知識資料信號信息與計算機基礎(chǔ)(九)(新版)

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁/共頁第七節(jié)計算機程序設(shè)計語言一、程序設(shè)計語言計算機程序設(shè)計語言又稱算法語言。目前國內(nèi)外比較通用的算法語言有多種,如BASIC、FORTRAN、PASCAL、ALGOL、C等。隨著算法語言本身的發(fā)展和完美,同一語言中還有不同的標(biāo)準(zhǔn)文本問世。每種語言都有其自身的規(guī)矩和特點,但也有個性的地方。在目前通用的算法語言中,FORTRAN語言異常適用于科學(xué)計算,又是為我國廣大結(jié)構(gòu)工程技術(shù)人員較為普遍控制的一種語言,因此,本次注冊結(jié)構(gòu)工程師考試的內(nèi)容選為FORTRAN語言。FORTRAN語言于50年代浮上于美國。1966年,美國國家標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會（ANSI）公布了標(biāo)準(zhǔn)FORTRAN（ANSIX3.9-1966）,1977年對其舉行了修訂,1978年,將其定為國家標(biāo)準(zhǔn),稱為FORTRAN77（ANSIX3.9-1978）。以下有關(guān)內(nèi)容,主要參照FORTRAN77的標(biāo)準(zhǔn)舉行說明。二、FORTRAN的程序構(gòu)成和基本規(guī)定（一）程序構(gòu)成一個殘破的FORTRAN程序由一個主程序或一個主程序和若干個子程序組成。主程序與每個子程序都是一個自立的程序單位,稱為一個程序模塊。關(guān)于程序的構(gòu)成,有如下一些基本規(guī)定。1.程序由若干行組成。2.在FORTRAN中,程序行分為語句行和注釋行。（1）語句行由FORTRAN語句組成,包括執(zhí)行語句和非執(zhí)行語句。執(zhí)行語句使計算機在運行時產(chǎn)生某些操作,如賦值語句、輸入輸出語句等。非執(zhí)行語句為計算機在編譯或運行時提供某種信息,本身不產(chǎn)生操作,如說明語句、格式語句等。（2）注釋行又稱為非語句行,在程序中起注釋作用,便于程序的編寫、修改和維護。3.FORTRAN規(guī)定,每個語句行只能寫一個語句;但當(dāng)語句長度超過規(guī)定的一行范圍、或者為表達清晰起見需要將一個語句分行書寫時,可以采用延續(xù)行。延續(xù)行的第一行稱為始行,以后各行稱為續(xù)行。4.FORTRAN語句可以有標(biāo)號。標(biāo)號作為一個語句被其他語句引用的標(biāo)志。在同一個程序單位中,不能浮上相同的語句標(biāo)號。5.程序單位的最后一行語句,必須是END語句。倘若一個FORTRAN語句行與注釋行的集合,最末沒有END,可稱其為一個語句塊或程序段,但不能作為一個程序單位。（二）書寫規(guī)矩1．FORTRAN77的字符集由26個英文字母、10個數(shù)字和其他13個專用字符組成。2.一個程序行有80列,每列寫一個字符。3.程序行的第1列如寫上C或*,表示該行為注釋行。注釋內(nèi)容可寫在該行中除第1列外的任何位置。4.在語句行中,程序行的第1列至第5列為語句標(biāo)號區(qū),標(biāo)號區(qū)內(nèi)是最多為5位的無符號整數(shù);程序行的第6列為續(xù)行區(qū),若某行為續(xù)行,則標(biāo)號區(qū)必須空白,且第6列為非0的任一FORTRAN77字符（不能為空格）;第7列至第72列為語句區(qū)。例如,在邊長為B的正方形中挖一個半徑為R的圓,計算剩余的面積;若B<2R,則給出相關(guān)信息。該問題的FORTRAN程序可編寫如下。CComputationofarea.READ*,B,RIF（B.LT.2*R）THENWRITE（*,10）10FORMAT（'Errormessage:Blessthan2*R’）ELSEWRITE（*,，（”AREA=”,F10.2））$B*B-3.14159*R*RENDIFEND本例中,第1行為注釋行,第5行為帶標(biāo)號的語句,第7~8行為延續(xù)行,符號$為續(xù)行標(biāo)志。（三）常量與變量1.常量指程序中其值固定不變的一些量,包括以下6種類型。（1）整形常量,也稱整數(shù)。一個整數(shù)可采用正、負號和數(shù)字字符表示,正號可以省略.。（2）實型常量,也稱實數(shù)?？梢杂眯?shù)形式或指數(shù)形式表示。用指數(shù)形式表示的實數(shù)如11.3E5,＋11.3E+5,1.E-12,－.23E12等。（3）雙精度實型常量,或稱雙精度實數(shù)。雙精度實數(shù)也是實數(shù)。但在普通的微型計算機中,實數(shù)的有效位數(shù)為7位,雙精度實數(shù)的有效位數(shù)可以達到15~17位。雙精度實數(shù)的表示主意,除在指數(shù)形式的表達中用字符D代替E以外,其余和實數(shù)相同。（4）復(fù)型常量,簡稱復(fù)數(shù)。在FORTRAN中,用一對圓括弧括起來的兩個實數(shù)表示。如（12.0,－6.E2）表示復(fù)數(shù)12.0—600.0i。（5）邏輯型常量。FORTRAN中的邏輯型常量有兩個值:.TRUE.與.FALSE.。（6）字符型常量,也稱為字符串。計算機系統(tǒng)使用的若干個字符,用一對單引號括起來后,就作為字符串。2.變量指在程序運行期間可以改變的量。（1）變量的類型與常量相對應(yīng),分為整型變量、實型變量、雙精度實型變量、復(fù)型變量、邏輯型變量與字符串變量。（2）變量名按一定的規(guī)矩命名。在FORTRAN中,變量名采用1至6個字符（數(shù)字或字母）,其中第一個字符必須是字母。FORTRAN77規(guī)定,變量名書寫時不區(qū)別字母的大寫與小寫,例如ABc與aBC都指同一個變量。（3）變量類型的說明主意。1）I-N隱含規(guī)矩。在程序單位中沒有其他說明時,以字母I,J,K,L,M,N中的任一個字母打頭命名的變量都是整型變量。2）用類型說明語句規(guī)定變量類型。例如:INTEGERA,COUNTREALICOUNTDOUBLEPRECISIONXINGCOMPLEXDUPLOGICALJUGCHARACTER頭10FILENM分離表示變量A,COUNT為整型,ICOUNT為實型,XING為雙精度實型,DUP為復(fù)制,JUG為邏輯型,FILENM為字符型變量,其長度為10個字符。3）用隱含說明語句IMPLICIT語句,可以將程序單位中以某一字母開始的所有變量指定為所需類型。例如:IMPLICITINTEGER（A,C）,REAL（I-K）指定了以A與C字母開始的所有變量都是整型變量,以字母I至K開始的所有變量為實型變量。類型說明語句和隱含說明語句只在本程序單位中有效;它們必須放在程序單位所有可執(zhí)行語句的前面,而IMPLICIT語句又必須在所有的類型說明語句的前面。決定變量類型的三種主意中,類型說明語句的優(yōu)先級最高,I-N規(guī)矩的優(yōu)先級最低。（四）數(shù)組1.數(shù)組的定義有些互相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù),作為單個變量處理并不方便。程序設(shè)計語言通常把這種互相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)按一定的順序關(guān)系組成一個集合,該集合稱為數(shù)組;組成數(shù)組的基本單元稱為數(shù)組元素,每一個數(shù)組元素對應(yīng)一個數(shù)據(jù)。在FORTRAN中,使用數(shù)組前必須對數(shù)組舉行定義,包括對數(shù)組命名;決定數(shù)組的類型;決定數(shù)組的維數(shù)及大小;指出數(shù)組各維下標(biāo)的下限與上限。數(shù)組的命名規(guī)矩與變量的命名規(guī)矩相同。決定數(shù)組類型、維數(shù)及其大小的主意有以下兩種。（1）用類型說明語句定義數(shù)組。例如:INTEGERX（-2:30）,XYZ（1:20,0:15）定義了兩個整型數(shù)組。其中X稱為一維數(shù)組,下標(biāo)的下限與上限分離為-2與30,即這個一維數(shù)組共有30－（－2）+1=33個元素,它們分離為:X（-2）,X（-1）,X（0）,X（1）,…,X（30）;XYZ稱為二維數(shù)組,第一個下標(biāo)的下限與上限分離為1與20,第二個下標(biāo)的下限與上限分離為0與15,即這個二維數(shù)組共有（20－1+1）x（15－0+1）＝20×16=320個整型元素,它們分離為:XYZ（1,0）,XYZ（1,1）,…,XYZ（1,15）XYZ（20,0）,XYZ（20,1）,…,XYZ（20,15）字符型數(shù)組必須用類型說明語句定義。例如:CHARACTER*8OUT（10）數(shù)組OUT每個元素的長度都是8,即每個元素都可以存放8個字符。（2）用DIMENSION語句定義數(shù)組。這時,數(shù)組的類型按隱含規(guī)矩決定,或者可以用類型說明語句再次說明其類型。例如:DIMENSION[IM（-1:10）,IA（0：100,-2：0）,X（1：5）]REALIAINTEGERX其中,IM為一維整型數(shù)組,IA為2維實型數(shù)組,X為一維整型數(shù)組。當(dāng)數(shù)組的下標(biāo)下限為1時,可以省略說明下標(biāo)下限。例如,下列數(shù)組說明DIMENSIONA（100）,B（5,5）等價于DIMENSIONA（1:100）,B（1:5,1:5）目前在許多微機上使用的FORTRAN77子擴散,數(shù)組的下標(biāo)下限只允許為1,并且也只允許用省略下限的數(shù)組說明。數(shù)組說明語句必須放在所有可執(zhí)行語句與DATA語句之前。2.數(shù)組在內(nèi)存中的存儲形式在FORTRAN中,數(shù)組的各元素是按順序存儲在計算機內(nèi)存單元中的。（異常需要注重的是,2維和2維以上的多維數(shù)組中,各元素是以列為主存儲的。）例如,有一個二維數(shù)組1（1:2,1:3）,該數(shù)組可以寫成數(shù)表的形式I （1, 1） I （1, 2） I （1, 3）I （2, 1） I （2, 2） I （2, 3）各元素的值為I（1,1）＝1,1（1,2）=2,1（1,3）＝－1,I（2,1）=20,I（2,2）=40,I（2,3）＝50,在內(nèi)存中存放的順序是1（1,1）,1（2,1）,1（1,2）,I（2,2）,I（1,3）I（2,3）,倘若按內(nèi)存存放順序?qū)⑦@個數(shù)組的元素打印出來,數(shù)據(jù)的順序?qū)⑹?1，20，2，40，－1，50其他多維數(shù)組中的元素也是按同樣規(guī)矩存儲的,即先存儲第1列,再存儲第2列,以此類推,最后存儲數(shù)組中的最后一列。（五）各種運算符及其運算的優(yōu)先級1.算術(shù)運算符。FORTRAN有五個算術(shù)運算符,它們是:加法運算符+減法運算符-乘法運算符*除法運算符/乘幕運算符**這五個算術(shù)運算符的運算順序是:（1）乘幕運算符**優(yōu)先級最高;（2）乘法與除法運算符*,/優(yōu)先級次之;（3）加法與減法運算符十,一優(yōu)先級最低。對于同一優(yōu)先級的兩個運算符,按"先左后右"的原則舉行計算。2.關(guān)系運算符。FORTRAN有六個關(guān)系運算符,用于比較兩個表達式相等或不等。它們是:大于.GT.大于或等于.GE.小于.LT.小于或等于.LE.等于.EQ.不等于.NE.經(jīng)過關(guān)系運算符比較后,得到一個邏輯型的值。例如,整型變量I的值為10,J的值為12,則I.LT.J的結(jié)果為"真"（.TRUE.）,而I.EQ.J的結(jié)果為"假"（.FALSE.）。3.邏輯運算符。FORTRAN有五個邏輯運算符,它們是:邏輯與.AND.兩個邏輯型量都為"真"時,其值為"真",否則為"假",邏輯或.OR.兩個邏輯型量都為"假"時,其值為"假",否則為"真"