【Fortran】过程设计之三（函数FUNCTION）

前言

在Fortran中，有两种不同类型的函数：内部函数和用户定义函数（函数子程序）。
内部函数是程序内置的，直接调用即可。
函数子程序FUNCTION是自定义的，用于解决内部函数无法解决的其它特性需求，同样也是一个过程(process)。

Fortran函数子程序(FUNCTION)

1) 使用方式

FUNCTION name( parameter_list )
...
(声明部分，必须声明name的类型)
type :: name
...
(执行部分)name = expression
RETURN
END FUNCTION [name]  ! []表示可选

注意事项：

输入参数：parameter_list ，一个或多个值，可为空（但也有留有()）；
输出结果：name，单个数值、逻辑值、字符串或数组（多个结果则应该使用子例程）；
在函数中，函数名name必须至少出现在赋值语句的左侧一次，当将函数返回调用程序单元时，赋给函数名的值就是函数的返回值，因此name需要声明类型；
不同于模块MODULE的继承功能，在定义函数本身和任何调用函数的其它程序中都需要声明函数（名）的类型，可将函数名理解成为变量名。函数类型声明：
```
INTEGER FUNCTION my_func( i , j )
```
等效于：
```
FUNCTION my_func( i , j )
INTEGER :: my_func
```

2) 使用INTENT(IN)属性

与子例程相同，函数输入数据通过参数表来传递，因此采用的是地址传递的方式，函数获取的是指向参数内存位置的指针。

因此，如果在函数中的任意一个形参出现在函数中赋值语句的左侧，则对应参数的输入变量（实参）的值将会改变。具体例子如下：求二次方程的解。

PROGRAM func_test   ! 主程序IMPLICIT NONE
REAL :: my_func   ! 记得要声明函数名的类型，因为相当于是变量
REAL ::x1,a1,b1,c1
WRITE(*,*)'分别输入二次方程的a、b、c系数：'
READ(*,*)a1,b1,c1
WRITE(*,*)'输入x值：'
READ(*,*)x1WRITE(*,*) '方程的结果为：',my_func(x1,a1,b1,c1)  ! 调用函数
WRITE(*,*)'c1的结果：',c1END PROGRAM func_test

FUNCTION my_func(x,a,b,c)   ! 函数，对形参c进行修改
IMPLICIT NONEREAL,INTENT(IN)::x,a,b
REAL::my_func
REAL::c
c=c+1        ! 形参修改
my_func = a*x**2 + b*x + c
END FUNCTION my_func

相应的结果为：

 分别输入二次方程的a、b、c系数：
1.,2.,1.,输入x值：
1.方程的结果为：   5.000000c1的结果：   2.000000     ! 发现实参c1的值也发生改变

采用INTENT(IN)属性防止出现形参修改：

FUNCTION my_func(x,a,b,c)  ! 函数，对形参修改进行控制
IMPLICIT NONEREAL,INTENT(IN)::x,a,b
REAL::my_func
REAL,INTENT(IN)::c     ! 采用INTENT(IN)防止修改形参
c=c+1                      ! 对形参进行修改
my_func = a*x**2 + b*x + c
END FUNCTION my_func

运行报错：

error #6780: A dummy argument with the INTENT(IN) attribute shall not be defined nor become undefined.   [C]

报错结果显示输入形参不能进行定义，它一定只能是输入的，不能在函数内部进行其它修改。

因此，函数应该从不修改自身的输入参数（因为可能会使输入参数的值发生改变，使得不符合预先设定的条件）。为了避免在编写函数过程中不经意地修改输入参数，应该总是使用INTENT(IN)属性来声明输入参数，具备友好的检测效果。

3) 函数自身作为参数传递

当函数a作为实参时，传递给过程A（如子例程）一个指向该函数a的指针。执行该过程A时，参数表中的函数a将作为形参进入到过程A的编译当中。

要想实现参数传递功能，必须要使用EXTERNAL属性，将函数声明为外部，此时编译器才会知道参数表中传递的是独立的已编译函数，而不是常规变量。

EXTERNAL属性需要在声明部分中使用，格式如下：

TYPE, EXTERNAL ::func_1 , func_2  !  TYPE是指具体数据类型

或者

EXTERNAL ::func_1 , func_2

4) 传递数组给函数

与子例程相同，共有三种方法，但同样建议使用显式结构和不定结构的形参数组，不使用不定大小的性参数组。具体使用实例不详述，把子例程换成是函数即可。

5) 可分配函数

函数的返回值允许有可分配属性。可以在函数内部中分配和释放，但在函数返回之前必须要分配并包含一个值。同时，需要结合显式接口。

可分配数组可以使用INTENT属性，但INTENT属性的具体参数可能会影响函数中的操作：

INTENT(IN)，在函数中不允许对可分配数组进行重分配或者释放内存空间；
INTENT(INOUT)，调用函数时，可以在函数中可以对可分配数组进行修改、释放内存、重分配等操作；
INTENT(OUT)，调用函数时，可分配数组在入口处被自动释放掉，相应的数据清除掉，可以在函数中对其进行操作。

例子：

取自《Fortran for Scientists and Engineers(4th) by Stephen J. Chapman》中的9-5例题，有少量修改，复制可运行。

PROGRAM test_allocatable_function    ! 主程序USE test_module
IMPLICIT NONEINTEGER :: n = 5            ! 数组要分配的数据个数
REAL,DIMENSION(:),ALLOCATABLE :: res       ! 自动化分配res = test_alloc_fun(n)     ! 调用函数
WRITE (*,'(A,20F4.1)') '调用函数后结果为：', res
END PROGRAM test_allocatable_function

MODULE test_module   ! 显式接口
CONTAINSFUNCTION test_alloc_fun(n)     ! 函数IMPLICIT NONEINTEGER,INTENT(IN) :: n           ! 返回元素的个数REAL,ALLOCATABLE,DIMENSION(:) :: test_alloc_fun    ! 可分配一维数组，旧版分配方式! 局部变量INTEGER :: i              ! 循环下标INTEGER :: istat              ! 分配状态! 获取状态，实际在这里并没有进行大小分配IF ( ALLOCATED(test_alloc_fun) ) THENWRITE (*,'(A)') '数组分配成功！'ELSEWRITE (*,'(A)') '数组分配失败！'END IF! 分配一个有n个元素的一维数组ALLOCATE(test_alloc_fun(n), STAT=istat )! 数组初始化DO i = 1, ntest_alloc_fun(i) = 6 - iEND DO! 显示数组的内容WRITE (*,'(A,20F4.1)') '在函数中结果为：', test_alloc_funEND FUNCTION test_alloc_fun
END MODULE test_module

相应的结果为：

数组分配失败！
在函数中结果为： 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0
调用函数后结果为： 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0