Fluent UDF【4】：C语言

Fluent UDF利用的是C语言，本文简单介绍在UDF中经常会用到的C语言常识。

本文部分内容来自UDF手册。

1 C语言中的注释

C语言中的注释利用/*及*/来实现。例如:

/*这是一个注释*/

注释也可以跨行实现，如:

/*这是一个
跨行注释*/

注意:在编写UDF的过程中，不能把DEFINE宏(如DEFINE_PROFILE)放置在注释中，否则会引起编译错误

2 基本数据类型

Fluent UDF解释器支持的标准C数据类型包括:

• int。整形，存储形如1,2,3之类的整数。
• long。长整形。存储数据与int类似，但范围更广。
• float。浮点型。存储小数，如1.234等
• double。双精度浮点型。与float类似。
• char。字符型，如'a','b','c'等。
  
  Fluent UDF中还有real型，其实这是Fluent自定义的数据类型，在双精度求解器中，real类型与double类型相同，而在单精度求解器中，real类型等同于float类型。UDF自动进行转换，因此在需要浮点数时，可以全部采用real类型。

3 常数

在C语言中可以利用#define来定义常数。需要注意的是，定义为常数类型后，该变量的值不能改变。如:

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

这样定义完毕后，WALL_ID的值不能再发生改变，因此如下的语句会引发编译错误:

WALL_ID = WALL_ID +1 ;

4 变量

变量用于存储数据。所有变量都包含类型、名称以及值，有时候还包含存储标记（如静态变量和外部变量）。C语言中所有的变量在使用之前都必须声明，这样C编译器才会知道该如何为此变量分配内存。

4.1 全局变量和局部变量

C语言中的全局变量定义在函数的外部，该变量可以被源文件中所有的函数引用。全局变量如果未被声明为静态变量的话，还可以被外部函数引用。如下例中的全局变量声明：

#include "udf.h"
real volume; /*此处定义的是全局变量*/
DEFINE_ADJUST(vol,domain)
{
    /*此处可以访问变量volume*/
}

局部变量一般定义在函数体内，其只在函数体内起作用，在函数体外无法被访问到。如下程序中的局部变量定义。

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

4.2 外部变量

当在某个源文件中定义了一个未加static的全局变量后，若想在另一个源文件中调用此变量，此时可以使用外部变量声明来实现。采用如下声明：

extern real volume;

注意：extern声明只能用于编译型UDF中。

以下是一个利用extern的案例。

假设在源文件file1.c中定义了全局变量：

#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变量volume， 此时可以创建头文件，并将变量volume声明为extern变量，如创建头文件extfile.h，写入内容：

extern real volume;

之后就可以在其他的源文件中使用此变量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;
}

温馨提示：外部变量使用起来很麻烦也很容易出错，如果对其不甚了解的话，建议不要使用。

4.3 静态变量

静态变量（声明时添加static关键字）在用于局部变量或全局变量时具有不同的作用。局部变量被声明为static时，当函数返回后变量并不销毁，变量的值依旧被保留。

全局变量被声明为static时，该变量能够被此源文件中的所有函数调用，但不能被其他源文件中的函数调用。实际上是变量被隐藏了。

例如在文件mysource.c中有如下代码：

#include "udf.h"
static real abs_coeff = 1.0; /*静态全局变量*/
  /* 此变量只能被本文件中的其他函数调用 */

DEFINE_SOURCE(energy_source, c, t, dS, eqn)
{
   real source; /* 局部变量*/
   int P1 = ....; /* 局部变量*/
/*变量只能被当前函数调用，但在函数返回时变量并不释放 */
   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;
}

更多关于static的描述可参见文章[www.cnblogs.com/stoneJin/archive/2011/09/21/2183313.html] (www.cnblogs.com/stoneJin/archive/2011/09/21/2183313.html)

温馨提示：与全局变量类似，静态变量也尽量少用，容易造成不必要的麻烦。

5 用户自定义数据类型

C语言允许用户自己定义数据类型，通过使用结构体及typedef关键字。如定义类型：

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

上例定义了一个结构体类型mylist，并定义了三个结构体变量x,y,z。

6 强制转换

在C语言中，有时需要对类型进行强制转换，如将浮点型强制转换为整形，如下例中。

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

计算完毕后，z=4。

7 函数

C语言中的函数执行独立的任务。函数能够被同一源文件中的其他函数调用，也可以由源文件之外的函数调用。

函数定义包含函数名以及被传递给函数的零个或多个参数列表。函数包含一个包含在大括号内的主体，主体中包含执行任务的指令。 函数可以返回特定类型的值。

函数返回特定数据类型的值（例如，实数），如果类型为void，则不返回任何值。 要确定DEFINE宏的返回数据类型，可查看udf.h文件中宏的相应#define语句。

8 数组

C语言中数组变量定义为name[size]，其中name为数组变量的名称，size为数组中存储的单元数量。C语言中数组索引从0开始。

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

9 指针

指针是一种存储变量内存地址的变量。换句话说，指针是一个变量，这个变量指向另外一个变量的内存地址。指针变量的声明:

int *ip;/*定义指针变量ip*/

定义了指针变量后，可以利用取址运算符将其他变量的地址赋予指针变量，如:

int *ip;
ip =&a;

也可以为指针变量赋值，如:

*ip =4;

当指针作为函数的参数，此时为传址调用，在函数体内修改指针参数的值，会改变调用函数时传递的参数的值。此功能可以实现一个函数返回多个值。

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;
}

输出结果:

sum=3,a=5

传递的参数值被函数体内的程序改变。

10 流程控制

C语言中可以用逻辑判断和循环来进行流程控制。

10.1 if语句

if语句用于逻辑判断。可写成:

if(逻辑判断表达式)
{
    语句块;
}

例如:

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

若逻辑判断存在多个分支，可以采用if-else结构。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循环

for语句常用于循环表达。

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

11 操作符

常用的代数操作符:

= 赋值操作
+ 加法计算
- 减法计算
* 乘法运算
/ 除法运算
% 求模运算
++ 累加
-- 累减

常用的逻辑操作符:

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

12 C库函数

常用的三角函数:

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);

常用的数学函数:

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);

一些常用的标准输入输出函数:

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,...);

更多的内容可参阅C语言教程。

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