Programovací jazyk Fortran - popis, základní příkazy a funkce. Fortran programovací jazyk

Poprvé jsem o Fortranu slyšel v raném dětství od svého otce. Řekl, že v 70. letech musel stát hodiny ve frontě u téměř jediného počítače na univerzitě, aby mohl spustit primitivní kód pomocí děrného štítku. Abych byl upřímný, od té doby a až donedávna (navzdory svému technickému vzdělání) jsem si byl zcela jistý, že Fortran zůstal někde daleko, ve světě, kde podivné lepenkové krabice s dírami fungují jako nosiče informací a počítače jsou tak drahé, že jsou vnímány jako skutečnou atrakci.

Jaké bylo moje překvapení, když jsem zjistil, že Fortran se nepoužívá jen tak někde jinde, ale vyvíjí se, je žádaný a stále aktuální. Pokud jste také do této chvíle věřili, že Fortran je už dávno mrtvý muž, tak tady je pár zajímavosti Proč pořád chodí?

Přežil alespoň 10 aktualizací

Ve skutečnosti Fortran, o kterém slyšíte od učitelů ve škole nebo na univerzitě, vznikl v letech 1954 až 1957. Do historie se zapsal jako první plně implementovaný jazyk. vysoká úroveň, udělal malý průlom ve světě IT, ale ve skutečnosti to nebylo příliš pohodlné a funkční. IBM to začalo „dokončovat“ téměř okamžitě, již v roce 1958 se objevil FORTRAN II a paralelně FORTRAN III. Víceméně slušný vzhled ale získal až v 70. letech, kdy se objevily dostatečně přenosné stroje, kdy byl vyvinut plnohodnotný standard IBM FORTRAN IV a FORTRAN 66 se objevil se smyčkami, štítky, podmíněnými příkazy, I/O příkazy a ostatní podle moderních standardů primitivní možnosti.

Nejnovější verze se objevila v roce 2010, jmenuje se Fortran 2008 (jak můžete vidět, v průběhu historie se název přestal psát výhradně velká písmena), jehož charakteristickým rysem jsou všechny druhy paralelní počítání, což pozitivně ovlivňuje jak rychlost zpracování dat, tak rozměry zpracovávaných polí. Fortran 2015 má navíc vyjít v roce 2018. Z oznámení vyplývá, že zlepší integraci s C, stejně jako odstraní současné nedostatky.

Zahrnuto ve 30 nejpopulárnějších programovacích jazycích

K dnešnímu dni 0,743 % dotazů v vyhledávače pokud jde o programovací jazyky, věnuje se konkrétně Fortranu. Abyste si udělali představu o tom, jak je to skvělé, představte si, že jazyky jako Lisp, Scala, Clojure, LabVIEW, Haskell, Rust a VHDL jsou umístěny níže.

Může fungovat na Androidu (a nejen)

Kompilátory pro Fortan byly vyvíjeny v průběhu své dlouhé historie společnostmi jako IBM, Microsoft, Compaq, HP, Oracle, díky čemuž je dnes jazyk kompatibilní s Windows, Mac OS a Linux. Navíc, šikovná aplikace s kompilátorem si nyní můžete vzít s sebou díky aplikaci CCTools pro Android. Kompilátor můžete spustit i na svém iPhonu, ale v tomto případě je potřeba kouzlit.

Konkuruje MATLABu

Zatím v tomto textu nebylo řečeno to hlavní, a to rozsah Fortranu. Toto je jazyk žádaný ve vědě a inženýrství, plně nebo částečně používaný pro předpovědi počasí, oceánografii, molekulární dynamiku, seismologické analýzy. Obecně se jedná o skutečný jazyk „Data Science“, který pochází z doby, kdy se kalkulačka poprvé začala masově prodávat.

Zároveň stojí za to uznat, že Fortran vděčí za část své popularity dědictví. Během let si jazyk prakticky bez konkurence získal obrovskou základnu klientů, knihoven a doplňků. Každá další verze Fortranu navíc nevyhnutelně podporuje ty předchozí. Proto nastala situace, kdy neexistují žádné významné faktory, aby byli vědci a inženýři nuceni tento svazek opustit.

Ve skutečnosti je dnes hlavním konkurentem Fortranu MATLAB, který je všestrannější, funkčnější a pohodlnější. MATLAB má však zároveň přísná omezení na používaný software, je poměrně drahý a ve většině případů je jednoduše nadbytečný.

Má relativně světlou budoucnost

Samozřejmě nemůžeme předvídat, co se stane za 10–20 let a jak se svět IT během této doby změní. Při pohledu na možné nové konkurenty pro Fortran (jako je Go) je však jejich hlavní nevýhodou zobecnění. Tedy velmi rychle nastínili tvůrci Fortranu cílová skupina jako vědců mají jejich názory a přání přednost. Proto je těžké si představit, že se zítra vzdají své „zvláštní objednávky“ kvůli nějakému módnímu trendu. Právě na základě toho lze tvrdit, že další generace Fortranu směle odchází.

A pak prostě vydají novou verzi.

Ministerstvo školství a vědy Ruské federace

Uralská federální univerzita

pojmenovaný po prvním ruském prezidentovi

ZÁKLADY PROGRAMOVÁNÍ

FORTRAN

Tutorial

Jekatěrinburg

Úvod. 3

Historický odkaz. 5

Struktura programu.. 8

Rozdíly mezi Fortranem 90 a Fortranem 77. 11

Přístup k výpočetním zdrojům. 15

Spouštění úloh v clusteru. 17

Přepište texty programů na serveru. 17

Kompilace programů. 17

Spuštění programu na účtu. 19

Typy dat. 22

Celočíselná konstanta. 22

Skutečná konstanta. 23

Skutečná konstanta s dvojnásobnou přesností. 23

komplexní konstanta. 23

Komplexní konstanta s dvojnásobnou přesností. 24

Booleovská konstanta. 24

Textová konstanta. 24

Operátory pro popis datových typů. 26

INTEGER celočíselný typ. 26

SKUTEČNÁ a DVOJNÁSOBNÁ PŘESNOST skutečný typ. 27

Komplexní a DVOJKOMPLEXNÍ komplexní typ. 28

typ znaku CHARACTER. 29

LOGICAL typu boolean. 29

ROZMĚRY polí. třicet

Atribut PARAMETR.. 32

Různé vestavěné datové typy. 35

Výrazy, operace a přiřazení. 36

Aritmetické výrazy. 36

Vztahové výrazy. 37

Booleovské výrazy. 38

Pravidla pro hodnocení výrazů. 38

I/O operátory. 39

Vstupní operátor DATA.. 39

Vstupní příkaz ČTĚTE.. 40

Výstupní příkaz WRITE. 41

Operátor výstupu obrazovky PRINT. 42

Příkaz I/O formátu (FORMAT) 43

Specifikace X, T. 43

Specifikátor I 44

Separátory. 45

Specifikace F.46

Opakovače. 49

Specifikace E.50

Specifikace G.. 51

Datové deskriptory. 52

Operátoři podmínek. 53

Podmíněný logický operátor. 53

Operátor aritmetických podmínek. 57

konstrukce SELECT CASE. 60

Operátoři smyčky. 62

Příkaz smyčky DO.. 62

Příkaz cyklu DO WHILE. 64

příkaz STOP. 65

Příkaz exit ze smyčky EXIT. 66

Operátoři skoků. 67

Operátor skoku na hranici GOTO.. 67

Vypočítaný příkaz skoku GOTO.. 67

Operátor podmíněného skoku, POKUD … GOTO.. 68

Práce s poli. 69

Vstup pole. 69

Výstup pole. 71

Zpracování pole. 73

Podprogramy.. 76

Operátor funkce. 78

Funkce podprogramu FUNKCE.. 81

Podprogram-procedura PODPROGRAM. 83

Pracovat s externí soubory. 85

Otevřený operátor Otevřít soubor.. 85

Příkaz zavření souboru CLOSE. 86

Příklady práce se soubory. 86

Literatura. 89

Úvod

Charakteristickým rysem paralelních počítačů je možnost současného využití velkého počtu procesorů pro zpracování informací. Použití multiprocesoru výpočetní systémy(MIS) si klade dva úkoly pro konstrukci paralelních algoritmů: paralelizaci stávajících sekvenčních algoritmů a tvorbu nových algoritmů se zaměřením na paralelní výpočetní systémy.

Nejběžnější programovací technologie pro paralelní počítače s distribuovanou pamětí je v současnosti MPI. Hlavním způsobem interakce paralelních procesů v takových systémech je přenos zpráv mezi sebou. To se odráží i v názvu této technologie – Message Passing Interface (Message Passing Interface). Standard MPI opravuje rozhraní, které musí dodržovat jak programovací systém na každé výpočetní platformě, tak uživatel při vytváření svých programů. Komunikační knihovna MPI se stala všeobecně uznávaným standardem v paralelním programování využívajícím mechanismus předávání zpráv.

Program MPI je sada nezávislých procesů, z nichž každý provádí svůj vlastní vlastním programem(ne nutně totéž) napsané v C nebo FORTRAN. Ve FORTRANu je většina rutin MPI podprogramy (volané Operátor CALL) a chybový kód je vrácen prostřednictvím volitelného posledního parametru procedury. Několik procedur navržených jako funkce nevrací kód chyby. Není potřeba striktně dodržovat velikost písmen v názvech podprogramů a pojmenovaných konstant. Pole jsou indexována od 1. Objekty MPI, což jsou struktury v C, jsou ve FORTRANu reprezentovány jako pole typu integer.

IMM je naprogramován ve Fortranu. Hlavním problémem při jeho použití pro velké úkoly je koordinace interakce částí velkého úkolu. Fortran 90 obsahuje mechanismy pro interakci objektů v souladu s technologií objektově orientovaného programování, které usnadňují kolektivní práci na velkém projektu. Jedná se o moduly pro navrhování knihoven, struktur a odvozených datových typů pro organizaci komplexních dat, jedná se o dynamickou alokaci paměti, dále o řadu mechanismů zpracování polí včetně tvorby různých řezů (sekcí). Schopnost kombinovat v jedné rodině (v rodu) typické postupy zpracování, které se liší typy svých argumentů, může být užitečným nástrojem v řadě úkolů. Typy (rodiny) datových typů usnadňují přizpůsobení implementace typu s ohledem na vlastnosti hardwaru (například typ INTEGER lze deklarovat jako dlouhý nebo krátký prostřednictvím ovládacího prvku typu KIND). Některá pravidla stylingu mohou pomoci vývoji, jako je deklarování vstupu, výstupu a měnitelné parametry postup pomáhá najít chyby v interakci programových jednotek. Pravidla pro zápis vlastností dat, komentářů a dalších prvků usnadňují čtení napsaných programů, což urychluje vyhledávání chyb.

Historický odkaz

1954 - IBM, první jazykový překladatel Fortran.

1958 - FortranII.

1962 - FortranIV.

1966 - Fortran 66.

1978 - Fortran 77.

Byla nazvána modifikace jazyka Fortran, která se objevila v roce 1958 FortranII a obsahoval koncept podprogramu a sdílených proměnných pro zajištění komunikace mezi segmenty.

V roce 1962 se objevil jazyk známý jako Fortran IV. Vývoj dokončen v roce 1966 americký standard do jazyka ANSI (American National Standards Institute), jazyk se nazývá Fortran 66. V roce 1978 byla vyvinuta druhá verze standardu ANSI – jazyk Fortran 77, který zahrnuje prvky strukturovaného programování, například strukturální IF, typy znaků.

Třetí verze standardu ANSI je Fortran 90, realizované v roce 1991. Fortran 90 je vývoj jazyka Fortran 77, tedy program napsaný v Fortran 77, lze zkompilovat a spustit jako program na Fortran 90. Standard Standard Fortran 90 zavádí mnoho nových funkcí pro operace pole, nové metody přesné specifikace, volný formát zdrojový kód, rekurze, dynamická pole atd.

Programy v aktuálním standardním jazyce Fortran 77 lze úspěšně zkompilovat kompilátory Fortran 90 bez jakékoli změny. Nicméně struktura programu v jazyce Fortran 90 se může výrazně lišit od struktury ekvivalentního programu Fortran 77. Programátor si musí dát pozor na míchání těchto dvou stylů.

Ve stejné míře i kompilátor Fortran 90 vyžaduje poskytnutí vysvětlení pro hlášení některých kódů nesouladu (nekonzistence), to znamená použití operátorů nebo proměnných, které jsou povoleny nad rámec souboru pravidel, která jdou nad rámec standardu.

Fortran zaujímá přední místo mezi moderními programovacími jazyky. Je to jeden z prvních programovacích jazyků na vysoké úrovni a byl od svého počátku navržen pro řešení složitých výpočetních problémů. V prostředí aplikovaných programátorů se Fortran zpočátku setkával se skepsí, protože se věřilo, že cenou za pohodlí programování ve vysokoúrovňovém jazyce by byla značná ztráta ve výpočetní rychlosti. Pokud jde o modelování složitých procesů nebo zpracování velkého množství informací, je rychlost výpočtů rozhodujícím faktorem určujícím volbu jazyka, výpočetní platformy a programovací technologie.

Programovací jazyk Fortran se používá hlavně pro vědecké výpočty. Vynalezen v roce 1954 je nejstarším programovacím jazykem na vysoké úrovni, následovaný Lisp (1958), Algol (1958) a COBOL (1959). Množství vědeckých knihoven napsaných ve Fortranu a vytvoření speciálních překladačů-kompilátorů umožňují používat jazyk dnes. Kromě toho bylo vytvořeno více kalkulaček pro vektorizaci, koprocesory, paralelismus, které prolínají tento jazyk pro použití v průmyslové výrobě. moderní svět.

John Backus, radiový inženýr IBM, publikoval v roce 1954 články pod hlavičkami „Předběžná zpráva“, „Specifikace pro systém IBM Matmal Transmula TRANslating System“, z čehož vznikl termín FORTRAN. Poté trvalo další dva roky úsilí celého týmu, který vedl, aby napsal první kompilátor pro programovací jazyk Fortran (25 000 řádků pro IBM 704).

Název jazyka byl původně psán velkým písmenem FORTRAN a používal se k označení jazykových verzí až do Fortran 77, na rozdíl od bezplatné verze syntaxe od Fortranu 90. Ve standardu Fortran 77 nejsou malá písmena součástí jazyka, ale většina kompilátorů je kromě standardu podporuje.

Dnes je programovací jazyk Fortran dominantním programovacím jazykem používaným v inženýrské aplikace. Proto je důležité, aby absolventi byli schopni číst a upravovat Fortran kód. Takzvaní odborníci čas od času předpovídají, že jazyk ztratí na oblibě a brzy se přestane vůbec používat.

Tyto předpovědi vždy selhaly. Fortran je nejstabilnější počítačový programovací jazyk v historii. Jedním z hlavních důvodů, proč programovací jazyk Fortran přežil a přežije i nadále, je setrvačnost. software. Poté, co společnost utratila mnoho zdrojů a možná i miliony dolarů za softwarový produkt, je nepravděpodobné, že přeloží software do jiného jazyka.

Hlavní výhodou Fortranu je, že je standardizován mezinárodními orgány ANSI a ISO. Pokud je tedy program napsán v ANSI, poběží na jakémkoli počítači s kompilátorem Fortran 77. důležitá informace. Programy objektově orientovaného programovacího jazyka Fortran tedy existují na různých programovací zařízení.

Fáze vytváření jazykové platformy:

V letech 1954-1957 byl vyvinut první překladač od nuly. V té době neexistovaly žádné „jazyky na vysoké úrovni“ (= HLL), většina operační systémy byly jednoduché a paměť byla malá, něco kolem 16 Kb. První kompilátor běžel na IBM 704. Tento jazyk HLL byl mnohem efektivnější než programování v assembleru a ve své době byl velmi populární.
V roce 1958 vyšel FORTRAN II. FORTRAN III byl vyvinut ve stejném roce, ale nikdy nebyl uveden do běžné výroby.
FORTRAN IV byl vytvořen v roce 1961. Obsahoval vylepšení, jako je implementace operátorů COMMON a EQUIVALENCE.
V roce 1962 začal výbor ASA vyvíjet standard pro objektově orientovaný programovací jazyk Fortran. To umožnilo prodejci jej použít v každém novém počítači. A díky této skutečnosti bylo HLL ještě populárnější, jazyk se stal dostupným v Systémy Apple a TRS80.
V roce 1967 byl vydán FORTRAN 66, první HLL standard na světě. Zveřejnění standardu znamenalo, že jazyk se stal více široce implementován než kterýkoli jiný. V polovině 70. let byl prakticky každý počítač, mini nebo sálový počítač vybaven standardním jazykem FORTRAN 66. Jazyk používaný příkazy if, goto-statements a programy spagethi. Takové strukturované programování se stalo populární v 60. a 70. letech.
„Fortran“ existoval na děrných štítcích zejména se systémem FMS, optimalizujícím rozložení jeho zdrojů, dokud Fortran 90 nezavedl „volnou“ syntaxi. V něm začíná kód pole Fortran od 7. sloupce a neměl by přesáhnout 72 tisíc znaků.

Je třeba také poznamenat, že před Fortranem 90 na mezerách mezi 7. a 72. sloupcem nezáleželo. Takže cyklus "DO I = 1,5" lze také napsat "DOI = 1,5". Na druhou stranu „DO I = 1,5“ je ekvivalentní „DOI = 1,5“.

V knihovnách Nastran, NAG a IMSL-Fortran bylo napsáno mnoho průmyslových kódů. Důležitá je kompatibilita nových verzí s předchozími. Z tohoto důvodu je Fortran 90 plně kompatibilní s Fortran 77. Nicméně in další verze Norma již zavedla nekompatibility.

Brzy následovaly pokročilejší jazyky Fortran 90 a Fortran 95, aktualizované na aktuální standard Fortran-2003. Vzhledem k tomu, že moderní kompilátory fungují neomezeně ve všech proud Verze Windows a dokonce podporují 64bitové procesory. Výrobci mezitím rozpoznali trend doby a nabízejí kompilátory pro Linux v podobě objektově orientovaného programovacího jazyka Actor Fortran.

Předpoklady pro používání programovacího jazyka

Musíte pochopit, že Fortran je stále široce používaný programovací jazyk a používá se hlavně v oblasti objevování. Klasické aplikace, jako je fyzika nebo strojírenství, kde se provádějí rozsáhlé a složité matematické výpočty. Jsou to velmi užitečné rozsáhlé matematické knihovny, které existují pro různé kompilátory. Suma sumárum, dnes lze tvrdit, že Fortranský jazyk se stále používá z několika důvodů:

V průběhu let se vyvíjela dostupnost mnoha funkčních knihoven.
Dostupnost softwaru v "Fortran", který vyžaduje velmi důležité zdroje pro vývoj je přechod na jiný jazyk považován za příliš nákladný.
Mít výkonné kompilátory s vestavěnými funkcemi Fortran, které produkují velmi rychle spustitelné soubory.
Jazyk je dostupnější pro vynálezce, který neměl specializovaný počítačový kurz.

Mnoho vědeckých programů je nyní napsáno v C a C++, jejichž kompilátory jsou dostupné na většině počítačů. Jiné kompilované jazyky se někdy používají pro vědecké výpočty, a to zejména pro programy jako Scilab nebo Matlab. K těm patří také knihovny BLAS a LAPACK vyvinuté v Fortran programování. Matlab byl původně program Fortran distribuovaný na univerzity a výzkumná centra.

Ačkoli je Tom Lahey nyní „jediným“ obecným kompilátorem, Lahey Computer Systems je nadále používán mnoha programátory. Lahey spolupracuje s Fujitsu několik let, Lahey se soustředí na analyzátor Fortran a Fujitsu je na generátoru kódu. Současná sada kompilátorů pro Windows se nazývá Lahey Fujitsu Fortran 95 (LF95) a je k dispozici v různé verze, z nichž některé se také integrují s vizuální studio.NET 2003.

Existuje také nízkonákladová verze LF95 Express bez vlastního IDE. Aktuální verze je 7.1. na Linuxu je nazýván kompilátorem Lahey / Fujitsu Fortran 95 v6.2 pro Linux a je k dispozici ve dvou různé verze. Například, Pro verze zahrnuje kompatibilitu s OpenMP v2.0, jednoduchý grafický engine Winteracter Starter Kit, matematickou knihovnu a vědecká knihovna Rutiny Fujitsu 2.

Dalším výrobcem je Absoft. Kompilátory a C++ existují nejen pro Windows a Linux, ale také pro OS X na Macintoshi. Tyto kompilátory jsou zajímavé pro vývojáře, kteří potřebují nebo chtějí podporovat všechny tři platformy. Absoft bohužel pod Linuxem rozlišuje 32bitovou a 64bitovou verzi, aktuálně se používá verze 10.0 Fortran 95 pro 64bitový Linux.

Relativně novinkou na trhu je EKOPath Compiler Suite. Skládá se z kompilátorů C++ a vývojového prostředí Linux Fortran, které jsou k dispozici také samostatně a jsou zaměřeny především na uživatele 64bitových AMD. Funguje také na Intel EM64T. Microsoft se také jednou pokusil najít „levný trh“ pro Fortran a přinesl na trh Microsoft Powerstation.

Možná byl trh pro softwarového giganta příliš malý, ale Digital převzal část kódu v roce 1997 a využil své zkušenosti s kompilátory Unix a OpenVMS společnosti Digital. To byl zrod stále velmi úspěšného Digital Visual Fortran. V určitém okamžiku se Digital poté přesunul na Compaq, ke kterému byl dokončen kompilátor současná verze Compaq Visual Fortran (CVF) v6.6.

Kromě „normálních“ 32bitových platforem existují různé 64bitové kompilátory, například pro Intel Itanium a Intel EM64T. Nejsou sice "urgentní" pro rozsah dodávky, ale jsou k dispozici stažení zdarma prostřednictvím systému webové podpory Intel Premier.

Po jednorázové, poněkud těžkopádné registraci, jej můžete používat po dobu jednoho roku, přičemž každých pár týdnů budou nové aktualizace. I starší verze zůstanou dostupné.

Program Fortran je posloupnost řádků textu. Text musí dodržovat určitou syntaxi. Například: kružnice o poloměru r, plocha c.

Tento program čte skutečný poloměr a vypočítává plochu kruhu s poloměrem r:

"Poloměr r:"čti (*, *) r;

plocha = 3,14159 * r * r;

napište (*, *) "Oblast =";

Řádky začínající na „C“ jsou komentáře a nemají žádný jiný účel, než učinit program čitelnějším pro člověka. Zpočátku byly všechny programy Fortranu psány velkými písmeny. Většina programátorů nyní píše malá písmena, protože jsou čitelnější.

Program Fortran se obvykle skládá z hlavního programu nebo ovladače a několika podprogramů, procedur nebo podprogramů. Struktura hlavního programu:

název programu;
prohlášení;
prohlášení;
stop;
konec.

Ty uvedené kurzívou by neměly být brány jako doslovný text, ale spíše jako obecný popis. Příkaz stop je volitelný a může se zdát nadbytečný, protože program se stejně zastaví, když dosáhne konce, ale doporučuje se vždy ukončit program příkazem stop, abyste zdůraznili, že tok provádění je ukončen.

Pravidla umístění sloupců

Fortran 77 není volně formátovaný jazyk, ale má velmi přísnou sadu pravidel pro formátování zdrojového kódu. Většina důležitá pravidla jsou pravidla rozvržení sloupců:

Plk. 1: Prázdné nebo "c" nebo "*" pro komentáře.
Plk. 2-5: štítek operátora.
Plk. 6: pokračování předchozího řádku.
Plk. 7-72: tvrzení.
Plk. 73- 80: Pořadové číslo.

Řádek Fortran začínající písmenem „c“ nebo hvězdičkou v prvním sloupci je komentář. Komentáře se mohou objevit kdekoli v programu. Dobře napsané, jsou rozhodující pro čitelnost programu. Obchodní zákoníky Fortran často obsahuje asi 50 % komentářů. Můžete se také setkat s programy, které používají Vykřičník(!). To je velmi nestandardní ve Fortran 77, ale povoleno ve Fortran 90.

Vykřičník se může objevit kdekoli v řádku. Někdy se příkaz nevejde na jeden řádek, v takovém případě je možné rozdělit příkaz na dva nebo více řádků a použít na pozici pokračovací znak.

C23456789 - Toto ukazuje polohu sloupce.
"C"- další výpis prochází dvěma oblastmi fyzických čar.
Plocha = 3,14159265358979+ * r * r.

Počínaje Fortranem 77 jsou prázdná místa ignorována. Pokud jsou tedy ve Fortranu 77 odstraněny všechny mezery, program je stále syntakticky správný, i když je pro operátory téměř nečitelný.

Názvy proměnných ve Fortranu se skládají z 1-6 znaků, z nichž si můžete vybrat písmena a-z a čísla 0-9. První znak musí být písmeno. Fortran 90 umožňuje názvy proměnných libovolné délky. Fortran 77 nerozlišuje mezi velkými a malými písmeny, ve skutečnosti předpokládá, že všechny vstupy jsou velká. Téměř všechny kompilátory F77 však přijímají malá písmena. Každá proměnná musí být definována v deklaraci. Tím se nastaví typ proměnné. Nejběžnější seznamy proměnných jsou:

celé číslo;
nemovitý;
dvojitá přesnost;
komplex;
logický;
charakter.

Seznam proměnných musí obsahovat názvy oddělené čárkami. Každá proměnná musí být deklarována právě jednou. Pokud proměnná není deklarována, F 77 používá k určení typu sadu implicitních pravidel. To znamená, že všechny proměnné začínající písmeny "in" jsou celá čísla a všechny ostatní jsou skutečné. Mnoho starších programů F77 používá tato implicitní pravidla, ale programátoři by to neměli dělat, protože šance na chyby v programu se dramaticky zvyšují, pokud deklarují proměnné nekonzistentně.

Fortran 77 má pouze jeden typ pro celočíselné proměnné. Celá čísla jsou obvykle uložena jako 32bitové (4 bajty) proměnné. Proto všechny celočíselné proměnné musí nabývat hodnot v rozsahu [-m, m], kde m je přibližně 2 * 109.

F 77 má dva odlišné typy pro proměnné s pohyblivou řádovou čárkou, nazývané skutečná dvojitá přesnost. Některé numerické výpočty vyžadují velmi vysokou přesnost a měla by být použita dvojnásobná přesnost. Obvykle je real 4 bajtová proměnná a double je 8 bajtů, ale to závisí na počítači.

Nestandardní verze "Fortran" používají skutečnou * 8 syntaxi k označení 8bajtových proměnných s pohyblivou řádovou čárkou. Některé konstanty se v programu objevují mnohokrát. Proto je žádoucí definovat je pouze jednou, na začátku programu. K tomu se používá operátor parametru. Díky tomu jsou programy čitelnější. Například program pro oblast kruhu by měl být napsán takto.

Syntaxe parametrického operátoru (název = konstanta, ..., název = konstanta). Pravidla pro operátor parametrů:

"Proměnná" definovaná v parametrickém příkazu není proměnná, ale konstanta, jejíž hodnota se nikdy nemůže změnit.
"Proměnná" může zobrazit maximálně jeden příkaz parametru.
Parametr operátor musí být před prvním spustitelným operátorem

Několik dobrých důvodů pro použití parametru – pomáhá omezit překlepy, snadno změnit konstantu, která se v programu objevuje mnohokrát.

Booleovské výrazy mohou mít pouze hodnotu .TRUE. nebo .FALSE. a lze je vytvořit porovnáním pomocí relačních operátorů.

Symboly jako "<» или «=» для сравнения в F 77, но можно использовать правильную двухбуквенную аббревиатуру, заключенную точками. Однако такие символы разрешены в Fortran 90.

Logické výrazy lze kombinovat s logickými operátory "AND", "OR", "NOT", které mají zřejmý význam. Pravdivé hodnoty mohou být uloženy v booleovských proměnných. Přiřazení je podobné aritmetickému zadání.

Příklad: logické a, ba = .PRAVDA.b = a .AND. 3.LT. 5/2

Pořadí priority je velmi důležité. Platí pravidlo, že nejprve se vyhodnocují aritmetické výrazy, poté relační operátory a nakonec logické operátory. Proto bude b přiřazeno .FALSE. Ve výše uvedeném příkladu se booleovské proměnné ve Fortranu používají zřídka, ale často se používají v podmíněných příkazech, jako je příkaz „if“.

Konstanta a přiřazení

Nejjednodušší formou výrazu je konstanta. Existuje 6 typů konstant odpovídajících 6 typům dat. Zde jsou některé celočíselné konstanty: 10-10032767+15

Reálné konstanty: 1,0-0,252,0E63,333E-1.

Zápis E znamená násobit konstantu 10 umocněnou za "E". Proto 2.0E6 jsou dva miliony a 3.333E-1 je asi jedna třetina.Pro konstanty, které jsou větší než největší reálná přípustná hodnota nebo které vyžadují vysokou přesnost, by se měla použít dvojnásobná přesnost. Zápis je stejný jako u skutečných konstant s tím rozdílem, že "E" je nahrazeno "D".

Příklad: 2.0D-11D99.

Zde je 2.0D-1 s jednou pětinou dvojnásobnou přesností, zatímco 1D99 je jedna následovaná 99 nulami.

Dalším typem jsou komplexní konstanty. Označují se dvojicí konstant (celočíselné nebo reálné), oddělené čárkou a uzavřené v závorkách.

Příklady jsou: (2, -3) (1,9,9E-1). První číslo je skutečná část a druhé je imaginární část.

Pátým typem jsou booleovské konstanty. Mohou mít pouze jeden ze dvou významů:

Vezměte prosím na vědomí, že tečky obsahující písmena je nutné napsat.

Posledním typem jsou znakové konstanty. Nejčastěji se používají jako pole znaků nazývané řetězec. Skládají se z libovolné sekvence znaků uzavřených v apostrofech (jednoduchých uvozovkách):

"Něco jde!"

"Je pěkný den"

Řetězcové a znakové konstanty rozlišují velká a malá písmena. Problém nastává, pokud chcete mít skutečný apostrof v samotném řetězci. V tomto případě musíte zdvojnásobit apostrof: „It“ „s a nice day“, což znamená „Jaký nádherný den“

Podmíněné příkazy jsou základní součástí každého programovacího jazyka. Nejběžnějším z těchto prohlášení ve Fortranu je prohlášení „pokud“, které má ve skutečnosti několik podob.

Nejjednodušší je logický výraz "if" ve fortranském popisu: if (logický výraz) spustitelný příkaz.

To by mělo být zapsáno na jeden řádek, například při definování absolutní hodnoty x:

jestliže (x.LT.0) x = -x

Pokud má být provedeno více než jeden příkaz v "if", pak by měla být použita následující syntaxe: if (logický výraz) thenpříkazyendif.

Průběh provádění shora dolů. Podmíněné výrazy jsou vyhodnocovány postupně, dokud není nalezena pravdivá hodnota. Poté se provede příslušný kód a ovládací prvek se přesune na další příkaz za koncem "if".

Pokud lze příkazy vnořit na více úrovních. Pro zajištění čitelnosti je důležité používat správné odsazení. Zde je příklad:

if (x .GT. 0) thenif (x .GE. y) thenwrite(*,*) "x je kladné a x >= y"elsewrite(*,*) "x je kladné, ale x< y"endifelseif (x .LT. 0) thenwrite(*,*) "x is negative"elsewrite(*,*) "x is zero"endif

Programátoři by se měli vyvarovat vnořování mnoha úrovní příkazů „if“, protože bude obtížné je dodržet.

Můžete použít jakoukoli unixovou pracovní stanici s kompilátorem F 77. Zkušení programátoři doporučují použít buď Sun nebo Dec.

Program Fortran se skládá z prostého textu, který dodržuje určitá pravidla syntaxe. Tomu se říká zdrojový kód. Programátoři používají editor k psaní zdrojového kódu. Nejběžnější editory na Unixu jsou emacs a vi, ale pro začátečníky mohou být trochu obtížné. Můžete použít jednodušší editor, jako je xedit, který funguje pod X windows.

Po napsání programu Fortran je tento uložen do souboru s příponou „.f“ nebo „.for“ a program je přeložen do strojově čitelné podoby. To se provádí pomocí speciálního programu zvaného kompilátor. Kompilátor Fortran 77 je běžně označován jako f77. Výsledek kompilace má ve výchozím nastavení poněkud tajemný název "a.out", ale pokud chcete, můžete si vybrat jiný název. Chcete-li program spustit, jednoduše zadejte název spustitelného souboru, například „a.out“. Kompilátor přeloží zdrojový kód do objektového kódu a linker nebo loader jej přeloží do spustitelného souboru. Jak vidíte, tento postup není nijak složitý a je dostupný každému uživateli.

Simulace je jednou z nejčastěji používaných výrobních metod a dalších systémů dostupných v dnešních továrnách. Většina simulačních modelů je sestavena pomocí objektově orientovaného programovacího jazyka Actor Fortran nebo simulačního softwarového balíku napsaného v tradičním jazyce. Tyto nástroje mají svá omezení. Objektově orientovaná technologie zaznamenala rostoucí přijetí v mnoha oblastech a slibuje flexibilnější a efektivnější přístup k modelování obchodních systémů.

Programování Simula Fortran je přirovnáváno k běžnému vědeckému programovacímu jazyku zvanému FORTRAN. Typický vojenský simulační model je naprogramován v SIMULA i FORTRAN. Program SIMULA byl o 24 % kratší než verze FORTRAN.

Verze SIMULA je také jednodušší a poskytuje lepší obraz o simulovaném modelu. Na druhou stranu jsou doby běhu produkčních běhů o 64 % rychlejší s objektově orientovaným programovacím jazykem Simula Fortran. Zvážení pro a proti ukazuje, že SIMULA bude stále ziskovější software s vyššími náklady na zaměstnance a nižšími náklady na počítače.

CUDA ukazuje, jak mohou vývojáři vysoce výkonných aplikací využít výkon GPU pomocí Fortran, známého jazyka pro vědecké výpočty a testování výkonu superpočítačů. Autoři nepředpokládají žádné předchozí zkušenosti s paralelními počítači a pokrývají pouze základy a používají osvědčené postupy. Efektivitu GPU počítání pomocí CUDA Fortran zajišťuje cílová architektura GPU.

CUDA Fortran pro vědce a inženýry identifikuje výpočetně náročné části kódu a přetváří kód pro správu dat, paralelismus a optimalizaci výkonu. To vše probíhá ve Fortranu, bez nutnosti přepisování programu do jiného jazyka. Každý koncept je ilustrován skutečnými příklady, takže můžete okamžitě vidět výkon kódu.

Možná se jednou globální korporace „konečně globalizuje“ a rozhodne, že Fortran již není potřeba, ale ne teď. Díky současným možnostem moderního Fortranu za ním řada programátorů a vědců vidí budoucnost. Ve světě je navíc dost výrobců, kteří se vývojem moderních kompilátorů živí a na tomto procesu dobře vydělávají.

Polovina 50. let. vyznačující se rychlým pokrokem v oblasti programování. Role programování ve strojových kódech se začala snižovat, začaly se objevovat programovací jazyky nového typu, fungující jako prostředník mezi stroji a programátory. Nastal čas pro druhou a třetí generaci programovacích jazyků

Od poloviny 50. let. 20. století začal vytvářet první programovací jazyky na vysoké úrovni (anglicky high-level language). Tyto jazyky byly nezávislé na počítači (nebyly vázány na konkrétní typ počítače).

Ale pro každý jazyk byly vyvinuty jejich vlastní kompilátory - program, který provádí kompilaci.

Kompilace - překlad programu napsaného ve zdrojovém jazyce vyšší úrovně do ekvivalentního programu v nízkoúrovňovém jazyce blízkém strojovému kódu (absolutní kód, objektový modul, někdy assembler)

programovací jazyk FORTRAN

První vysokoúrovňový jazyk byl vytvořen v letech 1954 až 1957 skupinou programátorů vedených Johnem Backusem v IBM a to byla další fáze ve vývoji programovacích jazyků. Byl to programovací jazyk FORTRAN. Byl určen pro vědecké a technické výpočty. Název Fortran je zkratka pro FORmulaTRANslator (Formula Translator).

Jazyková historie

Na konci roku 1953 navrhl John Backus začít vyvíjet efektivní alternativu k assembleru pro programování na PC IBM 704. V polovině roku 1954 byl dokončen návrh specifikace jazyka Fortran. První manuál pro Fortran se objevil v říjnu 1956 spolu s prvním kompilátorem dodaným v dubnu 1957. Kompilátor prováděl optimalizaci, protože zákazníci odmítali používat programovací jazyk na vysoké úrovni, který nebyl schopen generovat kód s výkonem nižším než u assembleru.

V té době byla komunita k novému způsobu programování skeptická a nevěřila, že Fortran programování zrychlí a zefektivní. Slovy samotného Johna Backuse byla velká část jeho práce zaměřena na „být líný“. Strašně nerad psal programy pro IBM 701 v assembleru.

Tento jazyk byl široce přijat vědci pro psaní výpočetně náročných programů. Díky zahrnutí komplexního datového typu je vhodný zejména pro technické aplikace.

V roce 1960 existovaly verze Fortranu pro počítače IBM 709, 650, 1620, 7090. Jeho velká popularita povzbudila konkurenční výrobce počítačů k vytvoření kompilátorů Fortran pro jejich počítače. V roce 1963 tedy existovalo více než 40 kompilátorů pro různé platformy. Proto je Fortran považován za první široce používaný programovací jazyk.

Fortran v SSSR

Fortran se objevil v SSSR později než na Západě, protože Algol byl zpočátku považován za slibnější jazyk v naší zemi. Důležitou roli při zavádění Fortranu sehrála komunikace sovětských fyziků s jejich kolegy z CERNu, kde se v 60. letech téměř všechny výpočty prováděly pomocí programů Fortran.

První sovětský kompilátor Fortranu vznikl v roce 1967 pro stroj Minsk-2, ale velké slávy se nedočkal. Široké zavedení Fortranu začalo po vytvoření kompilátoru FORTRAN-DUBNA v roce 1968 pro stroj BESM-6. Počítače ES, které se objevily v roce 1972, již měly překladač Fortran („vypůjčený“ od IBM/360 spolu s dalším softwarem)

Moderní Fortran. Přednosti jazyka

Fortran byl široce používán hlavně pro vědecké a inženýrské výpočty. Je velmi vhodný pro řešení numerických problémů, protože mnoho knihoven bylo napsáno za více než 50 let, takže jazyk se používá nyní a nehrozí, že by byl v blízké budoucnosti zapomenut. Používá se dodnes, ovšem ani ne tak kvůli povedenému designu, ale kvůli velkému množství na něm napsaných programů, které nemá smysl měnit a navíc přepisovat.

Pravděpodobně, pokud chcete něco rychle vypočítat, pak bude Fortran jednou z nejlepších možností. Přesně k tomu byl jazyk vynalezen.

Jeho struktura přispívá k tomu, že překladač umí velmi dobře optimalizovat výpočty.

Mezi vědci například existuje takové rčení, že každý matematický problém již má řešení ve Fortranu a skutečně lze najít mezi tisíci balíčků Fortran a balíček pro násobení matic a balíček pro řešení složitých integrálních rovnic. , a mnoho, mnoho dalších.

Mezi vědci se například říká, že každý matematický problém již má řešení ve Fortranu, a skutečně lze mezi tisíci Fortranových balíčků najít balíček pro násobení matic a balíček pro řešení složitých integrálních rovnic a mnoho, mnoho dalších. Řada takových balíčků byla vytvořena v průběhu desetiletí a jsou stále populární ve vědecké komunitě dodnes, například - IMSL ( Angličtina).

Většina z těchto knihoven je ve skutečnosti majetkem lidstva: jsou dostupné ve zdrojovém kódu, dobře zdokumentované, odladěné a velmi efektivní. Proto je nákladné je měnit, natož přepisovat do jiných programovacích jazyků, přestože se pravidelně objevují pokusy o automatickou konverzi FORTRAN kódu do moderních programovacích jazyků.

Moderní Fortran (Fortran 95 a Fortran 2003) získal vlastnosti potřebné pro efektivní programování pro nové výpočetní architektury, umožňuje použití moderních programovacích technologií, zejména OOP.

Vývoj jazykových norem

Fortran je vysoce standardizovaný jazyk, a proto je snadno přenositelný na různé platformy. Nové jazykové standardy do značné míry zachovávají kontinuitu se staršími, což umožňuje využívat kódy dříve napsaných programů a upravovat je.

FORTRAN 66 (1972) Na základě standardu IBM FORTRAN IV FORTRAN 77 (1980) Zavedeno mnoho vylepšení: Fortran 90 (1991) Výrazně přepracovaná jazyková norma. Fortran 95 (1997) Oprava předchozího standardu. Byly zavedeny operátor a konstrukce FORALL, které umožňují větší flexibilitu než operátor a konstrukce WHERE pro přiřazování polí a nahrazování těžkopádných smyček. FORALL umožňuje nahradit jakékoli přiřazení sekce nebo operátor a zejména klauzule WHERE poskytuje přístup k diagonále matice. Tento operátor je považován za slibný v paralelním počítání a přispívá k efektivnější implementaci paralelizace než smyčky. Fortran 2003 (2004) Další rozvoj podpory OOP v jazyce. Interakce s operačním systémem. Byly také přidány následující funkce: Fortran 2008 (2010) Norma předpokládá podporu prostřednictvím paralelního výpočetního jazyka (Co-Arrays Fortran) . Plánuje se také zvýšení maximálního rozměru polí na 15, přidání vestavěných speciálních matematických funkcí atd.

Kompilátory

Od počátečního vývoje jazyka byly kompilátory Fortran vyráběny společností IBM. V současné době IBM dodává optimalizační kompilátor VS Fortran pro sálové počítače IBM System z, jehož historie vývoje různých verzí sahá až do roku 1964, a také kompilátor XL Fortran pro platformy založené na architektuře PowerPC - AIX, Linux a superpočítač Blue Gene (existovala i verze pro Mac OS X, kdy počítače Macintosh používaly procesory PowerPC). Oba tyto kompilátory obsahují velmi sofistikované optimalizátory, které jsou výsledkem půlstoletí nepřetržité vědecké práce specialistů IBM. Na základě kompilátoru IBM Fortran XL Absoft, obchodní partner IBM, vytvořil a dodává kompilátor Absoft Pro Fortran pro systémy založené na procesorech PowerPC (Linux, Mac OS X) a Intel (Linux, Mac OS X, Windows). .

GNU Free Software Foundation vydala open source kompilátor Fortran 77, g77, dostupný pro téměř jakoukoli platformu a plně kompatibilní s GCC. Nyní jej nahradil kompilátor GFortran, který implementuje téměř všechny konstrukce standardu Fortran-95 a mnoho konstrukcí standardů Fortran-2003 a Fortran-2008. Je také plně zpětně kompatibilní s Fortran-77. Existuje také nezávislý projekt g95 na vytvoření kompilátoru Fortran-95 založeného na GCC.

Vlastnosti a struktura programu

Fortran má poměrně velkou sadu vestavěných matematických funkcí, podporuje práci s celými, reálnými a komplexními čísly s vysokou přesností. Výrazové prostředky jazyka byly zpočátku velmi chudé, protože Fortran byl jedním z prvních jazyků na vysoké úrovni. Později bylo do Fortranu přidáno mnoho lexikálních konstrukcí, které jsou charakteristické pro strukturální, funkční a dokonce i objektově orientované programování.

Děrný štítek s označením sloupců pro Fortran.

Struktura programů byla původně zaměřena na vstup z děrných štítků a měla řadu vlastností, které byly vhodné pro tento konkrétní případ. 1. sloupec tedy sloužil k označení textu jako komentáře (se symbolem C), od 1. do 5. byla oblast štítku a od 7. do 72. byl skutečný text operátora nebo komentáře. Sloupce 73 až 80 mohly sloužit pro číslování karet (k obnovení náhodně rozházeného balíčku) nebo pro krátký komentář, překladatel je ignoroval. Pokud se text operátora nevešel do přiděleného prostoru (od 7. do 72. sloupce), umístil se do 6. sloupce další karty znak pokračování a na něm pak operátor pokračoval. Nebylo možné umístit dva nebo více operátorů do jednoho řádku (mapy). Když se děrné štítky staly historií, tyto výhody se změnily ve vážné nepříjemnosti.

Proto má standard Fortran počínaje Fortranem 90 kromě pevného formátu zdrojového textu volný formát, který nereguluje polohu řádku, a navíc umožňuje napsat více než jeden příkaz na řádek. Zavedení volného formátu umožnilo vytvořit kód, který je stejně čitelný a jasný jako kód vytvořený pomocí jiných moderních programovacích jazyků, jako je Java.

Jakousi „vizitkou“ starého Fortranu je obrovské množství štítků, které se používaly jak v operátorech nepodmíněného skoku GOTO, tak v operátorech smyček a v operátorech popisu vstupu/výstupu formátu FORMAT. Velké množství štítků a příkazů GOTO často ztěžovalo pochopení programů Fortran.

Právě tato negativní zkušenost se stala důvodem, proč v řadě moderních programovacích jazyků (například Java) byly štítky a s nimi spojené operátory nepodmíněných skoků výrazně upraveny.

Moderní Fortran se však přebytku štítků zbavil zavedením operátorů jako DO ... END DO, DO WHILE, SELECT CASE. Navíc v moderních jazykových standardech zůstal pouze klasický operátor GOTO, který se v mnoha jazycích používá dodnes. Vypočtený příkaz GOTO a také konstrukt ENTRY - vícenásobný vstup do procedur byly vyloučeny.

Mezi pozitivní vlastnosti moderního Fortranu patří také velké množství vestavěných operací s poli a flexibilní podpora polí s neobvyklým indexováním. Příklad:

Skutečná ,rozměr (: ,: ) :: V ... alokovat (V(- 2 : 2 ,0 : 10 ) ) ! Přidělte paměť pro pole, jehož indexy mohou ! měnit od -2 do 2 (první index) ! a od 0 do 10 - druhá... V (2 ,2 : 3 ) = V (- 1 : 0,1 ) ! Otočte výseč pole napište(*,*) V(1,:) ! Vytiskněte všechny prvky pole V, jehož první index je 1. uvolnit (V)

Ahoj světe!

Pevný formát (mezery na řádcích 1 až 6 jsou označeny znaky „␣“):

␣␣␣␣␣␣PROGRAM ahoj ␣␣␣␣␣␣PRINT* , "Ahoj světe!" ␣␣␣␣␣␣KONEC

Volný formát:

Program hello print * , "Ahoj, světe!" konec

Poznámky.

Příkaz PROGRAM je volitelný. Přísně vzato, jediným požadovaným příkazem v programu Fortran je příkaz END.
Volba velkých nebo malých písmen pro psaní příkazů programu je libovolná. Z pohledu moderních jazykových standardů Fortran je mnoho velkých a mnoho malých písmen stejných při psaní jazykových operátorů.

Interakce s jinými jazyky

Mnoho programovacích systémů umožňuje propojit objektové soubory získané jako výsledek překladu programu Fortran s objektovými soubory získanými z kompilátorů z jiných jazyků, což umožňuje vytvářet flexibilnější a multifunkční aplikace. Pro jazyk Fortran je k dispozici také velké množství knihoven obsahujících jak rutiny pro řešení klasických výpočetních problémů (LAPACK, IMSL, BLAS), tak úlohy pro organizaci distribuovaných výpočtů (MPI, pvm) a úlohy pro tvorbu grafických rozhraní (Quickwin, FORTRAN / TK) nebo přístup k DBMS (Oracle).

Fortran v SSSR

Poznámky

Viz například: Úložiště Netlib na UTK a ORNL
A. M. Gorelík. Evoluce programovacího jazyka Fortran (1957-2007) a perspektivy jeho rozvoje // Computational methods and programming, 2008, vol. 9, str. 53-71
Barteniev O.V. Moderní Fortran. - M .: Dialog MEPhI, 2005. - ISBN 5-86404-113-0
A. M. Gorelík. objektově orientované programování v moderním Fortranu
S. D. Algazin, V. V. Kondratiev. Programování ve Visual Fortran. - M .: "MEPhI Dialogue", 2008. - 448 s. - ISBN 5-8243-0759-8
Zprávy Gorelik A. M
VS FORTRAN
XL Fortran pro Linux
Absoft Pro Fortran Compiler Suites Obecný přehled
Sun Studio – benchmarky
Esej Alexandra Rastorgueva o vzhledu Fortranu v Dubně
Historie počítačové grafiky v Rusku

Literatura

Fortran. Programmer's Reference Manual.Automatický kódovací systém Fortran pro IBM 704 EDPM - IBM Corp., 1956. - 51 s.
ISO/IEC 1539-2:2000 Informační technologie - Programovací jazyky - Fortran - Část 2: Řetězce znaků různé délky
Robert W. Šebesta. 2.3. Počítač IBM 704 a jazyk Fortran // Základní pojmy programovacích jazyků \u003d Koncepty programovacích jazyků / Per. z angličtiny. - 5. vyd. - M.: Williams, 2001. - S. 63-69. - 672 s. - 5000 výtisků. - ISBN 5-8459-0192-8 (ruština), ISBN 0-201-75295-6 (anglicky)

Odkazy

gfortran - Fortran 95/2003/2008 kompilátor, součást GNU Compiler Collection
in Progopedia - encyklopedie programovacích jazyků (ruština)

Hlavní