第五章 函数

第五章函数

“函数”是自定义函数和子程序的统称。子程序可以用来独立出一段具有特定功能的程序代码，供其它地方调用。自定义函数可以用来扩充出fortran库函数中原来不存在的函数。

5-1 子程序(subroutine)的使用

写程序时，可以把某一段常常被使用、具有特定功能的程序代码独立出来，封装成子程序，以后只要经过调用的call命令就可以执行这一段程序代码。先来看一个使用子程序的实例。

1.program ex0501

2. implicit none

3. call message( ) !调用子程序message

4. call message( ) !再调用一次

5. stop

6.end

7.!子程序message

8.subroutine message( )

9. implicit none

10. write(*,*)＂hello＂

11. return

12.end

执行结果如下：

hello

hello

程序的第3、4行出现了一个新命令“call”,而call在程序中的意义就如同它的英文原意，是“调用”的意思。所以第3、4行的意思就是“调用一个名字叫做message的子程序”。

子程序和前面所提到的“主程序”（以program开头、end来结束之间的这一段程序代码）最大不同处在于：主程序的程序代码，在程序一开始就自动会被执行，而子程序则不会自动执行，它需要被别人‘调用’才会执行。这就是它之所以被称作“子”的原因。

子程序的程序代码以subroutine开头，它同样要取一个名字，以end或end subroutine 来结束。

一个包含子程序的fortran程序在结构上的模样大致如下：

program main ←----------主程序

……

……←------------------主程序代码

……

end program main ←------主程序结束

subroutine sub1( ) ←----第1个子程序

……

……←------------------子程序代码

……

end subroutine sub1←----第1个子程序结束

subroutine sub2( ) ←----第2个子程序

……

……←------------------子程序代码

……

end subroutine sub2←----第2个子程序结束

主程序并不一定要放在程序代码的最开头,它可以安排在程序中的任意位置,可以先写子程序再写主程序,这都是可以的。

子程序最后一个命令通常是“return”，表示程序要“返回”原来调用它的地方来继续执行程序。如果像主程序一样写成了stop，就会导致子程序执行完后，整个程序就跟着全部结束，这通常不是使用子程序时所想要看到的现象。return命令可以省略。

关于子程序还有一个重要的概念，就是“子程序独立地拥有属于自己的变量声明”。也就是说，在主程序和其它的子程序之间，所声明出来的变量是彼此不相干的，假使在主程序与其他的子程序中使用了同样的变量名称，它们也是彼此没有关系的不同变量。

不过严格来说，不同的程序之间所声明的变量，还是有办法让它们牵扯出关系来。在调用子程序时，可以同时传递一些变量数据过去让它处理，这个操作叫做“传递参数”，来看下面的实例：

1.program ex0502

2.implicit none

3. integer :: a=1

4. integer :: b=2

5. call add(a, b) !把变量a及b交给子程序add来处理

6. stop

7.end

8.

9. subroutine add(first, second)

10. implicit none

11. integer :: first, second !first, second的内容会从call时得到

12. write(*,*) first + second

13. return

14. end

执行后会显示主程序中a + b的结果，也就是3。程序第5行在调用子程序add时，还同时输入了变量a及b。

第9行中first和second是子程序add的两个变量，指定用来接收传递进来的参数。程序第5行进入子程序add后，由于first和second这两个变量是用来接收参数的，first 的初值等于主程序中的a，因为a是调用时所输入的第1个数值。同理second就等于主程序中的b。子程序会计算first + second的值，也就等于是计算主程序中a + b的数值。

了解子程序的使用规则后，现在来写一个比较有用的程序。

例如：在一场田径赛的标枪比赛中，5位选手投掷标枪的情况如下：

1号选手：以30度角，每秒25米的速度掷出标枪。

2号选手：以45度角，每秒20米的速度掷出标枪。

3号选手：以35度角，每秒21米的速度掷出标枪。

4号选手：以50度角，每秒27米的速度掷出标枪。

5号选手：以40度角，每秒22米的速度掷出标枪。

假如忽略空气阻力以及身高等等因素，请写一个程序来计算选手的投射距离。（也就是

计算自由投射运动的抛物线距离）

1.program ex0503

2.implicit none

3. integer, parameter :: players=5

4. real :: angle(players)=(/30.0,4

5.0,35.0,50.0,40.0,/)

5. real :: speed(players)=(/25.0,20.0,21.0,27.0,22.0/)

6. real :: distance(players)

7. integer :: I

8.

9. do I=1,players

10. call get_distance(angle(i),speed(i),distance(i))

11. write(*,＂(＇player＇,I1,＇=＇,F8.2)＂) I, distance(i)

12. end do

13.

14. stop

15. end

16.!把0～360的角度转换成0～2 的弧度

17. subroutine angle_to_rad(angle,rad)

18. implicit none

19. real :: angle, rad

20. real, parameter :: pi=3.14159

21.

22. rad=angle*pi/180.0

23.

24. return

25. end

26. !由角度、切线速度来计算投射距离

27. subroutine get_distance(angle, speed, distance)

28. implicit none

29. real :: angle, speed !输入参数

30. real :: distance !准备返回去的结果

31. real :: rad, vx,time !内部使用

32. real, parameter :: G = 9.81

33.

34. call angle_to_rad(angle,rad) !单位转换

35. vx = speed*cos(rad) !水平方向速度

36. time = 2.0*speed*sin(rad)/G !在空中飞行时间

37. distance = vx * time !距离=水平方向速度*飞行时间

38.

39. return

40. end

执行结果如下：

Player 1 = 55.17

Player 2 = 40.77