一級(jí)基礎(chǔ)科目（一）輔導(dǎo)---函數(shù)與子程序

　　七、函數(shù)與子程序(過程)

　　(一)內(nèi)部函數(shù)

　　內(nèi)部函數(shù)是預(yù)先編制的一些常用函數(shù)或算法的過程，由FORTRAN語言提供，可以直接調(diào)用。內(nèi)部函數(shù)調(diào)用時(shí)的一般形式是：

　　內(nèi)部函數(shù)名(實(shí)元表)

　　實(shí)元表中元素的數(shù)據(jù)類型、個(gè)數(shù)是預(yù)先規(guī)定的。

　　常用內(nèi)部函數(shù)及其功能可查閱FORTRAN教材或用戶手冊(cè)。

　　(二)語句函數(shù)

　　1.語句函數(shù)的定義

　　定義語句函數(shù)的語句稱為語句函數(shù)語句。其一般形式為：

　　函數(shù)名(形參表)=表達(dá)式。

　　其中，函數(shù)名的命名規(guī)則與一般變量名相同，所以它也可以用類型說明語句等來說明。形參又稱啞元，是一些變量名，一般應(yīng)出現(xiàn)在表達(dá)式中。

　　語句函數(shù)在程序單位中的位置，應(yīng)在所有可執(zhí)行語句之前。

　　2.語句函數(shù)的調(diào)用

　　調(diào)用語句函數(shù)的結(jié)果是得到一個(gè)函數(shù)值，因此，調(diào)用語句函數(shù)時(shí)代之以實(shí)際變量(又 稱實(shí)元)。

　　(三)函數(shù)子程序

　　一個(gè)函數(shù)子程序是一個(gè)獨(dú)立的FORTRAN程序單位。它的第一個(gè)語句必須是FUNCTION語句，最后一個(gè)語句必須是END語句。即函數(shù)子程序的一般結(jié)構(gòu)為：

　　[類型說明]FUNCTION函數(shù)名(形參表)

　　語句塊

　　[RETURN]

　　END

　　也可以寫為：FUNCTION函數(shù)名(形參表)

　　[類型說明 函數(shù)名]

　　語句塊

　　[RETURN]

　　END

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　　其中函數(shù)名的命名規(guī)則與變量相同，而函數(shù)名的類型決定了函數(shù)值的類型。在函數(shù)子程序中，形參可以是變量名、數(shù)組名、外部過程名，而形參的命名與類型說明也與變量相同，形參數(shù)組也必須在函數(shù)子程序中予以定義.

　　函數(shù)子程序的函數(shù)值由函數(shù)名帶回到調(diào)用該函數(shù)子程序的程序，因此，在函數(shù)子程序中必須對(duì)函數(shù)名賦值。在函數(shù)子程序中，函數(shù)名應(yīng)該像普通變量那樣來使用。

　　在函數(shù)子程序中，所有的名字、語句標(biāo)號(hào)都可以和其他程序單位中的相同而彼此沒有任何關(guān)系。

　　在函數(shù)子程序中，END語句的功能有兩個(gè)：一是表示該程序單位的結(jié)束，二是具有返回語句RETURN的功能。函數(shù)子程序中必須有并且只有一個(gè)END語句，而且只能是子程序的最后一個(gè)語句。當(dāng)在子程序的其他位置須要返回時(shí)，可以使用RETURN

　　語句。

　　(四)子程序

　　1.子程序的結(jié)構(gòu)

　　一個(gè)子程序是一個(gè)獨(dú)立的FORTRAN程序單位。子程序的第一個(gè)語句必須是SUBROUTINE語句，最后一個(gè)語句必須是END語句。

　　即子程序的一般結(jié)構(gòu)為：

　　SUBROUTINE子程序名(形參表)

　　語句塊

　　[RETURN]

　　END

　　SUBROUTINE語句中的形參表可以省略。這時(shí)子程序名后的括弧不要保留。對(duì)子程序的其他有關(guān)規(guī)定與函數(shù)子程序相同。

　　2.子程序的調(diào)用

　　子程序調(diào)用通過CALL語句實(shí)現(xiàn)。其形式為：

　　CALL子程序名(實(shí)參)

　　其他有關(guān)對(duì)子程序的調(diào)用規(guī)定與函數(shù)子程序相同。

　　八、程序單位間的數(shù)據(jù)傳遞

　　(一)虛實(shí)結(jié)合

　　虛實(shí)結(jié)合又稱啞實(shí)結(jié)合，是各程序單位(主程序和各種過程如函數(shù)子程序)之間傳遞數(shù)據(jù)的一種重要途徑。

　　1.變量的虛實(shí)結(jié)合

　　當(dāng)子程序等過程的形參為變量時(shí)，則在調(diào)用時(shí)所對(duì)應(yīng)的實(shí)參可以是類型相同的常數(shù)、變量、數(shù)組元素或表達(dá)式;子程序調(diào)用后，其運(yùn)行的結(jié)果通過這些實(shí)參返回到調(diào)用者。在FORTRAN 77中，當(dāng)形參變量所對(duì)應(yīng)的實(shí)參是變量或數(shù)組元素時(shí)，則它們之間的結(jié)合方式是地址結(jié)合;而當(dāng)形參變量所對(duì)應(yīng)的實(shí)參是常數(shù)或表達(dá)式時(shí)，其結(jié)合方法對(duì)于不同的

　　FORTRAN系統(tǒng)有可能是不同的。

　　2.數(shù)組的虛實(shí)結(jié)合

　　當(dāng)子程序中的形參為數(shù)組名時(shí)，則在調(diào)用時(shí)所對(duì)應(yīng)的實(shí)參必須是數(shù)組名或數(shù)組元素。如果實(shí)參是數(shù)組名，則實(shí)參數(shù)組與形參數(shù)組按地址結(jié)合，實(shí)參數(shù)組與形參數(shù)組都從第一個(gè)元素開始按列逐個(gè)對(duì)應(yīng)。例如，有主程序與子程序如下：

　　PROGRAMMAIN

　　INTEGERA(0：5)

　　…

　　CALLSB(A)

　　END

　　SUBROUTINESB(B)

　　INTEGERB(-1：2)

　　…

　　END

　　則在主程序中使用CALL語句調(diào)用子程序SB時(shí)，實(shí)參數(shù)組與形參數(shù)組的結(jié)合情況如下：

　　實(shí)參數(shù)組 形參數(shù)組 ，

　　A(0)――B(-1)

　　A(1)――B(0)

　　A(2)――B(1)

　　A(3)――B(2)

　　A(4)

　　A(5)

　　也即調(diào)用SB時(shí)，A數(shù)組的頭4個(gè)元素與B數(shù)組的元素對(duì)應(yīng)，這些對(duì)應(yīng)元素實(shí)際上為同一存儲(chǔ)地址。如果實(shí)參是數(shù)組元素，則從該元素開始依次與形參數(shù)組的第一個(gè)元素起按列逐個(gè)對(duì)應(yīng)，它們也是按地址結(jié)合。例如，有主程序與子程序如下：

　　PROGRAMMAIN

　　DIMENTION A(8)

　　… ，

　　CALLSB(A(5))

　　END

　　SUBROUTINE SB(B)

　　DIMENSION B(3)

　　… ,

　　END

　　則在調(diào)用語句執(zhí)行時(shí)，實(shí)參數(shù)組A與形參數(shù)組B的結(jié)合情況如下：

　　實(shí)參數(shù)組 形參數(shù)組

　　A(1)

　　A(2)

　　A(3)

　　A(4)

　　A(5)――B(1)

　　A(6)――B(2)

　　A(7)――B(3)

　　A(8)

　　FORTRAN77規(guī)定，不管實(shí)參是數(shù)組名還是數(shù)組元素，用作實(shí)參的數(shù)組，其維數(shù)、各維下標(biāo)的上下限及數(shù)組中元素個(gè)數(shù)可以和與之結(jié)合的形參數(shù)組不同，但要求從與形參數(shù)組的第一個(gè)元素結(jié)合的實(shí)參數(shù)組元素算起，以后的實(shí)參數(shù)組元素的個(gè)數(shù)不能少于形參數(shù)組元素的個(gè)數(shù)。

　　多維數(shù)組或數(shù)組元素虛實(shí)結(jié)合時(shí)，要特別注意FORTRAN中數(shù)組按列存放的規(guī)定，不要摘錯(cuò)存儲(chǔ)地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系。例如：

　　PROGRAMMAIN

　　DIMENSIONA(3，2)

　　…

　　CALL SB(A)

　　END

　　SUBROUTINE SB(B)

　　DIMENSION B(2,3)

　　… ,

　　END

　　這種情況下，數(shù)組元素地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系是：

　　實(shí)參數(shù)組 形參數(shù)組

　　A(1，1)――B(1，1)

　　A(2，1)――B(2，1)

　　A(3，1)――B(1，2)

　　A(1，2)――B(2，2)

　　A(2，2)――B(1，3)

　　A(3，2)――B(2，3)

　　3.可調(diào)數(shù)組

　　在主程序中定義數(shù)組元素時(shí)，?定義說明符中各維下標(biāo)的上下限必須為整常數(shù)，不能是變量或算術(shù)表達(dá)式。但在子程序中定義數(shù)組時(shí)，允許用變量來定義各維下標(biāo)的上下限。子程序中用變量來定義各維下標(biāo)上下限的數(shù)組稱為可調(diào)數(shù)組。但使用可調(diào)數(shù)組必須遵循以下幾個(gè)原則。

　　(1)可調(diào)數(shù)組名必須是形參數(shù)組名。

　　(2)說明可調(diào)數(shù)組各維下標(biāo)上下限的表達(dá)式中只能出現(xiàn)整型變量，且這種變量必須是 形參或出現(xiàn)在COMMON語句中。但在某些FORTRAN 77子集中，定義可調(diào)數(shù)組各維下標(biāo)上下限時(shí)只能是整型變量，而不能是任何算術(shù)表達(dá)式。

　　(3)可調(diào)數(shù)組的大小不得超過對(duì)應(yīng)實(shí)參數(shù)組的大小。

　　4.字符型變量的虛實(shí)結(jié)合

　　(1)當(dāng)子程序中的形參為字符型變量時(shí)，對(duì)應(yīng)的實(shí)參必須是字符型變量、字符常數(shù)、

　　字符型數(shù)組元素或字符表達(dá)式。字符型實(shí)參必須用CHARACTER語句加以說明。

　　(2)如果字符型形參的長度小于對(duì)應(yīng)的實(shí)參長度，則從實(shí)參中最左邊的字符開始與形

　　參結(jié)合，而實(shí)參中右邊多余的字符被截去。例如：

　　CHARACTERA* 5

　　A=’ABCDE’

　　CALL SB(A)

　　END

　　SUBROUTINESB(X)

　　CHARACTER X*3

　　WRITE(*，*)X

　　END

　　程序執(zhí)行后的輸出結(jié)果為：ABC。

　　(3)在FORTRAN77中，對(duì)字符型形參的長度還可以用“*”號(hào)來說明，此時(shí)，形參字符變量自動(dòng)與對(duì)應(yīng)的實(shí)參取相同的長度。例如在上面的子程序SB中，如果將CHARACTER X*3改變?yōu)镃HARACTER X*(*)，則執(zhí)行后，輸出的結(jié)果為：ABCDE。

　　(4)當(dāng)子程序中形參為字符型數(shù)組時(shí)，如果形參字符型數(shù)組元素的長度與對(duì)應(yīng)實(shí)參字符型數(shù)組元素長度一致，則其虛實(shí)結(jié)合的情況與一般的數(shù)組虛實(shí)結(jié)合的情況相同。如果形參與實(shí)參的字符型數(shù)組元素長度不同，則按字符依次對(duì)應(yīng)。例如，有主程序與子程序如下：

　　CHARACTFER A(5)* 3

　　DATA A/’ABC’，’DEF’,’GHI’，’JKL’，’MNO’/

　　CALL SB(A)

　　END

　　SUBROUTINE SB(D)

　　CHARACTERD(4)*2

　　…

　　END

　　則形參數(shù)組D中元素的值為：

　　D(1)：’AB’

　　D(2)：’CD’

　　D(3)：’EF’

　　D(4)：’GH’

　　(5)過程名的虛實(shí)結(jié)合

　　FORTRAN允許子程序中的形參為過程名，此時(shí)，調(diào)用程序中的實(shí)參必須是過程名。

　　如果實(shí)參是外部過程名(如函數(shù)子程序名、子程序名)，則該外部過程名在調(diào)用程序中必須用EXTERNAL語句說明。

　　如果實(shí)參是內(nèi)部過程名(如內(nèi)部函數(shù)名)，則該內(nèi)部過程名在調(diào)用中必須用INTRINSIC語句說明。

　　(二)公用區(qū)語句

　　1.公用區(qū)語句的一般形式 -

　　COMMON[/公共區(qū)名1/]變量表1，[/公共區(qū)名2/變量表2]…

　　沒有公用區(qū)名的就稱為無名公用區(qū)，其他都是有名公用區(qū);一個(gè)完整的程序只能設(shè)置一個(gè)無名公用區(qū)，但可以有多個(gè)有名公用區(qū);變量表中，可以是變量名、數(shù)組名、數(shù)組說明符，互相之間用逗號(hào)隔開。例如：

　　COMMON a，b(3)，c(2)

　　定義了b是3個(gè)元素的一維數(shù)組，c是2個(gè)元素的一維數(shù)組。這條語句與下面兩句語句是等價(jià)的：

　　DIMENSION b(3)，c(2)

　　COMMON a，b，c

　　2.利用公用區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞時(shí)，在無名公用區(qū)或同名的有名公用區(qū)中，位置排列相同的變量、數(shù)組，實(shí)際上使用同一存儲(chǔ)地址，亦即共享同一數(shù)據(jù)。例如：

　　PROGRAMMAIN

　　COMMON a，I(2)/COM l/d，c

　　…

　　CALL SB

　　…

　　END

　　SUBROUTINE SB

　　COMMON aa，JK(2)/COM l/f，g

　　END

　　其中，主程序中的變量a的數(shù)據(jù)與子程序的變量aa共享，數(shù)組1的數(shù)據(jù)與JK共享，而d，c的數(shù)據(jù)分別與f，g共享。由此可以知道，各個(gè)程序單位中COMMON語句中的變量類型必須按位置一一對(duì)應(yīng)一致才能正確傳遞數(shù)據(jù)。