Fluent UDF【4】：C語言

Fluent UDF利用的是C語言，本文簡單介紹在UDF中經常會用到的C語言常識。
本文部分內容來自UDF手冊。

1 C語言中的注釋

C語言中的注釋利用/*及*/來實現。例如:

/*這是一個注釋*/

注釋也可以跨行實現，如:

/*這是一個
跨行注釋*/

注意:在編寫UDF的過程中，不能把DEFINE宏(如DEFINE_PROFILE)放置在注釋中，否則會引起編譯錯誤

2 基本數據類型

Fluent UDF解釋器支持的標準C數據類型包括:

• int。整形，存儲形如1,2,3之類的整數。
• long。長整形。存儲數據與int類似，但范圍更廣。
• float。浮點型。存儲小數，如1.234等
• double。雙精度浮點型。與float類似。
• char。字符型，如'a','b','c'等。
  Fluent UDF中還有real型，其實這是Fluent自定義的數據類型，在雙精度求解器中，real類型與double類型相同，而在單精度求解器中，real類型等同于float類型。UDF自動進行轉換，因此在需要浮點數時，可以全部采用real類型。

3 常數

在C語言中可以利用#define來定義常數。需要注意的是，定義為常數類型后，該變量的值不能改變。如:

#define WALL_ID 5
#define YMIN 0.0
#define YMAX 0.4

這樣定義完畢后，WALL_ID的值不能再發生改變，因此如下的語句會引發編譯錯誤:

WALL_ID = WALL_ID +1 ;

4 變量

變量用于存儲數據。所有變量都包含類型、名稱以及值，有時候還包含存儲標記（如靜態變量和外部變量）。C語言中所有的變量在使用之前都必須聲明，這樣C編譯器才會知道該如何為此變量分配內存。

4.1 全局變量和局部變量

C語言中的全局變量定義在函數的外部，該變量可以被源文件中所有的函數引用。全局變量如果未被聲明為靜態變量的話，還可以被外部函數引用。如下例中的全局變量聲明：

#include "udf.h"
real volume; /*此處定義的是全局變量*/
DEFINE_ADJUST(vol,domain)
{/*此處可以訪問變量volume*/
}

局部變量一般定義在函數體內，其只在函數體內起作用，在函數體外無法被訪問到。如下程序中的局部變量定義。

DEFINE_PROPERTY(cell_viscosity, cell, thread)
{real mu_lam;      /*局部變量 */real temp = C_T(cell, thread);  /* 局部變量 */if (temp > 288.)mu_lam = 5.5e-3;else if (temp > 286.)mu_lam = 143.2135 - 0.49725 * temp;elsemu_lam = 1.;return mu_lam;
}

4.2 外部變量

當在某個源文件中定義了一個未加static的全局變量后，若想在另一個源文件中調用此變量，此時可以使用外部變量聲明來實現。采用如下聲明：

extern real volume;

注意：extern聲明只能用于編譯型UDF中。
以下是一個利用extern的案例。
假設在源文件file1.c中定義了全局變量：

#include "udf.h"
real volume;
DEFINE_ADJUST(compute_volume, domain)
{volume = ....
}

若其他的的源文件想要利用此全局變量volume， 此時可以創建頭文件，并將變量volume聲明為extern變量，如創建頭文件extfile.h，寫入內容：

extern real volume;

之后就可以在其他的源文件中使用此變量volume了，如在源文件file2.c中：

#include "udf.h"
#include "extfile.h"
DEFINE_SOURCE(heat_source,c,t,ds,eqn)
{real total_source = ...;real source;source = total_source/volume;return source;
}

溫馨提示：外部變量使用起來很麻煩也很容易出錯，如果對其不甚了解的話，建議不要使用。

4.3 靜態變量

靜態變量（聲明時添加static關鍵字）在用于局部變量或全局變量時具有不同的作用。局部變量被聲明為static時，當函數返回后變量并不銷毀，變量的值依舊被保留。
全局變量被聲明為static時，該變量能夠被此源文件中的所有函數調用，但不能被其他源文件中的函數調用。實際上是變量被隱藏了。
例如在文件mysource.c中有如下代碼：

#include "udf.h"
static real abs_coeff = 1.0; /*靜態全局變量*//* 此變量只能被本文件中的其他函數調用 */DEFINE_SOURCE(energy_source, c, t, dS, eqn)
{real source; /* 局部變量*/int P1 = ....; /* 局部變量*/
/*變量只能被當前函數調用，但在函數返回時變量并不釋放 */dS[eqn] = -16.* abs_coeff;source =-abs_coeff *(4.* SIGMA_SBC );return source;
}DEFINE_SOURCE(p1_source, c, t, dS, eqn)
{real source;int P1 = ...;dS[eqn] = -abs_coeff;source = abs_coeff *(4.* SIGMA_SBC);return source;
}

更多關于static的描述可參見文章[www.cnblogs.com/stoneJin/archive/2011/09/21/2183313.html] (www.cnblogs.com/stoneJin/archive/2011/09/21/2183313.html)
溫馨提示：與全局變量類似，靜態變量也盡量少用，容易造成不必要的麻煩。

5 用戶自定義數據類型

C語言允許用戶自己定義數據類型，通過使用結構體及typedef關鍵字。如定義類型：

typedef struct list
{int a;real b;int c;
}mylist;
mylist x,y,z;

上例定義了一個結構體類型mylist，并定義了三個結構體變量x,y,z。

6 強制轉換

在C語言中，有時需要對類型進行強制轉換，如將浮點型強制轉換為整形，如下例中。

int x =1;
real y=3.1415926;
int z=x+(int)y;

計算完畢后，z=4。

7 函數

C語言中的函數執行獨立的任務。函數能夠被同一源文件中的其他函數調用，也可以由源文件之外的函數調用。
函數定義包含函數名以及被傳遞給函數的零個或多個參數列表。函數包含一個包含在大括號內的主體，主體中包含執行任務的指令。 函數可以返回特定類型的值。
函數返回特定數據類型的值（例如，實數），如果類型為void，則不返回任何值。 要確定DEFINE宏的返回數據類型，可查看udf.h文件中宏的相應#define語句。

8 數組

C語言中數組變量定義為name[size]，其中name為數組變量的名稱，size為數組中存儲的單元數量。C語言中數組索引從0開始。

int a[10], b[10][10];
/*a
real rad[5];
a[0] = 1;
rad[4] = 3.14159265;
b[10][10] = 4;

9 指針

指針是一種存儲變量內存地址的變量。換句話說，指針是一個變量，這個變量指向另外一個變量的內存地址。指針變量的聲明:

int *ip;/*定義指針變量ip*/

定義了指針變量后，可以利用取址運算符將其他變量的地址賦予指針變量，如:

int *ip;
ip =&a;

也可以為指針變量賦值，如:

*ip =4;

當指針作為函數的參數，此時為傳址調用，在函數體內修改指針參數的值，會改變調用函數時傳遞的參數的值。此功能可以實現一個函數返回多個值。
如下的C程序:

#include <stdio.h>
int add(int *a,int b)
{int sum = 0;sum = *a + b;*a = 5;return sum;
}int main() {int *ip;int a = 1;int b = 2;int sum = 0;ip = &a;sum = add(ip,b);printf("sum=%d,a=%d\n",sum,a);return 0;
}

輸出結果:

sum=3,a=5

傳遞的參數值被函數體內的程序改變。

10 流程控制

C語言中可以用邏輯判斷和循環來進行流程控制。

10.1 if語句

if語句用于邏輯判斷。可寫成:

if(邏輯判斷表達式)
{語句塊;
}

例如:

if(q!=1)
{a=0;b=1;
}

若邏輯判斷存在多個分支，可以采用if-else結構。如:

if(x<0)
{y = x/50;
}
else(x>=0 && x<3)
{x=-x;y = x/25;
}
else
{x= 0;y = 0;
}

10.2 for循環

for語句常用于循環表達。

int i,j,n<=10;
for(i=1;i<n;i++)
{j = i*i;printf("%d%d\n",i,j)
}

11 操作符

常用的代數操作符:

= 賦值操作
+ 加法計算
- 減法計算
* 乘法運算
/ 除法運算
% 求模運算
++ 累加
-- 累減

常用的邏輯操作符:

 <  小于
<= 小于等于>  大于>=  大于等于==  等于!=  不等于

12 C庫函數

常用的三角函數:

double acos (double x);
double asin (double x);
double atan (double x);
double atan2 (double x, double y);
double cos (double x);
double sin (double x);
double tan (double x);
double cosh (double x);
double sinh (double x);
double tanh (double x);

常用的數學函數:

double sqrt (double x);
double pow(double x, double y);
double exp (double x);
double log (double x);
double log10 (double x);
double fabs (double x);
double ceil (double x);
double floor (double x);

一些常用的標準輸入輸出函數:

FILE *fopen(char *filename, char *mode);
int fclose(FILE *fp);
int printf(char *format,...);
int fscanf(FILE *fp, char *format,...);
int fscanf(FILE *fp, char *format,...);

更多的內容可參閱C語言教程。

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