通过写“猜数字”游戏学习 Fortran

Fortran 是在打孔卡时代编写的语言,因此它的语法非常有限。但你仍然可以用它编写有用和有趣的程序。

Fortran 是在打孔卡时代编写的语言,因此它的语法非常有限。但你仍然可以用它编写有用和有趣的程序。

通过写“猜数字”游戏学习 Fortran

Fortran 77 是我学习的第一门编译型编程语言。一开始时,我自学了如何在 Apple II 上用 BASIC 编写程序,后来又学会在 DOS 上用 QBasic 编写程序。但是当我去大学攻读物理学时,我又学习了 Fortran

Fortran 曾经在科学计算中很常见。曾几何时,所有计算机系统都有一个 Fortran 编译器。Fortran 曾经像今天的 Python 一样无处不在。因此,如果你是像我这样的物理学专业学生,在 1990 年代工作,那你肯定学习了 Fortran。

我一直认为 Fortran 与 BASIC 有点相似,所以每当我需要编写一个简短程序,来分析实验室数据或执行其他一些数值分析时,我都会很快想到 Fortran。我在空闲时用 Fortran 编写了一个“猜数字”游戏,其中计算机会在 1 到 100 之间选择一个数字,并让我猜这个数字。程序会一直循环,直到我猜对了为止。

“猜数字”程序练习了编程语言中的几个概念:如何为变量赋值、如何编写语句以及如何执行条件判断和循环。这是学习新编程语言时一个很好的的实践案例。

Fortran 编程基础

虽然 Fortran 这些年来一直在更新,但我最熟悉的还是 Fortran 77,这是我多年前学习的实现版本。Fortran 是程序员还在打孔卡上编程的年代创建的,因此“经典” Fortran 仅限于处理可以放在打孔卡上的数据。这意味着你只能编写符合以下限制条件的经典 Fortran 程序(LCTT 译注:后来的 Fortran 95 等版本已经对这些限制做了很大的改进,如有兴趣建议直接学习新版):

  • 每张卡只允许一行源代码。
  • 仅识别第 1-72 列(最后八列,73-80,保留给卡片分类器)。
  • 行号(“标签”)位于第 1-5 列。
  • 程序语句在第 7-72 列。
  • 要表示跨行,请在第 6 列中输入一个连续字符(通常是 +)。
  • 要创建注释行,请在第 1 列中输入 C*
  • 只有字符 AZ(大写字母)、09(数字)和特殊字符 = + - * / ( ) , . $ ' : 和空格能够使用。

虽然有这些限制,你仍然可以编写非常有用和有趣的程序。

在 Fortran 中猜数字

通过编写“猜数字”游戏来探索 Fortran。这是我的实现代码:

“`
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
C PROGRAM TO GUESS A NUMBER 1-100
CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC
PROGRAM GUESSNUM
INTEGER SEED, NUMBER, GUESS

  PRINT *, 'ENTER A RANDOM NUMBER SEED'
  READ *, SEED
  CALL SRAND(SEED)

  NUMBER = INT( RAND(0) * 100 + 1 )

  PRINT *, 'GUESS A NUMBER BETWEEN 1 AND 100'

10 READ *, GUESS

  IF (GUESS.LT.NUMBER) THEN
     PRINT *, 'TOO LOW'
  ELSE IF (GUESS.GT.NUMBER) THEN
     PRINT *, 'TOO HIGH'
  ENDIF

  IF (GUESS.NE.NUMBER) GOTO 10

  PRINT *, 'THATS RIGHT!'
  END

“`

如果你熟悉其他编程语言,你大概可以通过阅读源代码来弄清楚这个程序在做什么。前三行是注释块,表示程序的功能。第四行 PROGRAM GUESSNUM 将其标识为一个 程序 program ,并由最后一行的 END 语句关闭。

定义变量后,程序会提示用户输入随机数种子。Fortran 程序无法从操作系统初始化随机数生成器,因此你必须始终使用“种子”值和 SRAND 子程序 subroutine 启动随机数生成器。

Fortran 使用 RAND(0) 函数生成 0 到 0.999…… 之间的随机数。参数 0 告诉 RAND 函数生成一个随机数。将此随机数乘以 100 以生成 0 到 99.999…… 之间的数字,然后加 1 得到 1 到 100.999…… 之间的值。INT 函数将结果截断为整数;因此,变量 NUMBER 就是一个介于 1 到 100 之间的随机数。

程序会给出提示,然后进入一个循环。Fortran 不支持更现代的编程语言中可用的 whiledo-while 循环(LCTT 译注:Fortran 95 等新版支持,也因此在一定程度上减少了 GOTO 的使用)。相反,你必须使用标签(行号)和 GOTO 语句来构建自己的循环。这就是 READ 语句有一个行号的原因:你可以在循环末尾使用 GOTO 跳转到此标签。

穿孔卡片没有 <(小于)和 >(大于)符号,因此 Fortran 采用了另一种语法来进行值比较。要测试一个值是否小于另一个值,请使用 .LT.(小于)。要测试一个值是否大于另一个值,请使用 .GT.(大于)。等于和不等于分别是 .EQ..NE.

在每次循环中,程序都会验证用户的猜测值。如果用户的猜测值小于随机数,程序打印 TOO LOW,如果猜测大于随机数,程序打印 TOO HIGH。循环会一直持续,直到用户的猜测值等于目标随机数为止。

当循环退出时,程序打印 THATS RIGHT! 并立即结束运行。

“`
$ gfortran -Wall -o guess guess.f

$ ./guess
ENTER A RANDOM NUMBER SEED
93759
GUESS A NUMBER BETWEEN 1 AND 100
50
TOO LOW
80
TOO HIGH
60
TOO LOW
70
TOO LOW
75
TOO HIGH
73
TOO LOW
74
THATS RIGHT!

“`

每次运行程序时,用户都需要输入不同的随机数种子。如果你总是输入相同的种子,程序给出的随机数也会一直不变。

在其他语言中尝试

在学习一门新的编程语言时,这个“猜数字”游戏是一个很好的入门程序,因为它以非常简单的方式练习了几个常见的编程概念。通过用不同的编程语言实现这个简单的游戏,你可以弄清一些核心概念以及比较每种语言的细节。

你有最喜欢的编程语言吗?如何用你最喜欢的语言来编写“猜数字”游戏?跟随本系列文章来查看你可能感兴趣的其他编程语言示例吧。


via: https://opensource.com/article/21/1/fortran

作者:Jim Hall 选题:lujun9972 译者:unigeorge 校对:wxy

本文由 LCTT 原创编译,Linux中国 荣誉推出

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