第二章.UDF的C语言基础

 （翻译不易，辛苦点赞）

本章介绍了UDF的C语言基础

2.1引言

2.2注释你的C代码

2.3FLUENT中的C数据类型

2.4常数

2.5变量

2.6自定义数据类型

2.7强制转换

2.8函数

2.9数组

2.10指针

2.11声明

2.12常用C操作符

2.13C库函数

2.14用#define实现宏置换

2.15用#include实现文件包含

2.16与FORTRAN比较

2.1引言

本章介绍了C语言的一些基本信息，这些信息对处理FLUENT的UDF很有帮助。本章首先假定你有一些编程经验而不是C语言的初级介绍。本章不会介绍诸如while-do循环，联合，递归，结构以及读写文件的基础知识。如果你对C语言不熟悉可以参阅C语言的相关书籍。

2.2注释你的C代码

熟悉C语言的人都知道，注释在编写程序和调试程序等处理中是很重要的。注释的每一行以“/*”开始，后面的是注释的文本行，然后是“*/”结尾

如：/* This is how I put a comment in my C program   */

2.3FLUENT的C数据类型

FLUENT的UDF解释程序支持下面的C数据类型：

Int：整型

Long：长整型

Real：实数

Float：浮点型

Double：双精度

Char：字符型

注意：UDF解释函数在单精度算法中定义real类型为float型，在双精度算法宏定义real为double型。因为解释函数自动作如此分配，所以使用在UDF中声明所有的float和double数据变量时使用real数据类型是很好的编程习惯。

2.4常数

        常数是表达式中所使用的绝对值，在C程序中用语句#define来定义。最简单的常数是十进制整数（如：0，1，2）包含小数点或者包含字母e的十进制数被看成浮点常数。按惯例，常数的声明一般都使用大写字母。例如，你可以设定区域的ID或者定义YMIN和YMAX如下：#define WALL_ID 5#define YMIN 0.0#define YMAX 0.4064

2.5变量

变量或者对象保存在可以存储数值的内存中。每一个变量都有类型、名字和值。变量在使用之前必须在C程序中声明。这样，计算机才会提前知道应该如何分配给相应变量的存储类型。

2.5.1声明变量

变量声明的结构如下：首先是数据类型，然后是具有相应类型的一个或多个变量的名字。变量声明时可以给定初值，最后面用分号结尾。变量名的头字母必须是C所允许的合法字符，变量名字中可以有字母，数字和下划线。需要注意的是，在C程序中，字母是区分大小写的。下面是变量声明的例子：

int n;                   /*声明变量n为整型*/int i1, i2;                /*声明变量i1和i2为整型*/float tmax = 0.;           /* tmax为浮点型实数，初值为0 */real average_temp = 0.0;   /* average_temp为实数，赋初值为0.1*/

2.5.2局部变量

局部变量只用于单一的函数中。当函数调用时，就被创建了，函数返回之后，这个变量就不存在了，局部变量在函数内部（大括号内）声明。在下面的例子中，mu_lam和temp是局部变量。

DEFINE_PROPERTY(cell_viscosity, cell, thread){  real mu_lam;  real temp = C_T(cell, thread);   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;}

2.5.3全局变量

全局变量在你的UDF源文件中是对所有的函数都起作用的。（调用一个UDF源文件可能会包括一系列的连接函数。）它们是在单一函数的外部定义的。全局变量一般是在预处理程序之后的文件开始处声明。

2.5.4外部变量

如果全局变量在某一源代码文件中声明，但是另一个源代码的某一文件需要用到它，那么你必须在另一个文件中声明它是外部变量。外部变量的声明很简单，你只需要在变量声明的最前面加上extern即可。如果有几个文件涉及到该变量，最方便的处理方法就是在头文件（.h）中加上extern的定义，然后在所有的.c文件中引用该头文件即可。只有一个.c文件应该包括没有extern关键字的变量声明，如下所示。注意：extern只用于编译过的UDF。

例子：

/* filea.h  *//*包含外部定义的头文件*/extern real volume;/* filea.c  *//*调用头文件filea.h中声明的volumn的C函数*/#include "udf.h"#include "filea.h"real volume;DEFINE_ADJUST(compute_volume, domain){   /*计算某些区域volumn的代码*/   volume = ....}/* fileb.c  *//*调用头文件filea.h中声明的volumn的另一个C函数*/#include "udf.h"#include "filea.h"DEFINE_SOURCE(heat_source,c,t,ds,eqn){   /* 用总数来计算每个单位体积的源项的代码*/   /*fliea.c的compute_volum计算出的volume*/   real total_source = ...;   real source;   source = total_source/volume;   return source;}

2.5.5静态变量

static声明对于全局变量和局部变量的影响是不一样的。静态局部变量在函数调用返回之后，该变量不会被破坏。静态全局变量则在定义该变量的.c源文件之外对任何函数保持不可见。静态声明也可以用于函数，使该函数只对定义它的.c源文件保持可见。下面是静态全局变量声明的例子。注意：extern只用于编译过的UDF。

例子：

#include "udf.h"static real abs_coeff = 1.0;   /* 吸收系数*/real source;DEFINE_SOURCE(energy_source, c, t, dS, eqn){ int P1 = ....; dS[eqn] = -16.* abs_coeff * SIGMA_SBC * pow(C_T(c,t),3.); source =-abs_coeff *(4.* SIGMA_SBC * pow(C_T(c,t),4.) - C_UDSI(c,t,P1)); return source;}DEFINE_SOURCE(p1_source, c, t, dS, eqn){ int P1 = ...; dS[eqn] = -abs_coeff;  source = abs_coeff *(4.* SIGMA_SBC * pow(C_T(c,t),4.) - C_UDSI(c,t,P1)); return source;}

2.6自定义数据类型

C还允许你用结构和typedef创建自定义数据类型。下面是一个结构列表的定义。注意：typedef只用于编译过的UDF。

例子：

typedef struct list{                 int a;                 real b;                 int c;}mylist;                           /* mylist为类型结构列表*/mylist x,y,z;                       /* x,y,z为类型结构列表*/

2.7强制转换

你可以通过强制转换将某一数据类型转换为另一种。强制由类型来表示，其中的类型包括int，float等等，如下例所示：

int x = 1;real y = 3.14159;int z = x+((int) y);       /* z = 4 */

2.8函数

函数是用完成一定任务的一系列语句。在定义该函数的同一源代码中，这些任务可能对其它的函数有用，也可能会被用于完成源文件以外的函数中。每个函数都包括一个函数名以及函数名之后的零行或多行语句，其中有大括号括起来的函数主体可以完成所需要的任务。函数可以返回特定类型的数值。C函数通过数值来传递数据。

函数有很多数据类型，如real，void等，其相应的返回值就是该数据类型，如果函数的类型是void就没有任何返回值。要确定定义UDF时所使用的DEFINE宏的数据类型你可以参阅udf.h文件中关于宏的#define声明一节，也可以参阅附录A的列表。

!! C函数不能改变它们的声明，但是可以改变这些声明所指向的变量。

2.9 数组

数组的定义格式为：名字[数组元素个数]，C数组的下标是从零开始的。变量的数组可以具有不同的数据类型。

例子

int a[10], b[10][10];

real radii[5];

a[0] = 1;                  /* 变量a为一个一维数组*/

radii[4] = 3.14159265;       /*变量radii为一个一维数组*/

b[10][10] = 4;              /*变量b为一个二维数组*/

2.10指针

指针变量的数值是其它变量存储于内存中的地址值。C程序中指针变量的声明必须以*开头。指针广泛用于提取结构中存储的数据，以及在多个函数中通过数据的地址传送数据。

例如：int *ip;

本语句声明了一个指向整型变量的指针变量ip。此时你可以为指针变量分配一个地址值了。现在假定你要将某一地址分配给指针ip，你可以用取地址符&来实现。例如：

ip = &a;

就分配给指针ip变量a的地址值了。

要得到指针变量所指向的单元的值，你可以使用：

*ip

你还可以为指针ip所指向的变量赋值，例如：

*ip = 4;

将4赋给指针ip所指向的变量。下面是使用指针的例子：

int a = 1;

int *ip;

ip = &a;                /* &a返回了变量a的地址值*/

printf("content of address pointed to by ip = %d\n", *ip);

*ip = 4;                /* a = 4  */

printf("now a = %d\n", a);

在上面的语句中，整型变量赋初值为1。然后为整型变量声明一个指针。然后整型变量a的地址值分配给指针ip。然后用*ip来输出指针ip所指向的值（该值为1）。然后用*ip间接的给变量a赋值为4。然后输出a的新值。指针还可以指向数组的起始地址，在C中指针和数组具有紧密的联系。

2.10.1 作为函数自变量的指针

C函数可以通过指针进入和修改它们的自变量。在FLUENT中，线程和域指针是UDF常用的自变量。当你在UDF中指定这些自变量时， FLUENT解算器会自动将指针所指向的数据传送给UDF，从而使你的函数可以存取解算器的数据（你不必声明作为自变量从解算器传送给UDF的指针）。例如，某一传送给指定（由DEFINE_PROFILE宏来定义的）自定义轮廓UDF的自变量是一个指向应用于边界条件的线程的指针。DEFINE_PROFILE函数会存取线程指针所指向的数据。

2.11 控制语句

你可以使用控制语句，如if, if-else和循环来控制C程序中语句的执行顺序。控制语句决定了程序序列中下一步该执行的内容

2.11.1 if语句

if语句是条件控制语句的一种。格式为：

 if (逻辑表达式)

     {语句}

其中逻辑表达式是判断条件，语句是条件满足时所要执行的代码行。

例子

if (q != 1)

     {a = 0; b = 1;}

2.11.2 if-else语句

if-else语句是另一种条件控制语句。格式为：

if (逻辑表达式)

  {语句}

else

  {语句}

如果逻辑表达式条件满足，则执行第一个语句，否则执行下面的语句。

例子

if (x < 0.)

  y = x/50.;

else

  {

   x = -x;

   y = x/25.;

  }

下面是等价的FORTRAN代码，大家可以比较一下：

       IF (X.LT.0.) THEN

         Y = X/50.

       ELSE

         X = -X

         Y = X/25.

       ENDIF

2.11.3 for循环

for循环是C程序最为基本的循环控制语句。它和FORTRAN中的do循环很类似。格式为：

for (起点;终点;增量)

    {语句}

其中起点是在循环开始时执行的表达式；终点是判断循环是否结束的逻辑表达式；增量是循环迭代一次之后执行的表达式（通常是增量计数器）。

例子：

/* 输出整数1-10及它们的平方*/

int i, j, n = 10;

for (i = 1 ; i