Question

a) DO 语句和循环次数

DO 构造可分为不带循环变量与带循环变量两种形式。

当需要执行的循环次数为已知时，用 DO 语句实现循环比较方便。它的一般形式为：

DO [[标号][，]] 循环变量＝初值式，终值式[，增量式]

例：循环读入学生的学号和成绩 30 次并打印。

DO 10, N＝1，30，1

READ *，NUM，GRADE

10 PRINT *，NUM，GRADE

上面是一个循环，第一行 DO 语句称为循环语句，DO 后面的数 10 是一个标号，表示循环的范围到标号为 10 的语句为止，也就是反复执行 READ 语句和 PRINT 语句。DO 语句中的 N 是“循环变量”，用它来控制循环次数，“N＝1，30，1”的意思是：N 的初值为 1，终值为 30，每执行一次循环 N 的值增加 1。当 N 再变化到 31 时，由于它已超过了指定的终值 30，不再执行循环。

下面的 DO 语句是合法的：

DO 10，I=1，10，2

DO 20 N=1，5

DO 100，X=1.2，2.4，0.2

DO T＝2.5*2，5O./3.，0.3

DO M＝1.5，12.5，15

DO 语句的一些特点是：

在上述 DO 语句的一般形式中，当循环变量的增量（步长值) 为 1 时增量式可不写。

循环变量初值、终值和步长可以分别是常数、变量或表达式。如果是变量则它应预先被赋值。如果是表达式，则先计算出表达式的值。循环次数可以从循环初值、终值和步长计算出来：次数＝INT((终值－初值＋增量)/增量)。如果计算出的循环次数＜0 时，则按 0 处理，即一次也不执行循环。

例：对于 D0 I＝1,10,2 其循环次数＝INT((10－1＋2)／2)＝5 次。I 按序分别取值为：1,3,5,7,9。对于 D0 I＝10,1,2 则循环次数＝0 次。I 不可取值，程序运行到这里时将跳过此循环。

循环变量的初值、终值和步长可以为正或负。初值、终值可以为零。但步长不应为 0，否则循环变量的值永远不会超过终值，从而陷入死循环。

例：对于 D0 I＝-1,-3,-1 其循环次数＝INT((－3＋1-1)／(－1))＝3 次。I 按序分别取值为：-1,-2,-3。

如果循环变量的类型和初值、终值和步长的类型不一致，则按赋值的规则处理，即需先将初值、终值和步长的类型转化成循环变量的类型，然后进行处理。为避免错误，应尽量使循环变量类型与初值、终值和步长的类型一致。

例：对于 D0 I＝1.5,3.6,1.2 不要根据 INT((3.6-1.5＋1.2)/1.2)＝2 而认为循环次数为 2，而应当先将实型量转化为整型量，即变成相当的循环语句 DO I＝1,3,1 其循环次数为 3 次而不是 2 次。

例：对于 D0 X＝1.5,3.6,1.2 由于循环变量不是整型的而是实型的，它的循环次数为 2 次。X 取值分别是 1.5,2.7。

由于实型数在运算和存储时有一些误差，因而循环次数的理论值与实际值之间会有一些差别。这种情况在程序设计中常有发生，而且比较隐蔽不易发现。所以应该避免使用实型的循环变量，用整型循环变量计算出的循环次数是绝对准确的。

例：对于 D0 X＝0.0,50.0,0.1 理论循环次数＝INT(50.1/0.1)＝501，但实际上在许多计算机上它只执行 500 次循环。原因是实数在内存中的误差使得增量值不是准确的 0.1，由于循环的误差积累，到执行完 500 次循环后 X 的值可能已超过 50.O，因而停止执行循环。改用整型循环变量时，则循环改写为：D0 I＝0,500； X=I/10。

b) DO 循环执行步骤

循环执行过程按序为以下几个步骤：

(1).计算初值式、终值式、增量式的值，并将它们转换成循环变量的类型。

(2).将初值赋予循环变量。

(3).计算应循环的次数。

(4).检查循环次数，若≤0 则跳过循环体，执行循环终端语句下面的一个执行语句。如果＞0，则执行循环体。

(5).执行终端语句时，循环变量增值。

(6).循环次数减 1。

(7).返回(4)，重复执行(4)、(5)、(6)、(7)。

c) 循环终端语句

上面介绍的循环中，循环终端语句为一般的执行语句。F90 规定：循环终端语句可以是除了 GOTO、块 IF、CASE、CYCLE、DO、ELSE、ELSE IF、END IF、END、END SELECT、EXIT、SELECT CASE、STOP 和 RETURN 语句以外的任一可执行语句，如打印语句、赋值语句、输入语句、逻辑 IF 语句等都可以作为终端语句。特殊的循环终端语句是：END DO(常用于无语句标号时) 和 CONTINUE(常用于有语句标号时)。END DO 语句使老的 CONTINUE 语句显得没有什么用处了，虽然 F90 的向下兼容性使 CONTINUE 语句仍然可用，但新编写的程序应该尽量使用以 END DO 结束的块 DO 构造。

例：用展开式求指数函数的数值。 [e_312_01.f90]

a) 停止语句

CONTINUE 语句本身不进行任何机器操作，只是将流程转到逻辑上的下一个语句，因此，CONTINUE 语句又称为“空语句”，即进行“空操作”。与 CONTINUE 语句（继续功能) 相对应的停止功能语句是 STOP 和 PAUSE 语句。

PAUSE 语句（在 F90 中不推荐使用，在 F95 中被废除) 暂时中止程序的运行，将系统挂起，使程序操作员可以执行其它操作系统命令。它的一般形式是：PAUSE [暂停值]，暂停值为字符串常量或 5 位数以下的整型数，当程序运行至断点处将输出暂停值。如无暂停值的话，系统将输出默认的信息，WinNT/9x 系统上输出“回车才能继续”的信息。

例：PAUSE 701

PAUSE 'ERROR DETECTED'

在这些例子中，它的用处是在程序中加入断点把程序分段，以便于一段一段地调试程序。Visual Fortran 的 Debug 功能可代替这种程序调试方法，但它也可以用于一些输出情形。 [e_312_02.f90]

STOP 语句是停止运行，一个程序单位中可以有多个 STOP 语句，执行到任一个 STOP 语句处时，程序即完全中止运行。在子程序中如果有 STOP 语句，也是使整个程序停止运行而不是使控制返回主程序。STOP 语句的一般形式为: STOP [停止值]，与 PAUSE 语句类似，程序停止运行时将输出停止值。在 F66 中，END 不作为执行语句而只作为程序单位的结束标志，需要在 END 之前用 STOP 语句使程序结束运行。有些人在写 F77 程序时仍保留此习惯，在 END 语句之前又写了一个 STOP 语句。

b) DO 循环嵌套

在一个 DO 循环中又完整地包含另一个 DO 循环，称为 DO 循环的嵌套。嵌套层数可以不限，各层的循环变量不允许同名。注意内循环应当完整地嵌套在外循环之内，即内循环是外循环体中的一部分，内外循环不能交叉。即：

do i=1,1O

do j=1,20

………

end do

end do

程序的执行过程是外循环执行一次，内循环执行一遍。 [e_312_03.f90]

例：有 10 个实数，将它们按大小排列。 [e_312_04.f90]

c) DO 循环规则

循环变量可以在循环体中被引用，但不应当再被赋值。

例：下面写法是不正确的，循环变量 N 不能在循环体内被重新赋值。

do n=1,1O

………

n=2*n

end do

循环的次数是根据循环变量的初值、终值和步长值计算出来的，在执行循环体期间是确定不变的。

可以用转移语句从循环体内转到循环体外，也可以在循环体内转移，但不允许从循环外转到循环内。(块规则)

例：下面写法是合法的（尽管不符合结构化原则)。

do n=1,1O

………

if(n*x.gt.1.) go to 10

end do

10 ………

例：下面写法是非法的。

if(x.gt.1.) go to 10

do n=1,1O

………

10 ………

end do

多个 DO 循环可以共享一条循环终端语句，但循环体必须完全包含在外围 DO 循环体内。

如果 DO 循环出现在 if，else if 或 else 块内，则 DO 循环范围必须完全包含在该块中。

如果 IF 语句和 SELECT CASE 语句出现在 DO 循环范围内，则相应的 END IF 语句和 END SELECT 语句也必须出现在这个 DO 循环体内。

d) 隐 DO 循环

隐 DO 循环实际上是带控制循环变量的 DO 循环，但简化成只有 DO 循环的第一句，且把关键字 DO 隐去，成为 I=m₁,m₂,m₃形式。它不是独立语句，只是用作为读写语句的输入输出表中一个组成部分，用来控制重复读写的次数。例如：

READ *,(VALUE(I),I=1,20)

表示读入 VALUE(1),VALUE(2),…,VALUE(20) 的值。

WRITE(*,*)(A,B,N=1,5)

表示在当前设备用默认格式重复输出 A、B 的值 5 次。

隐 DO 循环只能作为输入输出表的一部分出现，不能用于其它场合。此时输入输出表的一般形式为：(I/O 列表，循环变量名=初值，终值，增值)。也即把输入输出表与循环控制部分一起用括号括起，中间用逗号分开，称为隐 DO 表，写在读写语句后面作为读写对象。

隐 DO 表可以嵌套，如：

PRINT *, ((A(I,J),I=1,3),J=1,3)

先把内层(A(I,J),I=1,3) 隐 DO 表作为输出表，再与隐 DO 控制 J=1,3 合成外层隐 DO 表。其控制机制与嵌套 DO 循环一致，先内层循环完，外层循环变量加一步长，再循环完内层。其打印值的次序如下：

A(1,1)，A(2,1)，A(3,1)，A(1,2)，A(2,2)，…，A(3,3)

即先输出第 1 列，再输出第 2 列、第 3 列。如果把 J 作为内层，I 作为外层循环变量，则输出是按行的：

PRINT *,((A(I,J),J=1,3),I=1,3)

则打印输出值的次序为：

A(1,1)，A(1,2)，A(1,3)，A(2,1)，A(2,2)，…，A(3,3)