《Fortran语言教程》课件

Fortran语言教程本教程旨在帮助您快速掌握Fortran语言基础知识，并应用于实际编程。by课程大纲1Fortran语言概述了解Fortran语言的历史、特点和应用领域。2基本语法结构学习标识符、关键字、数据类型、变量和常量等基本概念。3输入输出语句掌握格式化输入输出语句，进行数据读写操作。4算术运算与表达式学习算术运算符和表达式的求值方法。Fortran语言概述历史悠久Fortran诞生于1950年代，是世界上最早的高级编程语言之一。应用广泛在科学计算、工程应用、数值模拟等领域有着深远的影响。Fortran语言历史沿革起源Fortran诞生于1950年代中期，由IBM公司研发，旨在解决当时大型科学计算问题。发展经历数次更新，从FortranI到Fortran2018，不断引入新特性和功能，适应时代发展。应用Fortran在科学计算、工程应用、数值分析等领域被广泛应用，是高性能计算的重要工具。特点与应用领域结构化Fortran语言以其结构化的编程风格而闻名。代码以清晰的结构组织，方便阅读、理解和维护。高效Fortran语言被设计为高效处理数值计算。它在科学计算、工程模拟、数据分析等领域广泛应用。广泛应用Fortran语言在航空航天、气象学、金融模型、材料科学、生物信息学等领域发挥着重要作用。基本语法结构标识符由字母、数字和下划线组成，第一个字符必须是字母或下划线。关键字Fortran语言中保留的具有特殊含义的词语，例如PROGRAM、INTEGER、REAL等。标识符与关键字标识符Fortran标识符用于命名变量、常量、函数和子程序等。标识符可以由字母、数字和下划线组成，且第一个字符必须是字母或下划线。关键字关键字是Fortran语言中预定义的标识符，具有特殊含义，不能用作标识符。数据类型整数类型整数类型用于存储没有小数部分的数值，例如10、-5、0。实数类型实数类型用于存储带有小数部分的数值，例如3.14、-2.5、1.0。字符类型字符类型用于存储单个字符，例如'A'、'b'、'1'。变量与常量变量变量是用来存储数据的容器，其值可以改变。常量常量是用来存储数据的容器，其值不能改变。输入输出语句Fortran语言提供了丰富的输入输出语句，使程序能够与外部环境交互，获取数据和显示结果。读入数据使用READ语句从外部设备读入数据，例如键盘、文件等。输出结果使用WRITE语句将计算结果输出到外部设备，例如屏幕、文件等。格式化输出1格式化控制使用格式控制符来指定输出数据的格式，例如宽度、精度、类型等。2输出格式可以控制输出数据的对齐方式、小数位数、科学计数法等。3输出格式示例使用WRITE语句和格式控制符实现特定格式的输出。格式化输入READ语句使用READ语句从标准输入设备（通常是键盘）读取数据。格式控制符使用格式控制符指定输入数据的格式，例如整数、实数、字符等。输入变量指定要读取数据的变量，并根据格式控制符进行数据类型转换。算术运算与表达式算术运算符Fortran支持常用的算术运算符，包括加减乘除、取余和幂运算。表达式的求值Fortran按照运算符的优先级和结合性来计算表达式的值。例如，乘除运算优先于加减运算，而同级运算符则按照从左到右的顺序进行计算。算术运算符加法用符号"+"表示减法用符号"-"表示乘法用符号"*"表示除法用符号"/"表示表达式的求值1运算符优先级算术运算符优先级由高到低：乘除模运算、加减运算2结合性同级运算符结合性由左到右3括号括号优先级最高，改变运算顺序Fortran中，表达式是根据运算符优先级和结合性进行求值的。括号可以改变运算顺序，提高程序可读性。控制结构顺序结构程序按照语句的顺序逐条执行，没有跳转或分支。分支结构根据条件判断，选择执行不同的语句块。循环结构重复执行一段代码，直到满足特定条件。顺序结构执行顺序按照代码编写的顺序，逐条执行语句。线性执行语句之间没有跳转，从第一条语句开始，依次执行到最后一条语句。分支结构IF语句根据条件判断执行不同的代码块SELECTCASE语句根据不同条件执行不同的代码块循环结构For循环For循环用于重复执行一组语句，直到满足特定条件为止。While循环While循环会重复执行一组语句，只要某个条件为真。DoWhile循环DoWhile循环类似于While循环，但它至少执行一次循环体。子程序设计函数的定义定义函数，实现特定功能。函数的调用在程序中调用函数，执行相关功能。函数的定义与调用1定义函数使用FUNCTION语句定义函数，指定函数名、参数列表和返回值类型。2调用函数在程序中使用函数名和实际参数调用函数，函数返回值可被赋值给变量。3参数传递函数的参数传递方式包括值传递和引用传递，根据需要选择合适的传递方式。参数传递机制值传递：将实参的值复制给形参，形参的改变不会影响实参的值。引用传递：将实参的地址传递给形参，形参的改变会影响实参的值。Fortran使用引用传递机制。数组处理一维数组用于存储相同类型的一组数据，例如存放学生的成绩、商品的价格等。多维数组用于存储多维数据，例如存放图像的像素矩阵、学生的成绩表等。一维数组定义一维数组是一组具有相同数据类型且使用单个变量名存储的元素序列。访问元素通过索引访问数组元素，索引从1开始，用于标识数组中每个元素的位置。多维数组定义与声明使用类型声明语句定义多维数组，并指定维度和元素类型。访问元素使用下标访问数组元素，下标从1开始，用逗号分隔。内存分配多维数组在内存中以行优先顺序存储。文件操作Fortran提供了多种文件操作功能，方便程序与外部数据进行交互。顺序读写按顺序读取或写入数据，类似于文本文件操作。随机读写可以任意访问文件中的数据，适合需要快速访问特定位置的数据。顺序读写顺序读写模式以字节为单位进行数据读写，一次读取或写入一个字节。适用于文本文件，数据按顺序写入，读取时也需按顺序进行。效率高，适用于数据量较小的文件，但无法直接访问特定位置的数据。随机读写1直接访问随机读写允许程序直接访问文件中的任意位置，无需按顺序读取或写入数据。2记录定位通过记录号或文件指针来定位文件中的特定位置，进行读写操作。3效率提升适用于需要频繁修改或更新文件内容的应用场景，例如数据库管理。字符串处理Fortran支持字符串数据类型，用于存储和操作文本数据。定义字符串变量使用CHARACTER声明字符串变量，并指定最大长度。字符串操作包括字符串连接、截取、比较、查找等操作。字符串数据类型字符Fortran中的字符数据类型用于存储字母、数字和符号，每个字符占用一个字节的存储空间。字符串字符串是由多个字符组成的序列，用于存储文本数据，可以通过字符变量或字符数组来表示字符串。字符常量字符常量用单引号括起来的单个字符，例如'A'，而字符串常量用双引号括起来的字符序列，例如"HelloWorld"。字符串运算连接使用双引号（""）将字符串连接起来。比较可以使用关系运算符（<,>,=,<=,>=,/=）比较字符串。查找可以使用函数INDEX查找字符串中某个字符或子串的起始位置。模块化编程将大型程序分解成独立的模块，提高代码可重用性、可维护性和可读性。模块的定义与使用使用MODULE语句定义模块，包含数据和过程。使用USE语句导入模块，访问模块中的内容。模块中的数据共享模块可以声明公共数据，供其他模块访问。模块内的数据和过程之间可以相互调用。模块的定义与使用模块是组织相关代码和数据的单元，提高代码复用性和可维护性。模块可以定义变量、函数和子程序，并在程序中通过USE语句使用。模块可以控制数据可见性，保护内部数据不被外部访问。模块中的数据共享公用数据模块中的数据可以被模块内所有子程序访问，提高代码的可重用性和效率。数据封装模块可以保护其内部数据，避免外部程序的意外修改。数据隐藏通过使用PRIVATE和PUBLIC关键字控制数据可见性，实现数据隐藏和安全访问。编程风格与调试良好的编程风格有助于提高代码的可读性、可维护性和可重用性。调试是程序开发过程中必不可少的环节，通过调试可以定位并解决程序中的错误。编程规范使用一致的命名规则、缩进、注释等规范，使代码结构清晰、易于理解。调试技巧使用调试器、打印语句、断点等工具，逐步排查程序错误，找到问题的根源。编程规范清晰易懂使用有意义的变量名、函数名和注释，使代码易于阅读和理解。一致性遵循一致的代码风格，包括缩进、命名约定和注释风格。错误处理编写健壮的代码，包括错误处理、异常处理和安全措施。调试技巧1代码阅读仔细阅读代码，识别可能存在错误的语句或逻辑。2断点调试使用调试器设置断点，逐步执行代码，观察变量的值和程序的执行流程。3输出信息在关键位置添加输出语句，打印变量的值或程序执行过程信息，帮助定位错误。综合案例分析通过实际应用案例，加深对Fortran语言的理解，并学习如何将理论知识应用到实际问题中。数值计算应用科学计算Fortran广泛应用于科学计算领域，例如物理学、化学、工程学等，用于解决复杂的数学问题。数据分析Fortran可用于处理大型数据集，进行统计分析、数据建模等，为科学研究提供支持。数值模拟利用Fortran进行数值模拟，可以模拟物理现象、化学反应、工程系统等，帮助理解和预测复杂系统行为。工程应用案例结构分析Fortran在桥梁、建筑等结构分析中广泛应用，例如有限元分析。电子设计Fortran可用于电路仿真、信号处理等电子工程设计领域。汽车行业Fortran在汽车设计、动力学模拟等方面发挥重要作用。课程总结回顾本课程学习内容，掌握Fortran语言的基础知识。理解Fortran语言的应用场景，并能够运用其进行简单编程实践。学习要点回顾基本语法结构标识符、关键字、数据类型、变量、常量、表达式、运算符等