通過寫「猜數字」遊戲學習 Fortran

Fortran 77 是我學習的第一門編譯型編程語言。一開始時，我自學了如何在 Apple II 上用 BASIC 編寫程序，後來又學會在 DOS 上用 QBasic 編寫程序。但是當我去大學攻讀物理學時，我又學習了 Fortran。

Fortran 曾經在科學計算中很常見。曾幾何時，所有計算機系統都有一個 Fortran 編譯器。Fortran 曾經像今天的 Python 一樣無處不在。因此，如果你是像我這樣的物理學專業學生，在 1990 年代工作，那你肯定學習了 Fortran。

我一直認為 Fortran 與 BASIC 有點相似，所以每當我需要編寫一個簡短程序，來分析實驗室數據或執行其他一些數值分析時，我都會很快想到 Fortran。我在空閑時用 Fortran 編寫了一個「猜數字」遊戲，其中計算機會在 1 到 100 之間選擇一個數字，並讓我猜這個數字。程序會一直循環，直到我猜對了為止。

「猜數字」程序練習了編程語言中的幾個概念：如何為變數賦值、如何編寫語句以及如何執行條件判斷和循環。這是學習新編程語言時一個很好的的實踐案例。

Fortran 編程基礎

雖然 Fortran 這些年來一直在更新，但我最熟悉的還是 Fortran 77，這是我多年前學習的實現版本。Fortran 是程序員還在打孔卡上編程的年代創建的，因此「經典」 Fortran 僅限於處理可以放在打孔卡上的數據。這意味著你只能編寫符合以下限制條件的經典 Fortran 程序（LCTT 譯註：後來的 Fortran 95 等版本已經對這些限制做了很大的改進，如有興趣建議直接學習新版）：

• 每張卡只允許一行源代碼。
• 僅識別第 1-72 列（最後八列，73-80，保留給卡片分類器）。
• 行號（「標籤」）位於第 1-5 列。
• 程序語句在第 7-72 列。
• 要表示跨行，請在第 6 列中輸入一個連續字元（通常是 +）。
• 要創建注釋行，請在第 1 列中輸入 C 或 *。
• 只有字元 A 到Z（大寫字母）、0 到9（數字）和特殊字元 = + - * / ( ) , . $ ' : 和空格能夠使用。

雖然有這些限制，你仍然可以編寫非常有用和有趣的程序。

在 Fortran 中猜數字

通過編寫「猜數字」遊戲來探索 Fortran。這是我的實現代碼：

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

如果你熟悉其他編程語言，你大概可以通過閱讀源代碼來弄清楚這個程序在做什麼。前三行是注釋塊，表示程序的功能。第四行 PROGRAM GUESSNUM 將其標識為一個 程序 program ，並由最後一行的 END 語句關閉。

定義變數後，程序會提示用戶輸入隨機數種子。Fortran 程序無法從操作系統初始化隨機數生成器，因此你必須始終使用「種子」值和 SRAND 子程序 subroutine 啟動隨機數生成器。

Fortran 使用 RAND(0) 函數生成 0 到 0.999…… 之間的隨機數。參數 0 告訴 RAND 函數生成一個隨機數。將此隨機數乘以 100 以生成 0 到 99.999…… 之間的數字，然後加 1 得到 1 到 100.999…… 之間的值。INT 函數將結果截斷為整數；因此，變數 NUMBER 就是一個介於 1 到 100 之間的隨機數。

程序會給出提示，然後進入一個循環。Fortran 不支持更現代的編程語言中可用的 while 或 do-while 循環（LCTT 譯註：Fortran 95 等新版支持，也因此在一定程度上減少了 GOTO 的使用）。相反，你必須使用標籤（行號）和 GOTO 語句來構建自己的循環。這就是 READ 語句有一個行號的原因：你可以在循環末尾使用 GOTO 跳轉到此標籤。

穿孔卡片沒有 <（小於）和 >（大於）符號，因此 Fortran 採用了另一種語法來進行值比較。要測試一個值是否小於另一個值，請使用 .LT.（小於）。要測試一個值是否大於另一個值，請使用 .GT.（大於）。等於和不等於分別是 .EQ. 和 .NE.。

在每次循環中，程序都會驗證用戶的猜測值。如果用戶的猜測值小於隨機數，程序列印 TOO LOW，如果猜測大於隨機數，程序列印 TOO HIGH。循環會一直持續，直到用戶的猜測值等於目標隨機數為止。

當循環退出時，程序列印 THATS RIGHT! 並立即結束運行。

$ 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!

每次運行程序時，用戶都需要輸入不同的隨機數種子。如果你總是輸入相同的種子，程序給出的隨機數也會一直不變。

在其他語言中嘗試

在學習一門新的編程語言時，這個「猜數字」遊戲是一個很好的入門程序，因為它以非常簡單的方式練習了幾個常見的編程概念。通過用不同的編程語言實現這個簡單的遊戲，你可以弄清一些核心概念以及比較每種語言的細節。

你有最喜歡的編程語言嗎？如何用你最喜歡的語言來編寫「猜數字」遊戲？跟隨本系列文章來查看你可能感興趣的其他編程語言示例吧。

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

作者：Jim Hall 選題：lujun9972 譯者：unigeorge 校對：wxy

本文由 LCTT 原創編譯，Linux中國 榮譽推出

本文轉載來自 Linux 中國: https://github.com/Linux-CN/archive