第三章 循环结构
单纯循环
3.1.1 GOTO语句实现循环
循环结构用于实现重复的算法。它是三种基本结构（顺序、选择、循环）之一，具有重复执行某一段语句的功能，因为它以DO作为关键字，所以又称DO构造。在程序中存在两类循环：无条件的循环和有条件的循环。无条件循环是无休止地执行一个程序段，而有条件的循环是在满足一定条件时才执行循环。
F77允许使用GOTO语句来实现转移。GOTO语句的一般形式为：GOTO (语句标号)。由于GOTO语句破坏了语句顺序执行的正常状况，不符合结构化原则，因此一般不提倡使用GOTO语句。只有在一个基本结构内部可以使用GOTO语句。利用GOTO语句可以实现循环处理。如果在逻辑IF语句中使用GOTO语句就可以实现有条件的循环，循环操作能够在一定条件下结束。
3.1.2有循环变量的DO构造
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)