 變量在定義之后，通常會由系統(tǒng)按照自身設(shè)置為變量賦給一個初值。這一過程稱為變量的初始化。但是有些系統(tǒng)并不提供這種功能。如果貿(mào)然使用沒有經(jīng)過初始化的變量，很可能導致程序運行出錯。 在fortran中，允許在聲明變量的同時設(shè)置變量的初置。在fortran90/95中要設(shè)置變量的初置，可以將想要設(shè)置的初

21、值直接寫在聲明的變量之后。使用這種方法進行初值的設(shè)置時，聲明中的兩個冒號不能省略。4.6 賦值語句 變量在聲明后就可以使用了，在使用過程中，變量需要保存不同的數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)的值寫進變量的過程就是賦值的過程。在fortran語言中，除了一些專用的特殊語句外，最常用的賦值手段就是賦值語句。賦值語句就是等號“=”，在fortran中有著廣泛的用途。本節(jié)就將介紹賦值的概念和賦值語句的作用。4.6.1 何為賦值所謂賦值，就是將一個常量的值傳輸給一個相應的變量。在fortran中，賦值除了通過data語句之外，還可以使用賦值語句來實現(xiàn)，并且賦值語句具有比data語句更廣泛的用途。賦值語句的作用就是將一個確定的值賦給一個變量，語句的一般格式為：vp其中，表達式中的等號“=”就是賦值符；v代表一個變量名，p代表一個表達式。fortran的賦值語句有三種類型：算術(shù)賦值語句、邏輯賦值語句和字符賦值語句。