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第16章 ?数据文件的管理 固然，我们编制一个科学计算程序的目的是执行给定的计算，是描述一个通过算法而实现的对输入数据的计算的过程，而不只是简单的对数据的处理，但是这并不妨碍我们从信息处理的角度来看待这个过程。因为任何的计算，再简单也必定包含数据的输入与输出过程，更复杂的计算程序则还包含数据的缓存管理，不同程序单位之间的数据传递，特别是在程序的计算涉及到庞大的数据量时，例如在工程计算中常见的大数组等，更加不能依靠单纯的变量来管理庞大的数据量。 实际上分析一下我们自己进行计算的情形，就知道在计算过程当中进行数据管理同样是一件非常重要的事务，而按照计算机的从冯纽曼时代就已经给予奠基的基本模型来看，一台计算机的有效工作，依赖于指令流与数据流的有机合作，因此FORTRAN语言除了要描述计算，还要能够描述对于数据流的管理。 在前面我们已经讨论了FORTRAN程序的内部通讯问题，那种通讯完全是依赖变量机制来进行的，因为那种通讯都是紧密关联于计算的通讯，直接在变量之间进行数据值的交换能够保证计算的效率和速度。但是一旦计算所涉及的数据量非常庞大，而计算过程对于数据的输入与输出要求更加复杂时，变量机制就不足以承担数据处理的功能，因此FORTRAN提供了单独的输入输出语句以及文件的概念，来实现对数据流的输入输出的管理。 除了作为面向程序自身的数据输入输出管理的功能之外，一个FORTRAN程序的完整运行还必须包括程序与人的交互，而一旦涉及到机器与人的交互，自然要求任何数据都必须以适宜于人的辨识与处理的格式出现于一定的物理媒质上，这就是输入与输出的编辑问题，将是下章所要讨论的内容，本章则只说明FORTRAN所提供的输入输出处理语句。 FORTRAN用于处理与管理输入输出数据的语句分为如下四大类： ●??? 文件联结语句。 包括OPEN语句和CLOSE语句。 ●??? 数据传输语句。 这一类语句又可以分为2个小类别： ●??? 据传输输入语句，包括READ语句。 ●??? 据传输输出语句，包括WRITE语句和PRINT语句。 ●??? 文件定位语句。 包括BACKSPACE语句，ENDFILE语句以及REWIND语句。 ●??? 文件查询语句。 包括INQUIRE语句。 这些语句所要实现的首要的功能，就是控制数据的输入与输出，即数据从外部媒质到内存，或从内部文件到内存的输入，以及数据从内存到外部媒质，或从内存到内部文件的输出。然后就是辅助性的用来操纵外部媒质，以及描述或查询文件与外部媒质的联结属性的功能。下面在给出FORTRAN管理数据输入输出的一般概念之后，再分别详细讨论这些语句。 16.1? 输入输出管理的数据单位 FORTRAN对于输入输出数据进行管理的基本单位概念是纪录以及纪录组成的文件，因此下面我们分别讨论纪录与文件概念。 16.1.1 ?纪录 FORTRAN的变量一次只能存储一个数据值，显然不足以用来进行有效的数据管理，因此FORTRAN建立了专门的用来有组织地存储任意数量的数据的概念，即文件。 文件由一个纪录的序列组成，而纪录是一种逻辑形式上的单位，可以是终端或打印输出上显示的一行，也可以是外部存储器上的一个逻辑纪录，尽管纪录总是与各种物理形式的数据单位保持一定的对应，但实际上是与具体的物理表现形式无关的，因为纪录本质上是一个语法上的概念。实际上在FORTRAN里面并不存在物理纪录的概念。 组成一个文件的纪录从语法地位上分为如下两种： ●??? 数据纪录； ●??? 文件终止纪录。 所谓数据纪录就是作为文件的数据内容的纪录，而文件终止纪录则纯粹是一个语法意义上的纪录，它不包含任何数据内容，只是用来标志一个文件的终止。因此文件终止纪录只能用作文件的最后一个纪录，并且没有长度的属性。 由于计算机本质上的串行工作模式，纪录同样是一个串行序列的结构，该序列的单位就是数据值，即一个数据值的序列组成一个纪录。 对于数据纪录来说，其中的数据值可以有如下两种表示形式： ●??? 无格式数据； ●??? 格式化数据。 所谓数据的是否具有格式，完全是针对人而言的，即具有格式的数据就是把数据转化为便于人的阅读的字符型数据表示形式，也就是文字与数字，或者说ASCII编码形式；而所谓无格式数据就是FORTRAN程序自身所实际处理的数据的在物理层面上的表示形式，一般都是二进制表示的数字形式。对于计算机来说，世界上的任何形式的信息，终归都要表示为这种形式的数据。 一个FORTRAN程序所涉及到的任何数据，在该程序运行时，无论是作为运行的结果还是作为运行的初始值，它写入到内存当中，或从内存当中读出，或者是从内存到硬盘的输入输出，数据流里面的数据都是无格式数据。 而一旦数据需要人的阅读，就必须把二进制数据形式转换为能够被人阅读的字符形式，实际上我们编写的源码就是这种形式的