数据类型

数据类型是指在计算机中能够记录文本、数值等的数据单位。算法处理的对象是数据，而数据是以某种特定的形式(如整数、实数、字符等形式)存在的。不同的数据之间往往还存在某些联系，例如由若干个整数组成一个整数数组。

1. 变量声明

1. 隐式声明(不再使用)
   隐式声明是传统 Fortran 语言预先定义且无须通过类型声明语句对变量类型进行定义，习惯称为I-N规则。Fortran 规定，凡以字母I、J、K、L、M、N(无论大写还是 小写)6个字母开头的变量名，如无另外说明则为整型变量。以其他字母开头的变量被默认为实型变量，如I、J、IMAX、NUMBER、LINE、JOB、Kl等为整型变量，而 A、Bl、COUNT、AMOUNT、TOTAL、BOOK等为实型变量。

注意:隐式声明具有一定的副作用，在 Fortran 95 之后已不多用，因为隐式说 明与类型说明语句一同使用时，变量类型不清晰，可以通过在程序变量说明之前加 入:IMPLICIT NONE语句来取消I-N规则.

2. 显式声明
   显式声明是在可执行语句前通过类型声明语句对变量类型进行定义。
   Fortran 中有6个说明语句:
   • INTEGER语句(整型说明语句)
   • REAL语句(实型说明语句)
   • DOUBLE PRECISION语句(双精度说明语句)
   • COMPLEX语句(复型说明语句)
   • LOGICAL语句(逻辑型说明语句)
   • CHARACTER语句(字符型说明语句)

1.1 变量命名的规则

和其他的高级语言一样, 对于使用者申请的变量空间，需要一个标识符来标定变量的名称，以便后续调用, 在 fortran 中 声明变量有如下规则

1. 变量名只能由字母、下划线和数字组成，且第一个字符必须是字母。比如sum、 student1、student2、student_num等都是合法的标识符。这一点与其他语言中 可以用下划线开头不同。类似_store这样的变量名在FORTRAN中是不合法的标识符。
2. 变量命中不能含有空格字符，如my school这样是不可以的。
3. 编译系统将大小写字母认为是两个相同的字符，长度限定为31个字符。

命名变量时尽量贴近变量的使用原意，比如学生成绩用 student_score 或 studentScore命名，而不是 a 或 ss。

2. Fortran中的数据类型

2.1 整型 (Integer)

整型常量也称为整型常数或整数。按照所需存储空间的大小，又分为长整型和短整 型两种。长整型占用4字节(byte)的存储空间，其保存的数据大小为-2147483648 ~ +2147483647。短整型则占用2字节的存储空间，保存的数据大小为-32768 ~ +32767。
在赋值时也可以手动给定所占用的字节数，如

integer(kind=2) :: a
integer*4       :: b (老式)
integer(8)      :: c

其中，符号∷在声明中可有可无。若有，则可赋初值，否则不可赋初值，赋初值则出错。

下面的程序示例展示了不同的整数类型声明及获取最大值

!> program 2-1
program integer_test

    implicit none

    integer(kind=2)  :: shortint
    integer(kind=4)  :: longint
    integer(kind=8)  :: verylongint
    integer(kind=16) :: veryverylongint

    integer :: defval

    write(*, *) "short: ", shortval
    write(*, *) "long: ", longint
    write(*, *) "verylong: ", verylongint
    write(*, *) "veryverylongval: ", veryverylongint
    write(*, *) "defval", defval

end program integer_test

2.2 实型 (REAL)

实型常量也称为实数，也就是日常使用的小数。按照所需存储空间的大小，实数分为单精度和双精度两种。在实数的表达方式上，可以分为小数形式和指数形式两种。

1. 实数的精度
   单精度实数在计算机中占用4字节的存储空间，有效位数是6~7位，可记录的最大数 据是±3.4×1038，最小数是±1.18×10-38。双精度实数在计算机中占用8字节的存 储空间，有效位数是15~16位，可记录的最大数据是±1.79×10308，最小数是 ±2.23×10-308。
   当一个数值用单精度无法进行存储时，可以使用双精度进行存储。
2. 实数的表达形式
   实型常量有两种表达形式:小数形式和指数形式。
   小数的表达形式主要分为3种:
   1. x.y、x.、.y。数字前面可以加上“+”号“−”号， 默认为正号。小数点“.”前或后可以不出现数字，但不允许小数点前后都不出现数字，且小数点不可以少。如+3.5、7.、.3等都是合法的小数形式。
   2. 用指数形式表示的实数由两部分组成，即数字部分和指数部分。E将数字部分和指数 部分分隔，E的右边是指数部分，E的左边是数字部分，表示方式是用E表示以10为底 的指数。如5.35E9表示5.35×109，2.66E-3表示2.66×10-3。

!> program 2-2
program real_demo
    implicit none
    real :: a = 1, b = 2
    integer :: c = 1, d = 2

    write(*, *) a / b
    write(*, *) c / d
end program

输出:

0.500000000
         0

2.3 复型 (COMPLEX)

在FORTRAN中，一个复数用一对圆括号括起来的两个实数 表示，其中第一个实数表示复数的实部，第二个实数表示复数的虚部，实部与虚部 之间用逗号分隔。如:(2.0，4.0)表示复数2.0+4.0i，(5.3，−7.2)表示复数 5.3−7.2i。

!> program 2-3
program complex_demo
    implicit none
    complex :: a = (2., 4.)
    complex :: b = (3., 5.)
    write(*, *) a * b
end program

            (-14.0000000,22.0000000)

2.4 字符型 (CHARACTER)

用一对单引号(撇号)或双引号括起来的若干个非空字符串为字
符型常量，又称为字符或字符串，长度为1的字符串简称为字符， 如:‘x’、‘Y’、‘x+y’、‘@$%’等都是字符型常量。
字符型赋值可以用双引或是单引号将字符串包裹。
字符型变量在声明时，由于一串字符是有长度的，计算机需要知道用户需要声明多长的字符串，因此在声明时候需要告知计算机字符串长度， 默认为1，如：

character char = "a"
character(len=3) string = "abc"

write(*, *) a       !> a
write(*, *) string  !> abc

如果赋值时超出字符串给定的长度，编译器会将超出长度的部分截取，如：

character(len=2) string = "abc"
write(*, *) string  !> ab

也可以使用 * 作为长度，来表示默认长度，此时字符变量必须被赋初值，编译器将会字符变量长度赋值为初值字符串的长度，如：

character(len=*), parameter :: string = "abc"
write(*, *) string       !> abc
write(*, *) len(string)  !> 3

此时，字符串变量只能是常量(parameter)或是函数/例程参数。
另外如果在字符串中出现单引号或者是双引号时，按如下方式输入。

用双引号"“封装的字符串可以任意使用单引号’，双引号需采用两个(”")。比如程序中:
"i'm good", "say ""hello"" to me"。
分别表示字符串:
i'm good, say "hello" to me
用单引号’‘封装的字符串的可以任意使用双引号", 单引号需要使用两个(’’)。比如程序中:
'i''m good', 'say "hello" to me'。
分别表示字符串:
i'm good, say "hello" to me

2.5 逻辑型 (LOGICAL)

逻辑类型的值仅仅表示真假, 用 .true. 或 .false. 来赋值。

logical bool_variable = .true.
write(*, *) bool_variable  !> T

3. 常量

常量是在程序运行过程中不变的量， Fortran 有多种声明常量的办法，可以在变量类型后面增加 parameter, 来说明该变量是一个常量

real, parameter :: pi = 3.1415926

也可以直接使用 parameter 来声明常量

parameter(pi = 3.1415926)

4. 等价声明

等价声明(equivalence)可以使两个变量公用同一个内存空间，方便对其中某一个进行操作，简化代码量。

equivalence(a, b)

5. ios_fortran_env

在不同的机器上申请相同kind值的变量可能实际上获取的内存空间不同，如果申请得到的内存太少，不足以满足原始精度需求，有可能会给程序造成影响。
fortran自带的ios_fortran_env库会自动获取当前机器上特定变量类型所需的kind值，如

program ios_test
    use ios_fortran_env, only: int8, int16
    integer(kind=int8)  :: a
    integer(kind=1nt16) :: b
end program