02-Fortran基础--Fortran操作符与控制结构

0 引言
1 操作符
- 1.1 数学运算符
- 1.2 逻辑运算符
- 1.3 关系运算符
2 控制流程
- 2.1 条件结构
- 2.2 循环结构
- 2.3 分支结构

0 引言

运算符和控制流程对编程语言是必须的,Fortran的操作符和控制流程涉及到各种数学运算符、逻辑运算符以及控制结构。下面是Fortran的运算符和控制流程的基础内容。

1 操作符

1.1 数学运算符

+ 加法
- 减法
* 乘法
/ 除法
** 幂运算

a = 10
b = 5
c = a + b     ! c = 15
d = a * b     ! d = 50
e = a ** 2    ! e = 100

1.2 逻辑运算符

.and. 逻辑与
.or. 逻辑或
.not. 逻辑非

logical :: p, q, r
p = .true.
q = .false.
r = p .and. q   ! r = .false.

1.3 关系运算符

关系运算符名称	写法1	写法2
等于	==	.eq.
不等于	/=	.ne.
小于	<	.lt.
小于等于	<=	.le.
大于	>	.gt.
大于等于	>=	.ge.

integer(4) :: x, y
x = 10
y = 5
if (x > y) then
    continue ! 执行操作
end if
if(x .le. y)then ! 判断条件等价于 if(x<=y)then
	continue ! continue关键字表示继续执行，理解为占位；
end if

2 控制流程

2.1 条件结构

IF-THEN：根据条件执行不同的操作。

! 条件判断语句的一般形式
if (condition) then
    ! 执行操作
end if

示例：

	program test2
    real(8) :: x
    call RANDOM_SEED() ! 随机种子
    call RANDOM_NUMBER(x) ! 生成[0-1]的随机数赋值给x
    if(x > 0.5)then ! 判断随机数是否大于0.5
        print *,'x>',0.5
    else
        print *,'x<=',0.5
    endif
	end program

2.2 循环结构

Fortran 中的循环结构主要包括 DO 循环和 DO WHILE 循环。

2.2.1 DO循环
DO：执行指定次数的循环。

do index = start, end, step
    ! 循环体
end do

其中：

index 是循环控制变量，它在每次循环迭代时递增或递减。
start 是循环控制变量的初始值。
end 是循环控制变量的结束值。循环将一直执行，直到 index 达到或超过 end。
step 是循环控制变量的步长。如果 step 为正值，则 index 在每次迭代时递增；如果 step 为负值，则 index 在每次迭代时递减。

在循环体中，你可以执行任意操作，包括数学计算、逻辑判断、数组操作等。例如：

示例：

PROGRAM LoopExample
    IMPLICIT NONE
    INTEGER :: i

    ! 打印从1到10的偶数
    DO i = 2, 10, 2
        PRINT *, i
    END DO

END PROGRAM LoopExample

在上面的例子中，循环控制变量 i 的初始值为2，结束值为10，步长为2。因此，循环将从2开始，每次递增2，直到达到或超过10。在循环体中，PRINT * 语句用于打印循环变量 i 的值，从而打印出从2到10的所有偶数。

2.2.1 DO WHILE循环
DO WHILE 循环用于在满足条件时重复执行一段代码，其一般形式如下：

DO WHILE (condition)
    ! 执行的代码
END DO

condition 是一个逻辑表达式，当其为真时循环继续执行，为假时循环结束。

示例：

PROGRAM DoWhileExample
    IMPLICIT NONE
    INTEGER(4) :: count

    count = 0
    DO WHILE (count < 5)
        count = count + 1
        PRINT *, "循环次数：", count
    END DO
END PROGRAM DoWhileExample

在这个示例中，当 count 小于 5 时，循环继续执行，每次增加 count 的值，并打印出循环次数。当 count 达到 5 时，循环结束。

这些是 Fortran 中常用的循环结构，它们可以帮助你重复执行特定的代码块，实现各种算法和任务。

2.3 分支结构

Fortran 中的分支结构通常有 IF 语句和 SELECT CASE 语句两种形式。

2.3.1 IF 语句
IF 语句用于根据条件执行不同的代码块。它的一般形式如下：

IF (condition) THEN
    ! 如果条件为真，则执行此处的代码
ELSEIF (condition2) THEN
    ! 如果上一个条件为假且条件2为真，则执行此处的代码
ELSE
    ! 如果所有条件都为假，则执行此处的代码
END IF

其中，condition、condition2 等是逻辑表达式，可以是关系运算、逻辑运算的组合，用于判断是否执行相应的代码块。

示例：

PROGRAM IfExample
    IMPLICIT NONE
    INTEGER :: x

    x = 10

    IF (x > 0) THEN
        PRINT *, "x 是正数"
    ELSEIF (x < 0) THEN
        PRINT *, "x 是负数"
    ELSE
        PRINT *, "x 是零"
    END IF

END PROGRAM IfExample

在这个示例中，根据 x 的值，打印出不同的消息。

2.3.2 SELECT CASE 语句
SELECT CASE 语句用于根据表达式的值选择执行不同的代码块。它的一般形式如下：

SELECT CASE (expression)
    CASE (value1)
        ! 如果表达式的值等于 value1，则执行此处的代码
    CASE (value2)
        ! 如果表达式的值等于 value2，则执行此处的代码
    CASE DEFAULT
        ! 如果表达式的值与所有值都不匹配，则执行此处的代码
END SELECT

示例：

PROGRAM SelectCaseExample
    IMPLICIT NONE
    INTEGER :: day

    day = 3

    SELECT CASE (day)
        CASE (1)
            PRINT *, "星期一"
        CASE (2)
            PRINT *, "星期二"
        CASE (3)
            PRINT *, "星期三"
        CASE DEFAULT
            PRINT *, "未知"
    END SELECT

END PROGRAM SelectCaseExample