第5章 种别和属性

第5章种别和属性•在前面的章节中，谈到过数值型常量的存储空间问题。不同精度的数值所需的存储空间是不同的，相应的变量也应该与常量的存储空间一致。如果变量的存储空间不够，则会造成常量在存储时的精度丢失。在Fortran中，可以通过种别参数来指定变量的储存空间，从而达到优化使用存储空间、防止精度丢失的目的。本节主要介绍种别和属性的基本概念。5.1种别概述•种别是一个全新的程序设计概念。通过它，程序员可以更灵活的控制程序所占用的存储空间。本节将对种别的一些基本概念进行介绍。5.1.1种别的概念•种别是Fortran90/95标准中才开始引入的一种表示数据大小和精度的概念。引入种别的概念后，Fortran中的数据，不仅仅有一个类型所属，并且同一类型下还可进一步分出若干个种别。种别数值的大小确定了该类型数据实际的大小范围和存储精度。这就好比动物学中的分类，在猫科动物这一大的类型之下，还有老虎、猎豹、家猫等的进一步划分，它们的个头会有很大差异。•有了种别说明之后，计算机程序会更容易在不同硬件和软件平台间进行移植。由于目前的计算机系统并不统一，多种体系平台的现象依然客观存在。在不同的平台上，同种类型的变量可能规定了不同的精度范围。因此，在某种计算机上正确运行的程序在另一种计算机上运行时就有可能出现溢出等现象。有了数据的种别属性之后，就可以有效避免这种情况的发生。5.1.2种别的使用•在变量声明中，种别由种别说明符进行说明。带种别说明符的类型说明语句的基本语法形式如下：•类型说明([KIND=]种别值)[::]变量名列表•种别说明符写在类型说明语句后的括号内，由关键字KIND，赋值号“=”以及种别值组成。其中，关键字KIND和赋值号“=”可以省略。例如程序中要说明一个实型变量A，种别值为4；一个字符型变量C，种别值为10；一个整型变量K，种别值为8。那么可以用下面的代码来进行声明：•REAL(KIND=4)::A•CHARACTER(KIND=10)::C•INTEGER(KIND=8)::K5.2种别值和种别函数•前面已经提到过了，由于Fortran国际标准中只是提出了数据的种别概念和定义，但并没有规定统一的种别分类和相关的数值定义。这一现象是由于当前计算机体系并不统一的现实造成的。因此，具体的种别值是由各个编译器厂商自行确定的。本节主要介绍CompaqVisualFortran编译系统中提供的几类种别值。5.2.1整型数据的种别•整型数据在CompaqVisualFortran中被划分为4种种别，种别值即表示整型数据所占内存空间的字节数n。表所示是CompaqVisualFortran中定义的几种整型数据种别。整型数据的种别种别值n取值范围(-28n-1—28n-1-1)备注INTEGER([KIND=]1)或INTEGER*1-128到127INTEGER([KIND=]2)或INTEGER*2-32768到32767INTEGER([KIND=]4)或INTEGER*4-2147483648到2147483647缺省值INTEGER([KIND=]8)或INTEGER*8-9223372036854775808到9223372036854775807仅适用于Alpha芯片机型5.2.2实型数据的种别•实型数据在CompaqVisualFortran中被划分为3种种别。在Fortran90/95标准中并没有明确规定实型数据中指数的允许范围和有效位数，表中的数据仅适用于CompaqVisualFortran。实型数据的种别种别值取值范围备注REAL([KIND=]4)或REAL*410-38到1038，7位有效数字缺省值REAL([KIND=]8)或REAL*810-308到10308，15位有效数字等价于双精度型DOUBLEPRECISIONREAL([KIND=]16)或REAL*16仅用于OpenVMS、Tru64UNIX、Linux操作系统5.2.3复型数据的种别•复型数据在CompaqVisualFortran中被划分为3种种别，如表所示。每种表示实型数据的方法都可以用来表示复型数据的实部和虚部，数据的取值范围可以参考前一小节。需要注意的是简写写法与完整写法之间的差别。复型数据的种别种别值备注COMPLEX([KIND=]4)或COMPLEX*8缺省值COMPLEX([KIND=]8)或COMPLEX*16等价于双精度复型DOUBLECOMPLEXCOMPLEX([KIND=]16)或COMPLEX*32仅用于OpenVMS、Tru64UNIX、Linux操作系统5.2.4逻辑型数据的种别•逻辑型数据在CompaqVisualFortran中被划分为4种种别，如表所示。由于逻辑型数据只有两种，即TRUE（真）和FALSE（假），因此不管具体是何种种别，使用上并无太大区别。笔者的习惯是，使用逻辑型数据时采用其默认的种别值即可，如果想进一步节省内存，还可以使用种别值为1的逻辑型数据。逻辑型数据的种别种别值备注LOGICAL([KIND=]1)orLOGICAL*1LOGICAL([KIND=]2)orLOGICAL*2LOGICAL([KIND=]4)orLOGICAL*4缺省值LOGICAL([KIND=]8)orLOGICAL*8仅用于Alpha芯片机型5.2.5字符型数据的种别•字符型数据在CompaqVisualFortran中只有1种种别，种别值的大小为1。除了上述5种基本数据类型外，CompaqVisualFortran中还提供了一种字节型数据BYTE。该类型的数据只占用一个字节的存储空间，等价于INTEGER([KIND=]1)。5.2.6种别函数•尽管没有统一的标准来规定种别的具体分类和数值，但是Fortran90/95中提供了用于查询和选择种别值的内部函数。下面分别介绍这些函数和它们的用途。•1．KIND函数:KIND函数用于查询变量所属的种别，函数的原型为：C=KIND(X)。•2．SELECTED_REAL_KIND函数:SELECTED_REAL_KIND函数返回与实型变量的取值范围和存储精度相一致的种别参数，函数的原型为：C=SELECTED_REAL_KIND([p][,r])。•3．SELECTED_INT_KIND函数:SELECTED_INT_KIND函数返回与整型变量的取值范围相一致的种别参数，函数的原型为：C=SELECTED_INT_KIND([m])。其中，整型参数m用来指出所需要的取值范围在-10m到10m之间。5.3常数种别和进制•变量的种别可以在变量声明的过程中通过类型说明语句进行说明，那么常数是否也有种别之分呢？答案是肯定的。既然变量有种别之分，那么用于给变量赋值的常数自然也有种别之分。种别值较小（也就是取值范围较小、数据精度较低）的常数在赋值给种别值较高的变量时，不会有什么问题；但是反过来将种别值较高的常数赋值给种别值较低的变量时就会出现问题，如丢失数据精度等。•本节主要介绍如何对程序中出现的常数进行种别的表明。5.3.1非字符型常数的种别说明•对于数值型或逻辑型常数这类非字符型常数来说，可以使用后辍法来表示数据所属的种别。后缀法在常数数值后面加上一道下划线“_”，然后再跟上具体的种别值。•对于实型常数，如果数据指数部分的字母是D时，禁止使用种别值进行说明。因为字母D表示该数据已经是实型数据的最高种别，种别值为8，即双精度实数。•对于复型常数，如果数据的实部和虚部都是用整数的形式来表示的，那么它的精度和范围都会被默认为与缺省的实型常数相同；如果实部和虚部都是用实数的形式来表示，那么它的精度和范围会视具体的情况来确定：如果实部和虚部具有相同的种别说明，则复数的种别就是该种别；如果实部和虚部具有不同的种别说明，则复数的种别由较大的种别值确定。5.3.2字符型常数的种别说明•如果是字符型常数，则应改用前辍法来说明数据的种别。嵌缀法将种别值写在字符型常数的前面，其间通过下划线“_”把数据部分和种别值连接起来。例如下面的例子：•1_’αβγ’•2_’计算方法’•字符串中使用了希腊字母和汉字，是假定所使用的计算机系统支持希腊字母与汉字，并且规定这两个字符串的种别参数分别是1和2。理论上说，这样进行种别说明是可行的，因为汉字在内存中会占用两个字节，而一般的英文字符只占用一个字节。但是，实际情况却不是这样的。5.3.3数据的进制说明•除了前面两个小节介绍的情况之外，在Fortran90/95中，还可以根据需要定义不同进制的正整数常量，这包括二进制、八进制和十六进制。•二进制常量以字母“B”开头，后跟定界符括起来的数字串，定界符可以是单引号“'”或者双引号“””，数字只能是0或1。例如：•B’01011’•B”01011”5.4属性说明•在类型说明语句中除了可以说明对象的类型和种别之外，还可以进一步说明对象的属性。当一个对象在类型说明语句中被说明具有某种属性后，该对象就具有了某种附加的特殊功能。本节主要介绍Fortran中属性的相关概念。5.4.1对象的属性•在Fortran90/95中，一个对象可以没有附加的属性说明，此时它只是普通的一般变量，与Fortran77中的变量完全相同。一个对象也可以有多个附加的属性说明，之后被说明对象就具有了多个附加的特殊功能，并且确定了它在不同场合下的特定使用方式。每种属性说明都有专门的关键字与之对应，各属性关键字间用逗号进行分隔，之间没有严格的先后关系，但是属性关键字应该写在类型说明语句的种别说明符之后，分隔符“::”之前。属性不仅仅可用于说明数据，还可以用于说明过程。5.4.2常用属性说明•常用的属性说明是在编程实践中经常会碰到的，这些属性说明会为程序设计带来某种方便。本小节将对这些常用属性进行简单的介绍。•1．PARAMETER属性•PARAMETER属性也称为常数名属性、参数属性，这种属性在前面的小节中已经遇到过，这里作为单独的概念进行解释。•2．DIMENSION属性•DIMENSION属性用于说明一个对象名是数组名，该语句的一般形式如下：•类型说明语句,DIMENSION[(形状说明符)][::]数组名[(形状说明符)]•3．EXTERNAL属性•EXTERNAL属性用于说明一个函数为外部函数，该属性的一般使用形式为：•类型说明语句,EXTERNAL::外部函数名