1、第2章 分支程序設(shè)計本章介紹分支程序的概念和設(shè)計方法。通過本章的學(xué)習，應(yīng)了解結(jié)構(gòu)化程序的基本概念掌握Fortran95語言提供的分支程序設(shè)計所使用的語句和分支程序的編寫方法。2018/9/3012.1 基本程序結(jié)構(gòu)2.1.1 結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計概述荷蘭學(xué)者Dijkctra提出用“結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法 來解決編寫具有良好結(jié)構(gòu)的程序問題。它規(guī)定了一套較完整的實施手段,使程序具有合理的結(jié)構(gòu)， 以便保證和驗證程序的正確性，它規(guī)定了程序設(shè)計者不能隨心所欲地編寫程序，而要按照一定的結(jié)構(gòu)構(gòu)形式來設(shè)計和編寫程序，以保證程序的易讀、易理解和易修改，進而提高程序設(shè)計和維護工作的效率。2018/9/302“結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計

2、方法”也叫SD（Structed Design）方法,是按結(jié)構(gòu)化的思想和原則組織數(shù)據(jù)和編寫程序的一種方法。它的基本指導(dǎo)思想是簡化編程復(fù)雜性，追求的目標是使程序結(jié)構(gòu)清晰,易讀性強. 其特點主要體現(xiàn)在以下方面：1. 規(guī)定三種基本結(jié)構(gòu)（即順序結(jié)構(gòu)、分支（選擇）結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)）是組成程序的唯一結(jié)構(gòu)形式。2. 將程序模塊化，即一個大程序或軟件系統(tǒng)由若干個相對獨立的模塊組成.這些模塊之間的聯(lián)系應(yīng)盡可能少;而模塊內(nèi)部的聯(lián)系則盡可能緊密。并且各個模塊均為單入口和單出口，絕對不應(yīng)有模塊之間的無條件轉(zhuǎn)移（GOTO）語句。3采用自頂向下的設(shè)計過程，反復(fù)運用分解與抽象的方法，即對一個大而復(fù)雜的問題逐步分解為幾個相對簡

3、單而獨立的子問題，對各子問題再進行分解，直到每個子問題可用一個子程序來實現(xiàn)。這種方法也叫逐步求精。2018/9/3032.1.2 順序結(jié)構(gòu)這是一種最簡單、最基本的結(jié)構(gòu)。它的特點是：結(jié)構(gòu)內(nèi)的各個功能模塊是按照它們出現(xiàn)的順序依次執(zhí)行的，且只有一個 入口和一個出口，如圖2-1所示。其中的每個功能塊可以是一條或多條非轉(zhuǎn)移類的可執(zhí)行語句，即一個順序結(jié)構(gòu)可由一條或多條順序執(zhí)行的語句組成。圖2-1順序結(jié)構(gòu)2018/9/304nba2.1.3 分支（選擇）結(jié)構(gòu)在這種結(jié)構(gòu)中，要對給定的條件進行判斷，根據(jù)判斷結(jié)果選擇不同的執(zhí)行路徑, 以完成不同的功能。分支結(jié)構(gòu)又有兩向分支和多向分支的形式，如圖2-2為兩向分支結(jié)構(gòu)

4、，圖2-3為多向分支結(jié)構(gòu)。它們與順序結(jié)構(gòu)的共同點是，也只有一個入口和一個出口。實現(xiàn)這種分結(jié)構(gòu)要使用相應(yīng)的條件選擇語句，其中a塊和b塊及多向分支結(jié)構(gòu)中的各語句塊根據(jù)實際應(yīng)用可以是空塊,即在條件滿足或不滿足時結(jié)束這一結(jié)構(gòu),直接執(zhí)行該結(jié)構(gòu)的后繼語句。這種語句塊中又可以是另一個分支結(jié)構(gòu)，這就形成了分支結(jié)構(gòu)的嵌套。2018/9/305入 口入 口K= ?= 1.T.F.條件出 口出 口圖2-2 兩向分支的選擇結(jié)構(gòu)圖2-3多向分支的選擇結(jié)構(gòu)2018/9/306a塊b塊語句塊1= 2語句塊 2= n語句塊 32.1.4 循環(huán)結(jié)構(gòu)循環(huán)結(jié)構(gòu)也稱重復(fù)處理結(jié)構(gòu)，即該結(jié)構(gòu)中的語句被重復(fù)執(zhí)行， 直到滿足或不滿足某一給定

5、的條件為止。這種結(jié)構(gòu)也僅有一個入口和一個出口, 這種結(jié)構(gòu)在應(yīng)用時有兩種形式在圖2-4所示的循環(huán)結(jié)構(gòu)中，當條件滿足時執(zhí)行a塊，直到條件不滿足時執(zhí)行該結(jié)構(gòu)的后繼語句，這種結(jié)構(gòu)稱為“當型”循環(huán)結(jié)構(gòu)。 在圖2-5所示的循環(huán)結(jié)構(gòu)中，先執(zhí)行a塊，直到條件滿足時執(zhí)行該結(jié)構(gòu)的后繼語句。結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)稱為“直到型”循環(huán)2018/9/30在程序設(shè)計時使用循環(huán)語句實現(xiàn)循環(huán)結(jié)構(gòu)。7圖2-5直到型循環(huán)結(jié)構(gòu)圖2-4當型循環(huán)結(jié)構(gòu)2018/9/308不滿足條件滿足a塊滿足條件不滿足a塊2.2 IF分支結(jié)構(gòu)2.2.1 邏輯表達式在FORTRAN程序中，邏輯表達式通常被用作描述判斷條件。其中關(guān)系表達式又是邏輯表達式的簡單形式。一

6、、關(guān)系表達式關(guān)系表達式用于比較兩個算術(shù)表式或字符表達式，若其結(jié)果為.TRUE.（真），表示關(guān)系成立，若為.FALSE.（假），表示關(guān)系不成立。關(guān)系表達式的一般形式為：2018/9/309其中的表達式1和表達式2可以都是算術(shù)表達式或都是字符表達式。關(guān)系運算符共有以下六種：= = 或 .EQ.等于不等于大于大于或等于小于小于或等于/=或 .NE.或 .GT.= 或 .GE.或 .LT.10 或 a .GT.10n+1 2*a+3*b或 n+1 .LT. 2*a+3*babs(a-b) =“that” 或 “this” .GE. “that”2018/9/30101. 使用字母形式的關(guān)系運算符時,運

7、算符兩端的圓點不能省略.2. 關(guān)系表達式中運算符的運算順序是,先進行算術(shù)運算或字符運算，然后進行關(guān)系運算。如關(guān)系表達式a+b.GT.x+y先完成a+b 和x+y的運算，再進行比較運算。3. 在進行算術(shù)表達式值的比較時， 允許關(guān)系運算符端的類型可以不一致,并自動轉(zhuǎn)換成同一類型后再進行比較。轉(zhuǎn)換規(guī)則與算術(shù)表達式中的類型轉(zhuǎn)換規(guī)則相同。4. 復(fù)數(shù)類型只能進行相等或不等的比較運算。5. 由于實型數(shù)在計算機內(nèi)是近似表示的, 所以理論上相等的兩個實數(shù)，由于誤差原因, 在機內(nèi)未必完全相等。 解決的方法是讓兩者之差的絕對值小于某個很小的數(shù)時就認為其值相等。如x.EQ.y可改寫成ABS（x-y）.LT.1e-6。

8、6對字符型量的比較,較。實際上是對它們的ASCII碼值進行比2018/9/3011二、邏輯表達式1邏輯表達式的一般形式及運算規(guī)則邏輯表達式由邏輯元素和邏輯運算符組成。其一般形式為：其中邏輯元素可以是邏輯常量、邏輯變量、邏輯數(shù)組元素、邏輯函數(shù)、關(guān)系表達式或另一個邏輯表達式。2018/9/3012FORTRAN語言中的邏輯運算符共有以下幾種：.AND.素邏輯“與”，其運算規(guī)則是，僅當.AND.兩邊的邏輯元的值均為“真”時，運算的結(jié)果才為“真”，否則為“假”。.OR.素的邏輯“或”，其運算規(guī)則是，只要.OR.兩邊的邏輯元值有一個為“真”，則運算結(jié)果為“真”， 僅當.OR.兩邊的元素值均為“假”時，運

9、算結(jié)果才為“假”。.NOT.能寫邏輯“非”，這是一個一元運算符，且邏輯元素只在.NOT.右側(cè)，其運算規(guī)則是邏輯元素的值為“真”，結(jié)果為“假”，反之結(jié)果為“真”。.XOR.輯元邏輯“異或”，其運算規(guī)則是，如果 .XOR.兩邊的邏素值不相同時，結(jié)果為“真”，否則結(jié)果為“假”。.EQV.邏輯相等，其運算規(guī)則是，如果.EQV.兩邊的邏輯元素2018/9/3013值都為“真”或都為“假”時，結(jié)果為“真”，否則結(jié)果為(1.EQ.2 ).EQV .FALSE.下面是一些邏輯表達式的例子： x .GE. 0.0 .AND. x .LE. 5 x .GT. 1.0 .OR. x. .LE. -9.0（a+b）.

10、EQ. d .AND. c .NE. e同時成立表示0x5表示x1或x-9 表示a+b=d和ce(L1 .EQ. L2) .EQV.false.表示 L1=L2 是否不成立注意，在書寫邏輯運算符時，兩端的圓點是不能省略掉的。2邏輯表達式中的運算順序在較為復(fù)雜的邏輯表達式中，可能含有算術(shù)運算符、關(guān)系運算符和邏輯運算符，表2-2中給出了它們的運算優(yōu)先級,同級運符按從左到右的順序進行。可用園括號改變表達式的運算順序。2018/9/30142.2.2IFELSEENDIF結(jié)構(gòu)IFELSEENDIF結(jié)構(gòu)是FORTRAN程序中常用的選擇結(jié)構(gòu),它主要由塊IF語句、ELSE語句和ENDIF語句共同構(gòu)成, 這三

11、個語句都不能單獨使用。其一般形式為：IF（邏輯表達式）THENIF塊ELSEELSE塊ENDIF該結(jié)構(gòu)的執(zhí)行過程是：先計算邏輯表達式的值并加以判斷, 若此值為真，則執(zhí)行IF塊中的語句，然后執(zhí)行ENDIF語句結(jié)束該結(jié)構(gòu)，繼續(xù)執(zhí)行其后繼語句；若此值為假，則跳過IF塊中的語句，直接執(zhí)行ELSE塊中的語句，然后執(zhí)行ENDIF語句結(jié)束該結(jié)構(gòu)，并繼續(xù)執(zhí)行其后繼語句。2018/9/3015例2.1編寫程序計算函數(shù)-1x-1.0 .and. x1.0) then y=1.0/sgrt (1.0-x*x)elsey=1.0endifwrite (x*x) ”x=,” x, “y=”, y end的值。2018/

12、9/3016例2.2編寫一個程序,輸入兩個整數(shù)A、B, 將其中較大者放入變量A中,較小者放在B中,然后輸出A、B。程序如下：program ex202 implicit none integer a ,b , mwrite (*, *) “ 輸入A、B的值：”read (*, *) a, b if (ab) then m=aa=b b=m endifwrite (*, *) “a=”, a, “b=”, b end程序的判定結(jié)構(gòu)中沒使用ELSE塊，ELSE語句也省略了。當條件a100) then grade=?elseif (score=90) then grade=Aelseif (scor

13、e=80) then grade=Belseif (socre=70) then grade=Celseif (score=60) then grade=Delseif (socre=0) then grade=Eelsegrade=? endifwrite (x*x) “成績等級為：”gradeend這個程序定義了兩個變量，一個是整型變量score，表示學(xué)生分數(shù)，另一個字符型變量grade，表示成績等級。當程序執(zhí)行到塊IF語句時，如果score100成立，說明輸入的分數(shù)有錯，則執(zhí)行第一個語句塊，將“？”號賦予變量grade后再到ENDIF，進而執(zhí)行write語句輸出字符“？”表示成績輸入有錯

14、 2018/9/30192.3SELECT CASE結(jié)構(gòu)利用SELECT CASE結(jié)構(gòu)也可以實現(xiàn)多重判定，即多分支選擇結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的一般形式如下：select case （變量）case（數(shù)值1） 語句塊1case（數(shù)值2） 語句塊2case（數(shù)值n） 語句塊ncase default語句塊n+1 end select其中的“變量”只能是整型、字符型和邏輯型，數(shù)值i只能是常量，不能使用變量,而且必須和select case中的變量有相同的類型。它可以是單個的常數(shù)，或是用逗號分開的多個常數(shù)，也可以是用冒號分開的兩個常數(shù)，表示一個值域，即取包括 這兩個常數(shù)在內(nèi)的所有這兩個數(shù)之間的數(shù)值。例如（1：1

15、0） 表示取1到10之間的整數(shù)，包括1和10；（“A”：“D”）表示取A、B、C、D四個字符。如果省略其中第一個數(shù)，表示取所有小于或等于第二個數(shù)的值，如（：5）表示所有小于等于5省略第二個數(shù)，表示取所有大于等于第一個數(shù)的值，如（5：）表20 示的數(shù)2值018；/9/3若0例2-4編寫一個程序，根據(jù)輸入的運算符進行相應(yīng)的算術(shù)運算。程序如下：program ex204 implicit none real a, b, anscharacter operator read (*,*) a, bread (*, ”(A1)”) operator select case (operator) case

16、(+)ans=a+b case (-)ans=a-b case (*)ans=a*b case (/)ans=a/b case defaultwrite (*,*) “無定義的運算符：”, operator stopend selectwrite (*,*) a, operator, b, =, ans end運行這個程序時，需輸入兩個實型數(shù)，并再輸入一個算術(shù)運算符。程序根據(jù)這個運算符決定執(zhí)行哪一個賦值語句，完成相應(yīng)計算，并輸出結(jié)果；如果輸入了錯誤的非算術(shù)運算符，程序?qū)⑤敵鎏崾拘畔ⅲ瑫r也輸出這個錯誤的運算 符，然后將停止程序的執(zhí)行。程序中的第二個read語句用的是有格式輸入，將在第四章中介紹

17、。2018/9/3021例2.5編寫程序，輸入一個月份，然后根據(jù)該月份輸出該月份對應(yīng)的天數(shù)。若要輸入2月份，則要再輸入.TRUE.或.FLASE.以區(qū)分是閏年或本年。程序如下：program ex205 implicit none logical leapinteger month, days read (*,*) month select case (month) case (4,6,9,11)days=30case (1,3,5,7,8,10,12)days=31 case (2)read (*,*) leap2018/9/30select case (leap)case (.true.)

18、 days=29case (.false.) days=28end selectcase defaultwrite (*,*) month, month input error! stopend selectwrite (*,*) month ,days end22在使用select case 語句時注意以下問題：每個case后的常量必須是互不相同的，否則會出現(xiàn)不確定情況而使程序無法執(zhí)行；每個case語句出現(xiàn)的順序不影響程序的執(zhí)行；不允許使用轉(zhuǎn)移語句從select case結(jié)構(gòu)外轉(zhuǎn)移到某個case語句塊內(nèi)，也不能從一個case語句塊轉(zhuǎn)移到另一個語句塊內(nèi)，但是case語句塊內(nèi)可用轉(zhuǎn)移語句轉(zhuǎn)移到s

19、elect case語句之外。select case語句必須和endselect語句成對使用2.4分支結(jié)構(gòu)的嵌套所謂分支結(jié)構(gòu)的嵌套，是在各種分支結(jié)構(gòu)的語句塊中，如IF塊、ELSE塊或ELSE IF的語句塊中又完整地含有另一個分支結(jié)構(gòu)。2018/9/3023例2.6編寫一個根據(jù)利潤計算應(yīng)征稅額的程序。假設(shè)：利潤P在100元以下的稅率為3%，100元P500元的稅率為4%，500元P1000元的稅率5%,1000元P2000元的稅率為6%，2000元P5000元的稅率為7%，P5000元 的稅率為8%，利潤為零或虧本的不征稅。程序如下：program ex206 implicit nonereal

20、 (kind=4)p, r, tax read (*,*) pif (p=0.0) then r=0.0elseif (p100.0) then r=0.03elseif (p500.0) then r=0.04elseif (p1000.0) then r=0.05elseif (p2000.0) thenr=0.06elseif (pbig) big=y if (zbig) big=z print *, bigend該程序用于求三個實數(shù)x，y，z中的最大數(shù)，其中使用了兩個邏輯if語句，請讀者自己分析一下它們的執(zhí)行過程。2018/9/30262.5.2 GOTO語句該語句又稱為無條件轉(zhuǎn)移語句，其一般形式為：GOTOS其中S是該GOTO所在程序段內(nèi)的一個可執(zhí)行語