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DCL:MATH１:概要:FORTRAN77規格について

1.5.2 不定の概念

FORTRAN 規格の基本的な概念に「不定」という概念がある. これは最も重要な概念の一つでありながら, 最もわかりにくい概念でもある. FORTRANを勉強したことのある人ならば, 文法書の中の

○○の時, 変数××は不定となる.

という記述を見て, 首をかしげた経験が1度はあると思う. 最初にこれを読むと, 「××に乱数が代入される」とか 「数値がメモリ上から消滅する」ということを想像してしまうが, 決してそういう意味ではない. 大抵の場合, ○○の時, ××がどうなるか, コンパイラはちゃんと知っている.

この奇怪な文章を理解するには, FORTRANの規格の文章が誰に対する文章であるかということを, よく理解しておく必要がある. FORTRAN規格というのは, 我々プログラマに対する文章であると同時に, FORTRANコンパイラをつくる人に対する文章でもある. したがって, この文章は2通りに翻訳できるように書いてあるのである. 上記の文章を, コンパイラをつくる人に対する文章に翻訳すれば,

○○の時, 変数××が占めていた記憶領域をどのように使ってもよい.

ということになり, 我々プログラマに対しては,

コンパイラをつくる人に, 上のように言ってしまったので, ××がどうなるかわからない.

ということになる.

もし, この文章をコンパイラを「作った人」から「使う人」へのメッセージだと 解釈してしまうと, 「自分で作っておきながら, わからない, どういうことだ」 と言いたくなってしまう. 特に, コンパイラに付属の文法書を読んでいると, そのような錯覚に落ちいりやすいが, FORTRANの文法書とはあくまでも,

 コンパイラを作る人と, それを使う人の 両者の責任関係を明確にするための法律

なのである.

「不定」とは逆に, 規格によって値が保証されている状態を「確定」という. 規格上, プログラムの中で引用できる変数は「確定」された変数だけである. 以下, 変数が「不定」となる例である.

• 変数が未定義のとき:

  これは, 最もわかり易い「不定」の場合である. 変数に値が代入なければ, 当然その変数にどのような値が入っているかわからない.
  
  

  コンパイラによっては全ての変数を初期化 (通常は0を代入) する ものもある. FORTRAN規格はあくまで「不定」である (どうしてもよい) ので, そのようなコンパイラでも規格に違反しているわけではない. しかし, これは規格によって保証されているものではなく, 一種の「方言」であるので, これに頼ってプログラムを書くと後で必ず後悔する.
  
  

  最初から変数に値を入れておきたい時にはDATA文を使う. 次の例を参照のこと.

• サブルーチンの中のRETURN文またはEND文を実行したとき:

  サブルーチンの中で使われる変数は, いくつかの例外を除いて, サブルーチンの実行が終了した段階で「不定」となる.
  
  

  これは少々わかりにくいが, 要するに, 同じサブルーチンを2回呼んだとき, 1回目で値が代入された変数を, 2回目に参照しようとしても, 1回目の値が保存されている保証はない, ということである.
  
  

  例えば, 次のプログラムを見て欲しい.

  
  

  *−−−−−− main program −−−−−-
        DO 100 I=1, 100
          CALL BEAT
    100 CONTINUE
        END
  *−−−−−−−−−−−−−−−−
        SUBROUTINE BEAT
        DATA N /0/
        SAVE
  
        N=N+1
        IF(N.EQ.10) THEN
          WRITE(6,*) ' I hate you !'
          N=0
        ENDIF
        END
  

  　

  このサブルーチンBEAT は呼ばれた回数(N)を覚えていて, 10回呼ばれるごとにメッセージを出力するものである.
  
  

  変数NはBEATが呼ばれる前に, DATA文によって 0 という値で確定している. BEATが1回呼ばれると, この変数Nに1が加えられるが, もし, 9行目のSAVE文がなければ, 16行目のEND文を実行した段階で, FORTRANの規定により Nは不定となる.
  
  

  SAVE文は, サブルーチン内の変数の値を サブルーチンの実行が終っても保持するように 指示する宣言文である. このプログラムのように変数Nの値が 次回の呼び出しまで保持されないと 正常に動かないようなプログラムでは必ず書かなければならない.
  
  

  コンパイラによっては (というより多くのコンパイラでは) サブルーチンの中で使われる局所変数を保存するが, これも「方言」である.
  
  

  ただし, DATA文で指定された変数は, その値が書き換えられない限り, RETURN文またはEND文を実行しても「不定」にはならない.
  
  

  因みに, 地球流体電脳ライブラリの GLpGET/GLpSETが, 掲示板の役目を果たせるのは, このDATA文とSAVE文のおかげである. (1.5.4節参照.)
  
  

  なお, SAVE文を指定すると, 通常, 実行ファイルのサイズは 大きくなるが, 実行速度は若干速くなることが多い.

• 異なる型の変数が結合しているとき:

  異なる型の変数がEQUIVALENCE文などにより結合しており, その一方の変数が確定したとき, もう一方の変数は不定となる. 例えば,
  
  

        INTEGER IX
        REAL    RX
        EQUIVALENCE (IX, RX)
        RX = 1.
        WRITE(6,*) IX
        END
  

  というプログラムで, 実変数 RX が代入されると, 整変数IXの値は不定となる. したがって, 不定の変数を引用しているWRITE文は, 文法違反である.
  
  

  しかし, この時IX は, ちゃんと「ある値」を持っている. ただし, 整数や実数の表現形式がコンパイラによって異なるため, この「ある値」が, どのような値になるかFORTRAN規格からは予測できないという意味で 「不定」なのである.
  
  

  したがって, 文法上このプログラムの結果はわからないが, 通常は正常に動作して「ある値」を書き出すことになる. (1.5.4節参照.)