《Fortran數(shù)據(jù)類型》課件

《Fortran數(shù)據(jù)類型》by課程介紹本課程將深入講解Fortran語言中的數(shù)據(jù)類型，幫助你理解數(shù)據(jù)類型在程序中的作用和重要性。我們將從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型開始，逐步介紹復(fù)合數(shù)據(jù)類型，并重點(diǎn)講解數(shù)組和結(jié)構(gòu)體的使用。通過本課程，你將能夠編寫更高效、更可靠的Fortran程序。為什么學(xué)習(xí)Fortran數(shù)據(jù)類型數(shù)值計(jì)算的利器Fortran以其在數(shù)值計(jì)算方面的強(qiáng)大功能而聞名，它是科學(xué)計(jì)算、工程模擬和數(shù)據(jù)分析的理想選擇。豐富的庫和工具Fortran擁有廣泛的庫和工具，可簡化復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)，提高開發(fā)效率。廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域從天氣預(yù)報(bào)到藥物研發(fā)，F(xiàn)ortran在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，掌握它意味著打開了更多可能性。Fortran數(shù)據(jù)類型概述Fortran語言提供了豐富的內(nèi)置數(shù)據(jù)類型，用于表示不同類型的數(shù)值、字符和邏輯值。這些數(shù)據(jù)類型是Fortran程序的基礎(chǔ)，它們決定了變量存儲(chǔ)的大小、范圍和操作方式。整型數(shù)據(jù)類型存儲(chǔ)整數(shù)整型數(shù)據(jù)類型用于存儲(chǔ)沒有小數(shù)部分的數(shù)字。例如，1,2,3,-5,-10。二進(jìn)制表示在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，整數(shù)以二進(jìn)制形式存儲(chǔ)，每個(gè)位代表一個(gè)0或1。Fortran中的整型在Fortran中，使用INTEGER關(guān)鍵字來聲明整型變量。例如，INTEGERi,j,k。實(shí)型數(shù)據(jù)類型1單精度使用REAL關(guān)鍵字表示，占用4個(gè)字節(jié)，精度較低。2雙精度使用DOUBLEPRECISION關(guān)鍵字表示，占用8個(gè)字節(jié)，精度較高。3擴(kuò)展精度使用REAL*16關(guān)鍵字表示，占用16個(gè)字節(jié)，精度最高。復(fù)合數(shù)據(jù)類型結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)體是將不同類型的數(shù)據(jù)組合在一起的自定義數(shù)據(jù)類型。聯(lián)合體聯(lián)合體允許在同一內(nèi)存位置存儲(chǔ)不同類型的數(shù)據(jù)，但每次只能存儲(chǔ)其中一個(gè)類型。數(shù)組數(shù)組用于存儲(chǔ)相同類型數(shù)據(jù)的集合，方便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行批量操作。字符型數(shù)據(jù)類型1字符型數(shù)據(jù)類型概述字符型數(shù)據(jù)類型用于存儲(chǔ)單個(gè)字符，例如字母、數(shù)字和符號(hào)。2聲明字符變量使用CHARACTER關(guān)鍵字聲明字符變量，并指定變量的長度。3字符常量字符常量用單引號(hào)括起來，例如'A'或'1'。邏輯型數(shù)據(jù)類型表示真或假邏輯型數(shù)據(jù)類型用來表示邏輯值，通常用.TRUE.表示真，.FALSE.表示假。占用字節(jié)在大多數(shù)Fortran系統(tǒng)中，邏輯型變量占用一個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)空間。條件判斷邏輯型數(shù)據(jù)類型在條件語句和循環(huán)語句中起著至關(guān)重要的作用，用于判斷程序執(zhí)行流程。整型和實(shí)型的轉(zhuǎn)換1隱式轉(zhuǎn)換Fortran會(huì)在某些情況下自動(dòng)進(jìn)行整型和實(shí)型的轉(zhuǎn)換，例如在混合類型運(yùn)算時(shí)。2顯式轉(zhuǎn)換可以使用INT和REAL函數(shù)進(jìn)行顯式類型轉(zhuǎn)換。3轉(zhuǎn)換規(guī)則在轉(zhuǎn)換過程中可能會(huì)發(fā)生精度損失，需要注意結(jié)果的準(zhǔn)確性。字符型數(shù)據(jù)的輸入輸出1格式化輸出使用FORMAT語句控制輸出格式2字符輸入使用READ語句讀取字符數(shù)據(jù)3字符輸出使用WRITE語句輸出字符數(shù)據(jù)復(fù)合數(shù)據(jù)類型的聲明結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)體是一種用戶自定義的數(shù)據(jù)類型，它可以包含不同類型的數(shù)據(jù)成員。聯(lián)合體聯(lián)合體是一種數(shù)據(jù)類型，它允許多個(gè)成員共享相同的內(nèi)存空間。數(shù)組數(shù)組是一種數(shù)據(jù)類型，它可以存儲(chǔ)相同類型的數(shù)據(jù)元素的集合。結(jié)構(gòu)體的使用1定義結(jié)構(gòu)體使用TYPE語句定義結(jié)構(gòu)體類型，并指定結(jié)構(gòu)體成員的名稱和數(shù)據(jù)類型。2聲明結(jié)構(gòu)體變量使用結(jié)構(gòu)體類型聲明結(jié)構(gòu)體變量，并為其分配內(nèi)存空間。3訪問結(jié)構(gòu)體成員使用結(jié)構(gòu)體變量名和成員名，通過點(diǎn)運(yùn)算符(.)訪問結(jié)構(gòu)體成員。聯(lián)合體的使用1內(nèi)存共享不同成員共享同一內(nèi)存空間2靈活存儲(chǔ)根據(jù)需要存儲(chǔ)不同類型數(shù)據(jù)3節(jié)省空間減少內(nèi)存占用數(shù)組的聲明和使用聲明使用DIMENSION語句或在變量聲明語句中指定數(shù)組大小來聲明數(shù)組。例如，DIMENSIONA(10)聲明一個(gè)名為A的包含10個(gè)元素的數(shù)組。索引Fortran數(shù)組索引從1開始，而不是從0開始。這意味著第一個(gè)元素的索引為1，最后一個(gè)元素的索引為數(shù)組大小。訪問可以使用數(shù)組名和索引來訪問數(shù)組元素。例如，A(3)訪問A數(shù)組的第三個(gè)元素。循環(huán)可以使用DO循環(huán)遍歷數(shù)組。例如，DOI=1,10可以遍歷A數(shù)組中的所有元素。數(shù)組的初始化1直接賦值使用列表或表達(dá)式直接為數(shù)組元素賦值2數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換將其他類型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)組元素3默認(rèn)值使用默認(rèn)值初始化數(shù)組元素Fortran提供多種方法初始化數(shù)組，例如直接賦值、數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換、使用默認(rèn)值等。您可以根據(jù)需要選擇最適合的方法初始化數(shù)組。內(nèi)存對(duì)齊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)內(nèi)存對(duì)齊有很大影響，例如數(shù)組的存儲(chǔ)方式。性能優(yōu)化合理的對(duì)齊可以提高數(shù)據(jù)訪問速度，改善程序性能。內(nèi)存效率減少內(nèi)存浪費(fèi)，提高內(nèi)存利用率。類型兼容性隱式類型轉(zhuǎn)換Fortran支持在某些情況下進(jìn)行隱式類型轉(zhuǎn)換，例如將整型值賦給實(shí)型變量。顯式類型轉(zhuǎn)換為了確保代碼的準(zhǔn)確性和可讀性，建議使用顯式類型轉(zhuǎn)換函數(shù)，例如INT()和REAL()。類型檢查Fortran編譯器會(huì)在編譯時(shí)進(jìn)行類型檢查，以確保賦值和運(yùn)算符操作的類型兼容性。變量的作用域局部變量在函數(shù)內(nèi)部定義的變量稱為局部變量。局部變量只在定義它的函數(shù)中可見。全局變量在函數(shù)外部定義的變量稱為全局變量。全局變量在整個(gè)程序中可見。變量的生命周期靜態(tài)變量靜態(tài)變量在程序運(yùn)行期間一直存在，直到程序結(jié)束才釋放。自動(dòng)變量自動(dòng)變量只在函數(shù)執(zhí)行期間存在，函數(shù)結(jié)束后自動(dòng)釋放。動(dòng)態(tài)變量動(dòng)態(tài)變量在程序運(yùn)行期間根據(jù)需要分配和釋放，通常通過指針實(shí)現(xiàn)。變量的存儲(chǔ)類型自動(dòng)變量在程序執(zhí)行時(shí)自動(dòng)分配內(nèi)存，函數(shù)結(jié)束后自動(dòng)釋放內(nèi)存。靜態(tài)變量在程序開始時(shí)分配內(nèi)存，程序結(jié)束時(shí)釋放內(nèi)存，在函數(shù)調(diào)用之間保持值不變。外部變量在程序的全局區(qū)域聲明，所有程序模塊都可以訪問。常量的聲明1聲明常量使用PARAMETER語句聲明常量，指定常量名和常量值。2常量值常量值可以是數(shù)字、字符或表達(dá)式，但必須在編譯時(shí)確定。3作用域常量的作用域與變量類似，可以在程序的任何地方使用。數(shù)據(jù)類型的隱式轉(zhuǎn)換1自動(dòng)轉(zhuǎn)換Fortran允許在某些情況下自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換，例如將整數(shù)賦給實(shí)數(shù)變量時(shí)，會(huì)自動(dòng)將整數(shù)轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)。2類型提升在混合類型運(yùn)算中，F(xiàn)ortran會(huì)將較低類型提升為較高類型，以確保運(yùn)算的精度。3精度損失隱式轉(zhuǎn)換可能會(huì)導(dǎo)致精度損失，尤其是在將實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換為整數(shù)時(shí)。數(shù)據(jù)類型的顯式轉(zhuǎn)換強(qiáng)制轉(zhuǎn)換使用類型轉(zhuǎn)換函數(shù)將一種數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換為另一種數(shù)據(jù)類型。例如，使用`REAL(INT(x))`將整數(shù)`x`轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)。類型轉(zhuǎn)換運(yùn)算符使用類型轉(zhuǎn)換運(yùn)算符將一種數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換為另一種數(shù)據(jù)類型。例如，使用`REAL(x)`將整數(shù)`x`轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)。內(nèi)置函數(shù)使用Fortran內(nèi)置函數(shù)將一種數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換為另一種數(shù)據(jù)類型。例如，使用`INT(x)`將實(shí)數(shù)`x`轉(zhuǎn)換為整數(shù)。類型檢查靜態(tài)檢查編譯器在編譯階段進(jìn)行類型檢查，確保代碼符合語法規(guī)則和數(shù)據(jù)類型約束。動(dòng)態(tài)檢查運(yùn)行時(shí)進(jìn)行類型檢查，在程序執(zhí)行過程中檢查數(shù)據(jù)類型是否匹配。存儲(chǔ)映射Fortran變量在內(nèi)存中的布局和分配方式。每個(gè)變量都有一個(gè)唯一的內(nèi)存地址，用于訪問。每個(gè)數(shù)據(jù)類型在內(nèi)存中占用特定大小的空間。數(shù)據(jù)類型的繼承性1派生類型Fortran支持派生類型，允許用戶創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)類型基于已有類型。2繼承特性派生類型可以繼承基類型的屬性，如大小、對(duì)齊方式和操作符。3擴(kuò)展功能派生類型可以添加新的成員和方法，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作。數(shù)據(jù)類型的多態(tài)性多態(tài)性概述在Fortran中，數(shù)據(jù)類型的多態(tài)性允許同一程序代碼對(duì)不同數(shù)據(jù)類型進(jìn)行操作，而無需進(jìn)行顯式類型轉(zhuǎn)換。類型推斷編譯器可以自動(dòng)推斷變量的類型，根據(jù)變量的使用方式進(jìn)行類型檢查和轉(zhuǎn)換。泛型編程利用多態(tài)性，可以編寫通用的代碼，適用于多種數(shù)據(jù)類型，提高代碼的可重用性。數(shù)據(jù)類型的演化Fortran