变量的定义

本节介绍Fortran中的变量定义，介绍内置的数据类型。

Fortran变量的规则

Fortran中的变量定义分为了两个部分，前者是数据类型，后者是数据的属性，一个变量只能有一个类型，但是可以有多个属性。

基本的数据类型

Fortran中的基本数据类型有5种，每一种还具有不同的kind值，用来表示不同的精度。

类型名	含义	kind	默认kind
`integer`	整数	1,2,4,8	4
`real`	小数	4,8,16	4
`complex`	复数	4,8,16	4
`character(len=[num])`	字符串	1,4	1
`logical`	逻辑类型	1,2,4,8	4

real类型在编程中通常称为浮点数，而其对应的kind=4，8，16称为单精度，双精度，四精度浮点数。
integer类型在编程中称为整型，而其对应的kind=4，8称为整型，长整型。

变量命名规则

Fortran中的可用于变量命名的字符包括数字，下划线，英文字母且不区分大小写。合法的变量名必须以英文字母开始。类型和变量名之间用::分隔，具有相同类型的变量可以写在同一行并用逗号隔开。

给出一个简单的定义变量的例子

program main
   implicit none
   real::a,sqrt_2
   integer::i,number_of_particles
   complex::c
   character(len=10)::str
   logical::flag
end program main

此处的implicit none表示变量未经定义不得使用，在程序中，应当总是使用该语句

这些定义使用的都是默认精度，如果想使用更高的精度，可以在对应的类型后加括号，例如

program main
   implicit none
   real(8)::a
   integer(1)::i
   complex(16)::c16
   logical(2)::flag
end program main

字面值

Fortran中的字面值拥有的是对应变量类型的默认精度，比如1.0是一个单精度浮点数，如果需要定义更高精度的字面值，在其后加下划线，并标注出kind值，例如

"hello Fortran"                                     ! 字符串
+1.234_8,1.2345e10_8,-1.2345e10_8                   ! 双精度浮点数
4294967296_8,-1234_8                                ! 长整型
(1.0,2.0)                                           ! 单精度复数
.true.,.false.                                      ! 逻辑值

这是Fortran中的一个易错点，因为大部分的编程语言默认的精度都是双精度，所以在切换到Fortran的时候很容易遇到精度不足的问题。

变量赋值

Fortran中的变量赋值使用的是=，使用write输出

!文件名app/main.f90
program main
   implicit none
   integer::i
   real::pi
   character(len=8)::str
   i=42
   pi=3.14159
   str="Fortran"
   write(*,*)i,pi,str
end program main

运行结果

$ fpm run
Project is up to date
          42   3.14159012     Fortran

write(*,*)语句是用来输出的，其中第一个*表示输出位置是屏幕，第二个*表示输出的格式为默认格式。
与write相似的read(*,*)表示输入，第一个*表示输入的位置是键盘,第二个*表示输入的格式为默认格式。
你可能已经发现输出的浮点数似乎和你设置的值总是不太符合。这和浮点数的精度有关，具体见下一节。

常量属性

在实际的编程中，有些数是不会变的，比如圆周率pi,重力加速度g，这时候就可以将其定义为常量。常量使用parameter来标记，是我们学习到的第一个属性。

!文件名app/main.f90
program main
   implicit none
   real,parameter::pi=3.1415926
   real,parameter::g=9.8
   write(*,*)pi,g
end program main

运行结果

$ fpm run
Project is up to date
   3.14159250       9.80000019

常量是不可修改的。

同时，我们也可以将变量的kind值定义为常量，用来给字面量设置精度，这样当我们想修改精度的时候，只需要修改常量的值即可

program main
   implicit none
   integer,parameter::sp=4
   real(sp)::a
   a=1.234_sp
   write(*,*)a
end program main

$ fpm run
Project is up to date
   1.23399997

block语句

Fortran2008之前，变量的定义必须在程序的开头完成，Fortran2008引入了block语句，这样我们就可以在程序任意位置定义变量

program main
    implicit none
    real :: x

    block
        real :: y ! 局部变量
        y = 2.0
        x = y ** 2
        write(*,*) y
    end block
    ! write(*,*) y !y出了作用域，已经不存在了
    write(*,*) x   ! 输出 4.00000000
end program main

$ fpm run
Project is up to date
   2.00000000
   4.00000000

如果你取消注释，则会显示

$ fpm run
[ 66%] Compiling...
app/main.f90:11:16:

   11 |     write(*,*) y !y出了作用域，已经不存在了
      |                1
Error: Symbol 'y' at (1) has no IMPLICIT type

注意事项

Fortran中的变量只能在程序块的开头定义，执行语句（比如赋值语句）不能出现在变量定义的部分。
Fortran的赋值可以在变量定义时使用，比如real::a=123.4,出于一些特别的原因，本教程不使用这种语法。
在书写程序的时候，尽量使用有意义的变量名，并搭配合理的注释，使得程序更加清晰明了。

思考题

如果变量不定义直接输出，会出现什么问题？
如果把一个双精度浮点数的字面值赋值给单精度浮点数变量，会输出什么？
对一个带有parameter属性的量进行修改，会发生什么事情？

现代Fortran程序设计