Fortran之open,write,read,inquire,Namelist 使用

Fortran之open,write,read,inquire,Namelist 使用
1.文件读取的概念：
读取：“顺序读取”和“直接读取”。
保存：“文本文件”和“二进制文件”。
二进制文件：读取快，因为保存格式和数据在内存中的保存方法一样，同时也节省空间。
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2. 文件的操作：
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open的使用：使用open命令打开文件之后，就可以对文件来做输入输出。
example:
program ex0901
impicit none
open(unit=10, file='hello.txt') ! 打开hello.txt文件, unit指定文件代码，file指定文件名称。
write(10, *) "hello" !在代码为10的文件中写入hello
stop
end program ex0901

open中有很多参数可以使用，详细如下：
OPEN(UNIT=number, FILE='filename', FORM='...', STATUS='...', ACCESS='...', RECL=length, ERR=label, IOSTAT=iostat, BLANK='...', POSITION='...', ACTION=action, PAD='...', DELIM='...')

UNIT='number'： number必须是一个正整数，它可以使用变量或是常量来赋值。number最好避开1,2,5,6。因为2,6是默认的输出位置，也就是屏幕。1，5则是默认的输入位置，键盘。

FILE='filename'： 指定要打开的文件名称，文件名要符合系统规定。windows下不区分大小写，unix下则会区分大小写，最好不要使用中文文件名。

FORM='FORMATTED' OR 'UNFORMATTED'
FORM字段只有两个值可以设置：
FORM='FORMATTED' “文本文件”格式来保存
FORM='UNFORMATTED' “二进制文件”格式保存
这一栏不给定时候的默认值是: FORM='FORMATTED'

STATUS='NEW' or 'OLD' or 'SCRATCH' or 'UNKNOWN' 用来说明打开一个新的文件或已经存在的旧文件。
STATUS='NEW' 打开一个原本不存在的新文件
STATUS='OLD' 打开一个原来已经存在的文件
STATUS='REPLACE' 若文件已经存在则重新创建一次，原来的内容消失；若不存在则会创建新文件。
STATUS='SCRATCH' 表示要打开一个暂存文盘，这个时候可以不需要指定文件名称，也就是FILE这个一栏可以忽略。因为程序本身会自动取一个文件名，至于文件名是啥也不重要，因为暂存盘会在程序结束后自动删除。
STATUS='UNKNOWN' 由各编译器自定义。通常会同REPLACE的效果。
！这一栏不给定时，默认为STATUS='UNKNOWN'。

ACCESS='SEQUENTIAL' or 'DIRECT' 设置读写文件的方法：
ACCESS='SEQUENTIAL' 读写文件的操作会以“顺序”的方法来做读写，“顺序读取文件”。
ACCESS='DIRET' 读写文件的操作可以任意指定位置，“直接读取文件”。
！不赋值时候，默认为： ACCESS='SEQUENTIAL'。

RECL=length 在顺序读取文件中，RECL字段值用来设置一次可以读取多大

容量的数据。
打开“直接读取文件”，RECL＝length的length值是用来设置文件中每一个模块单元的分区长度。
length的单位在文本根式下为1个字符，也就是1 byte。在二进制格式下则由编译器自行决定，一般可能为1 byte (G77) 或 4 byte (Visual Fortran)。

ERR=LABEL 这个字段用来设置当文件打开发生错误时，程序会跳跃到LABEL所指定的行代码处来继续执行程序。

IOSTAT=var 这个字段会设置一个整数值给后面的整型变量，这是用来说明文件打开的状态，数值会有下面三种情况：
var>0 表示读取操作错误
var=0 表示读取操作正常
var<0 表示文件终了

BLANK='NULL' or 'ZERO' 用来设置输入数字时，当所设置的格式字段中有空格存在时所代表的意义。
BLANK='NULL'时，空格代表没有东西。BLANK='ZERO'时，空格部分会自动以0代入。

以下是Fortran 90添加的功能：
POSITION='ASIS' or 'REWIND' or 'APPEND' 设置文件打开时候的读写位置：
POSITION='ASIS' 表示文件打开时的读取的位置不特别指定，通常就是在文件的开头。是默认值。
POSITION='REWIND' 表示文件打开时的读取位置移到文件的开头。
POSITION＝'APPEND' 表示文件打开时的读取位置移到文件的结尾。

ACTION='READ' or 'WRITE' or 'READWRITE' 设置打开文件的读写权限：
ACTION='READWRITE' 表示所打开的文件可以用来读取及写入，这是默认值。
ACTION='READ' 表示所打开的文件只能用来读取数据。
ACTION='WRITE' 表示所打开的文件只能用来写入数据。

PAD='YES' or 'NO'
PAD='YES' 在格式化输入时，最前面的不足字段会自动以空格填满，默认值是PAD='YES'。
PAD='NO' 在格式化输入时，不足的字段不会自动以空格填满。

DELIM='APOSTEROPHE' or 'QUOTE' or 'NONE'
DELIM='NONE' 纯粹输出字符串内容
DELIM='QUOTE' 输出字符串内容会在前后加上双引号
DELIM='APOSTEROPHE' 输出字符串内容会在前后加上单引号
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WRITE & READ的使用（详细）：
WRITE/READ(UNIT=number, FMT=format, NML=namelist, REC=record, IOSTAT=stat, ERR=errlabel, END=endlabel, ADVANCE=advance, SIZE=size)

UNIT=number 指定read/write所使用的输入输出的位置。
FMT＝format 指定输入输出格式的使用。
NML=namelist 指定读写某个NAMELIST的内容（后续介绍）。
REC=record 在直接读取文件中，设置所要读写的文件的模块位置。
IOSTAT=stat 会设置一个数值给在它后面的变量，用来说明文件的读写状态。
stat>0 表示读取操作发生错误。
stat=0 表示读取操作正常。
stat<0 表示文件终了。
ERR=errlabel 指定

在读写过程中发生错误时，会转移到某个行代码来继续执行程序。
END=endlabel 指定在读写到文件末尾时，要转移到某个行代码来继续执行程序。

以下是fortran 90添加功能：
ADVANCE='YES' or 'NO' 设置在文本格式下的顺序文件中，每一次的READ,WRITE命令完成后，
读写 位置会不会自动想下移动一行。
ADVANCE='YES' 是默认的状态，每读写一次会向下移动一行。
ADVANCE='NO' 会暂停自动换行的操作。
！使用这个字段时候一定要设置输出入格式，在屏幕输出时可以使用这个设置来控制write命令是否会自动换行。
SIZE=count 在ADVANCE='NO'时，才可以使用这个字段。它会把这一次输出入的字符数目设置给后面的整型变量。
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查询文件的状态INQUIRE:
在使用open打开文件的前后，都可以通过inquire命令来查询文件目前的情况，inquire命令中的各个字段和第一小节中open的字段很类似。
example: !检查某个程序是否存在
program ex0903
implicit none
character(len=20) :: filename = "ex0903.f90"
logical alive

inquire(file=filename, exist=alive)
if(alive) then
write (*, *) filename, " exist."
else
write (*, *) filename, "doesn't exist."
end if
stop
edn program ex0903

详细介绍inquire的使用方法：
INQUIRE(UNIT=number, FILE=filename, IOSTAT=stat, ERR=label, EXIST=exist, OPENED=opened, NUMBER=number, NAMED=named, ACCESS=access, SEQUENTIAL=sequential, DIRECT=direct, FORM=form, FORMATTED=formatted, UNFORMATTED=unformatted, RECL=recl)

UNIT=number 文件代号
FILE=filename 文件名
IOSTAT=stat 查询文件读取情况，会设置一个整数给后面的变量：
stat>0 文件读取操作错误
stat=0 文件读取操作正常
stat<0 文件终了
ERR=errlabel 发生错误时会转移到复制的代码行继续执行程序。
EXIST=exist 检查文件是否存在，返回布尔变量，真表示存在，假值表示不存在。
OPEND=opened 检查文件是否用已经用open打开，返回布尔变量，真表示已经打开，假表示尚未打开。
NUMBER=number 用文件名来查询这个文件所给定的代码。
NAMED=named 查询文件是否取了名字，也就是检查文件是否为临时保存盘，返回值为逻辑数。
ACCESS=access 检查文件的读取格式，返回一个字符串，可以是：
'SEQUENTIAL' 代表文件使用顺序读取格式
'DIRECT' 代表文件使用直接读取格式
'UNDEFINED' 代表没有定义
SEQUENTIAL=sequential 查看文件是否使用顺序格式，会返回一个字符串，可以是：
'YES' 代表文件是顺序读取文件
'NO' 代表文件不是顺序读取文件
'UNKNOWN' 代表

不知道
DIRECT＝direct 查看文件是否使用直接格式，会返回一个字符串，可以是：
'YES' 文件是直接读取文件
'NO' 文件是非直接读取文件
'UNKNOWN' 代表不知道
FORM=form 查看文件的保存方法，返回字符串，可以是：
'FORMATTED' 打开的是文本文件
'UNFORMATTED' 打开的是二进制文件
'UNDEFINED' 没有定义
FORMATTED=fmt 查看文件是否是文本文件，返回字符串，可以是：
'YES' 本文件是文本文件
'NO' 本文件非文本文件
'UNDEFINED' 无法判断
UNFORMATTED=fmt 查看文件是否是二进制文件，返回字符串，可以是：
'YES' 本文件是二进制文件
'NO' 本文件非二进制文件
'UNKNOWN' 无法判断
RECL=length 返回open文件时recl栏的设置值。
NEXTREC=nr 返回下一次文件读写的位置。
BLANK=blank 返回值是字符串，用来查看open文件时的blank参数所给定的字符串值。
以下是fortran 90的添加功能：
POSITION=position 返回打开文件时position字段所给定的字符串, 可能是'REWIND',
'APPEND', 'ASIS', 'UNDEFINED'
ACTION=action 返回打开文件时action 字段所赋值的字符串，可能是'READ', 'WRITE',
'READWRITE'。
READ=read 返回字符串，检查文件是否为只读文件：
'YES' 文件是只读的
'NO' 文件不是只读的
'UNKNOWN' 无法判断
WRITE=write 返回一个字符串，检查文件是否可写入：
'YES' 文件可以写入
'NO' 文件不可以写入
'UNKNOWN' 无法判定
READWRITE=readwrite 返回一个字符串，检查文件是否可以同时读及写：
'YES' 文件可以同时读写
'NO' 文件不可以同时读写
'UNKNOWN' 无法判定
DELIM=delim 返回打开文件时，DELIM字段所设置的字符串，返回值可以是：
'APOSTROPHE', 'QUOTE', 'NONE', 'UNDEFINED'
PAD=pad 返回打开文件时PAD字段所设置的字符串，返回值可以是：'YES', 'NO'。

其他文件运行命令：
BACKSPACE(UNIT=number, ERR=errlabel, IOSTAT=iostat) 把文件读写位置退回一步。
ENDFILE(UNNIT=number, ERR=errlabel, IOSTAT=iostat)使用这个命令会把目前文件的读写位置变成文件的结尾。
REWIND(UNIT=number, ERR=errlabel, IOSTAT=iostat)把文件的读写位置倒回到文件开头。
CLOSE(UNIT=number, STATUS=string, ERR=errlabel, IOSTAT=) 把文件关闭，不要进行读写操作。
STAT='KEEP' 会在文件关闭后，保留这个文件。是默认状态。
STAT='DELETE' 在文件关闭后，消除这个文件。
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！程序结束时候会自动关闭文件，不过最好要养成自己关闭文件的习惯。
！在读文件的时候要懂得略掉一些没有必要的数据，如文件中的注释行。
！自由格式的数据文件读取（可以先读入前面的判断字符，结合select case或其他方法判断读入的数据）
！在open,read,write时使用不同的unit值，就可以打开多个文件。最好不要同时打开很多个文件。



顺序文件（SEQUENTIAL）：在读写时，不能任意赋值到文件的某个位置读写数据，只能从开头开始一步步向下进行。在改变文件读写位置时，只能一步步地退，或是直接移回到文件开头。
直接访问文件：把文件的空间，内容，事先分区成好几个同样大小的小模块，这些模块会自动安顺序编号。读写文件时，要先赋值文件读写位置在第几个模块，再进行读写的工作。直接访问文件可以任意到文件的任何一个地方来读写。在使用直接访问文件时，要小心使用endfile命令，使用这个命令会把目前所在的文件位置之后的数据都清除掉。
二进制文件的操作：使用二进制文件来做直接读取时，open命令中的recl字段所设置的整数n值所代表的大小会随编译器不同而改变。每个编译器应该都可以经过设置来改变recl字段的单位大小。二进制文件没有必要在数据之间用区分符号来增加文件的可读性，因为二进制文件本身就没有可读性。二进制文件是直接把内存的二进制数据写入文件，就没有所谓的格式化输入／出存在。存放“精确”及“大量”的数据时，使用二进制文件是比较好的选择。二进制文件也可以使用顺序格式来操作，顺序格式下显示来的二进制文件，每个数据的前后都会被编译器补上一些额外的信息，所生成的文件不太容易被其他程序读取。
关于以上文件操作详细见《fortran 95程序设计》9－3～9－5。


Internal File（内部文件）
使用写入文件的方法，把数据写到一个字符串变量中。
example:
a=2
b=3
character (len=20) :: string
write (unit=string, fmt="(I2,'+',I2,'=',I2)") a, b, a+b !把字符串变量当作输出的目的。
write(*, *) string
结果: 2+ 3= 5
还可以经过read命令从字符串读入数据：
integer :: a
character (len=20) :: string="123"
read(string, *) a
write(*, *) a
在某些情况下需要使用内部文件来设置数据：
使用read命令从键盘输入数据时，如果用户输入错误的数据，会导致死机。如需要输入整数时却输入英文字母，就可能会死机。比较好的处理办法是，程序先暂时把数据当作字符串读入，检查字符串中是否含有不合理的字符，如果字符串中都是0～9的数字字符，就把字符串转成整数，不然就请用户在输入一次。
内部文件还可应用在动态改

变输出格式，输出格式可以事先存放在字符串中，程序进行时，动态改变字符串内容就可以改变输出格式。（见书P263）

NAMELIST:
NAMELIST是很特殊的输入／输出方法，收录在f90标准当中，f90中有统一NAMELIST的格式。
NAMELIST可以把一组相关变量封装在一起，输入／出这一组变量时，只要在write/read中的NML字段赋值使用哪一个NAMELIST就行了。
example:
program ex0918
implicit none
integer :: a = 1, b = 2, c= 3
namelist /na/ a,b,c
write(*,nml=na)
stop
end program ex0918

&NA
A = 1,
B = 2,
C = 3,
/
程序中把a,b,c这三个变量放在名字叫做na的namelist中。namelist也算是声明的一部分，必须编写在程序执行命令前面。
NAMELIST的语法很类似COMMON，不过使用namelist时一定要取名字：
namelist /nl_name/ var1, var2, ... !后面的变量会放在nl_name这个namelist中。
封装好namelist后，在write的NML字段中指名要输出哪一个namelist，就可以把namelist中的变量全部输出。
write(*,nml=na) !输出na这个namelist
输出namelist时候不能赋值输出格式，f90标准中规定输出namelist时首先会输出符号&，后面紧接着这个namelist的名字。接着会根据顺序输出变量的名称，等号以及内容，变量之间用空格或逗号来做分隔，最后使用除号来作结束。
至于每个数值内容会使用何种格式输出由编译器自行决定。
NAMELIST也可以用来输入数据，不过通常都会用来读取文件，不会用在键盘输入。输入格式需要按照前面的格式。&na ....../ 不需要按照变量顺序输入，程序会自动按照变量名称来设置数值。变量甚至可以重复输入，不过变量会得到最后一次设置的数值。
namelist通常使用在文本文件的输入／输出中，使用read从文件中读取数据时，会自动从目前的位置向下寻找存放namelist的地方。
example:
program ex0920
implicit none
integer :: a(3)
namelist /na/ a

open(10, file="ex0920.txt")
read(10, nml=na)
write(*, "(3I2)") a
stop
end program
输入文件的内容如下：
happy birthday
&na a = 1,2,3/
程序打开时，读写位置在文件的开头，read命令会自动向下寻找na这个namelist的存放位置来读取数据，这边可以看到namelist处理数组的方法，它会在等号后面根据顺序显示数组内容。