Fortran95/2003程序設(shè)計(jì),第七章過程,本章學(xué)習(xí)目標(biāo):學(xué)習(xí)Fortran語言中的過程如何幫助實(shí)現(xiàn)好的程序設(shè)計(jì)了解子程序與函數(shù)的不同掌握創(chuàng)建和調(diào)用子程序理解并學(xué)會(huì)使用INTENT屬性理解使用地址傳遞方案實(shí)現(xiàn)變量傳遞理解顯式結(jié)構(gòu)的形參數(shù)組、不定結(jié)構(gòu)的形參數(shù)組和不定大小的形參數(shù)組之間的區(qū)別理解為什么不再使用不定大小的數(shù)組掌握在過程之間使用模塊實(shí)現(xiàn)共享數(shù)據(jù)理解顯式接口，以及為什么在模塊內(nèi)部定義過程更好能創(chuàng)建并且調(diào)用用戶自定義函數(shù)掌握如何把Fortran過程調(diào)用參數(shù)傳遞給其他過程。,Fortran提供了一個(gè)特定機(jī)制，使得可以在構(gòu)建最終的程序前容易地獨(dú)立開發(fā)和調(diào)試子任務(wù)。可以把每個(gè)子任務(wù)作為獨(dú)立的程序單元來編碼，該獨(dú)立程序單元被稱為外部過程(externalprocedure)，每個(gè)外部過程都可以獨(dú)立于程序中的其它子任務(wù)(過程)來進(jìn)行編譯、調(diào)試。,Fortran中有兩種外部過程:子程序(subroutine)和函數(shù)子程序(functionsubprogram)(或者就叫函數(shù)，function),子程序通過在一個(gè)單獨(dú)的CALL語句中引入子程序名來進(jìn)行調(diào)用，并且可以通過調(diào)用參數(shù)來返回多個(gè)結(jié)果。函數(shù)通過在表達(dá)式中引入函數(shù)名來進(jìn)行調(diào)用，它的結(jié)果是單個(gè)數(shù)值，該值用來為表達(dá)式賦值。,在實(shí)際編程時(shí)，把一個(gè)大程序任務(wù)分解為若干個(gè)子過程，可以獲得很多好處:獨(dú)立測(cè)試組件、復(fù)用子過程，隔離無意的副作用。,7.1子程序,SUBROUTINE語句標(biāo)志著子程序的開始，定義了子程序名和相關(guān)參數(shù)表。子程序名必須遵循標(biāo)準(zhǔn)的Fortran命名規(guī)則由字母和數(shù)字組成，最大長(zhǎng)度可以到31個(gè)字符，但第一個(gè)字符必須是字母。參數(shù)表含有一系列變量和/或數(shù)組，這些變量、數(shù)組的值將從調(diào)用程序傳遞給子程序。這些變量被稱為形參(dummyagument，形式參數(shù))，子程序?qū)嶋H上沒有為它們真正分配任何內(nèi)存空間。對(duì)從調(diào)用程序單元傳遞來的實(shí)際參數(shù)(實(shí)參)來說它們僅僅是占位符。,當(dāng)程序調(diào)用子程序時(shí)，調(diào)用程序的執(zhí)行暫時(shí)被掛起，子程序執(zhí)行部分開始運(yùn)行。當(dāng)運(yùn)行到子程序的RETURN語句或ENDSUBROUTINE語句時(shí)，調(diào)用程序又開始運(yùn)行調(diào)用子程序語句下面的程序代碼。,每個(gè)子程序是一個(gè)獨(dú)立的程序單元，它開始于SUBROUTINE語句，結(jié)束于ENDSUBROUTINE語句。,任何可執(zhí)行程序單元都可以調(diào)用子程序，包括另一個(gè)子程序。(但是，子程序不能調(diào)用它自身，除非它被定義為遞歸類型(recursive)。,例7-1用直角三角形兩直角邊計(jì)算斜邊。,子程序中的RETURN語句是可選的。當(dāng)運(yùn)行到ENDSUBROUTINE語句時(shí)，程序會(huì)自動(dòng)返回到調(diào)用程序。只有需要在子程序結(jié)束之前返回到調(diào)用程序時(shí)，才需要用到RETURN語句。,例7-2數(shù)據(jù)排序,7.1.2INTENT屬性,子程序的形參可以與一個(gè)INTENT屬性聯(lián)合使用。INTENT屬性與類型聲明語句聯(lián)合使用，來聲明每個(gè)形參的類型,告訴編譯器如何使用形參。,7.1.3Fortran中的變量傳遞:地址傳遞方案,主程序和子程序之間用地址傳遞(pass-by-reference)方案來進(jìn)行通信。主程序傳遞一個(gè)指針來指向?qū)崊⒈碇懈鱾€(gè)參數(shù)的存儲(chǔ)位置，子程序查找調(diào)用程序所指向的內(nèi)存位置，獲得形參值。,參數(shù)列表中的值與子程序的調(diào)用參數(shù)在個(gè)數(shù)、類型、次序方面都必須完全匹配。如果存在不匹配，F(xiàn)ortran程序不能識(shí)別這種現(xiàn)象，會(huì)在沒有任何提示的情況下錯(cuò)用這些參數(shù)，產(chǎn)生錯(cuò)誤結(jié)果。,例7-3調(diào)用子程序形參不匹配示例,7.1.4傳遞數(shù)組給子程序,通過內(nèi)存位置指針將參數(shù)傳遞給子程序，如果參數(shù)是個(gè)數(shù)組，那么指針指向的就是數(shù)組中的第一個(gè)值。為此，子程序既需要知道數(shù)組的地址，也需要知道數(shù)組的大小。,有3種可能的方式來指明形參數(shù)組的大小:(1)把數(shù)組的大小作為形參傳遞。,(2)把子程序中的所有形參數(shù)組聲明為不定結(jié)構(gòu)的形參數(shù)組(assumed-shapedummyarray)，以創(chuàng)建一個(gè)子程序的顯式接口。(7.3節(jié)介紹),(3)用星號(hào)(*)來聲明形參數(shù)組的長(zhǎng)度，定義不定大小的形參數(shù)組(assumed-sizedummyarray)。不會(huì)進(jìn)行越界檢測(cè)。,如果數(shù)組datal和data2的長(zhǎng)度大于或等于比nvals，則正常，否則出錯(cuò)。是早期版本的一個(gè)過渡行為，不再使用。,7.1.5傳遞字符變量給子程序,例7-4子程序數(shù)組越界,7.1.6子程序中錯(cuò)誤處理,字符變量作為子程序的形參時(shí)，用*來聲明字符變量的長(zhǎng)度。因?yàn)闆]有給形參分配內(nèi)存，所以在編譯時(shí)無需知道字符參數(shù)的長(zhǎng)度。,不是最佳處理方式，因?yàn)橐坏┩Ｖ?，將丟失調(diào)用該子程序之前的數(shù)據(jù)信息。,永遠(yuǎn)不要在子程序中使用STOP語句。如果在一個(gè)子程序中可能存在錯(cuò)誤條件，那么應(yīng)該對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行檢測(cè)，并設(shè)置錯(cuò)誤標(biāo)志，返回給調(diào)用程序。,7.2用模塊共享數(shù)據(jù),模塊(module)是一個(gè)獨(dú)立編譯的程序單元，它包含了程序單元間共享的數(shù)據(jù)的定義和初始值。如果程序單元中使用了包含模塊名的USE語句，那么在那個(gè)程序單元中可以使用模塊中定義的數(shù)據(jù)。,SAVE語句使得模塊中的數(shù)據(jù)能夠被所有的引用修改保存。,USE語句必須出現(xiàn)在程序單元中的其他語句之前。,例7-5使用模塊示例。,使用use后模塊對(duì)于該子程序是可見的，但是對(duì)于調(diào)用該子程序的程序是不可見的，除非該程序也use了該模塊。,例7-6生成隨機(jī)數(shù),一個(gè)簡(jiǎn)單的隨機(jī)數(shù)生成算法：,ni是一個(gè)非負(fù)整數(shù)，上式生成一系列數(shù)據(jù)，它們?nèi)≈翟?,134455之間?，F(xiàn)設(shè)計(jì)一個(gè)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，它將輸出一個(gè)范圍為0.0,1.0的實(shí)數(shù)。,7.3模塊過程(moduleprocedures),除了數(shù)據(jù)之外，模塊還可以含有完整的子程序和函數(shù)，它們被稱為模塊過程(moduleprocedure),7.3.1使用模塊創(chuàng)建顯式接口,既然任何子程序和函數(shù)可以獨(dú)立編譯和調(diào)用，那么為什么還要費(fèi)周折放到模塊中呢？,在模塊內(nèi)編譯并通過use關(guān)聯(lián)的子程序稱為有顯式接口(explicitinterface)，該子程序在任何時(shí)候使用時(shí)，F(xiàn)ortran編譯器清楚地知道過程的每個(gè)參數(shù)的所有細(xì)節(jié)，并通過檢測(cè)接口來確保正確使用該子程序。,反之，不在模塊內(nèi)的子程序稱為隱式接口(implicitinterface)，編譯器在編譯調(diào)用該子程序時(shí)，不知道其任何信息，不對(duì)該子程序的參數(shù)個(gè)數(shù)、類型、intent等信息進(jìn)行檢查。,例7-7模塊中的子程序,7.4Fortran函數(shù)子程序,Fortran函數(shù)(function)是這樣一個(gè)過程，它的結(jié)果是單個(gè)數(shù)值、邏輯值、字符串或、數(shù)組。,函數(shù)名必須至少出現(xiàn)在賦值語句的左側(cè)一次。當(dāng)返回調(diào)用程序單元時(shí)，賦給函數(shù)名的值是函數(shù)的返回值。,必須為函數(shù)指定一個(gè)類型。如果使用IMPLICITNONE語句，那么在函數(shù)和調(diào)用程序中都應(yīng)該聲明函數(shù)類型。如果沒有使用IMPLICITNONE語句，除非它們用類型聲明語句說明，否則函數(shù)的缺省類型將會(huì)遵循Fortran語言的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則來確定。,確保在函數(shù)子程序自身和調(diào)用它的程序中聲明函數(shù)類型。,7.4.1函數(shù)的副作用,函數(shù)使用參數(shù)傳遞模式，函數(shù)獲取的是指向參數(shù)位置的指針，它可能會(huì)有意或無意地修改了其中的內(nèi)容。修改了它的參數(shù)表值的函數(shù)會(huì)產(chǎn)生副作用(sideeffect)。,函數(shù)應(yīng)該永遠(yuǎn)不修改自身的輸入值，如果需要一個(gè)過程生成多個(gè)輸出值，那么應(yīng)該把過程寫成為子程序而不是函數(shù)。為了確保函數(shù)的參數(shù)不被無意識(shí)地修改，應(yīng)該總是用INTENT(IN)屬性聲明輸入?yún)?shù)。,例7-8計(jì)算f(x)=ax2+bx+c,7.5過程作為參數(shù)傳遞給其他過程,函數(shù)和子程序都可以被當(dāng)作調(diào)用參數(shù)來傳遞。,7.5.1用戶自定義函數(shù)作為參數(shù)傳遞,Fun1,fun2是兩個(gè)用戶函數(shù),只有被聲明為外部量(extemal)時(shí)，用戶自定義函數(shù)才可以當(dāng)作調(diào)用參數(shù)傳遞。當(dāng)參數(shù)表中的某個(gè)名字被聲明為外部變量，相當(dāng)于告訴編