Fortran jazyk programovania - popis, hlavné príkazy a funkcie

Programovací jazyk Fortran sa používa predovšetkým na vedecké výpočty. Vynašiel v roku 1954, je najstaršou vyšší programovací jazyk, ktorý bol nasledovaný Lisp (1958), Algol (1958) a COBOL (1959). Rad vedeckých knižníc napísaných v Fortran "a vytvorenie špeciálnych tlmočníkov, kompilátory vám umožní používať jazyk dnes. Okrem toho vytvoril početné kalkulačky pre vektorizácia, koprocesory, paralelizmus, ktorá vkraplyayutsya jazyk, ktorý bude použitý v priemyselnej výrobe v modernom svete.

Historické míľniky Fortran

John Backus, rádio IBM, publikoval článok v roku 1954 pod názvom "predbežná správa", "špecifikácie pre IBM Matmal Transmula prekladať systém», ktorá znamenala začiatok výrazu FORTRAN. Potom trvalo ďalšie dva roky úsilie celého tímu, ktorý viedol k napísaniu prvej programovací jazyk Fortran kompilátor (25,000 liniek pre IBM 704).


Meno propysuvalosya prvý jazyk FORTRAN a veľké písmená používané na opis jazykových verzií až do FORTRAN 77 Na rozdiel od bezplatnej verzie syntax začínať Fortran 90. štandardné Fortran 77 malé písmená nie sú súčasťou jazyka, ale väčšina prekladača podporovať ich v doplnenie normy. Dnes je programovací jazyk Fortran dominantný v programovaní používaných v inžinierskych aplikáciách. Preto je dôležité, aby absolventi inžinierov mohli čítať a upravovať kód Fortran. Z času na čas tzv. Odborníci, ktorí predpovedajú, že tento jazyk stratípopularita a čoskoro prestane byť používaný vôbec. Tieto predpovede boli vždy chyby. "Fortran" - najstabilnejší počítačový programovací jazyk v histórii. Jedným z hlavných dôvodov, prečo programovací jazyk spoločnosti Fortran prežíva a prežíva, je softvérová zotrvačnosť. Keď spoločnosť vynaloží na softvérový produkt množstvo zdrojov a možno milióny dolárov, je nepravdepodobné, že preloží softvér do iného jazyka.


Hlavnou výhodou spoločnosti Fortran je, že je certifikovaná medzinárodnými orgánmi ANSI a ISO. Takže ak je program napísaný v ANSI, bude fungovať na ľubovoľnom počítači s prekladačom Fortran 77. To sú dôležité informácie. Objektovo orientovaný programovací jazyk Fortran teda existuje na rôznych softvérových zariadeniach.

Rozdiel medzi jazykovými verziami

Etapy tvorby jazykových platforiem:
  • V rokoch 1954-1957 bol prvý kompilátor navrhnutý od nuly. V tých dňoch nebol žiadny "jazyk na vysokej úrovni" (= HLL), väčšina operačných systémov bola jednoduchá a pamäť bola malá, okolo 16 Kb. Prvý kompilátor pracoval na IBM 704. Tento jazyk HLL bol oveľa efektívnejší než programovanie na assembleri a veľmi populárny naraz.
  • V roku 1958 bol zverejnený FORTRAN II. V tom istom roku bol vyvinutý FORTRAN III, ale nebol uvoľnený v širokej produkcii.
  • V roku 1961 vznikol FORTRAN IV. Obsahovalo zlepšenia, ako napríklad implementácia spoločných prevádzkovateľov ekvivalencie.
  • V roku 1962 Výbor ASA začal vyvíjať štandard pre objektovo-orientovaný programovací jazyk Fortran. To umožnilo predajcovipoužívať ho v každom novom počítači. A táto skutočnosť ho robí ešte populárnejšou pre HLL, jazyk sa stal dostupným v systémoch Apple a TRS80.
  • V roku 1967 bol FORTRAN 66 prvou štandardnou HLL na svete. Uverejnenie štandardu znamenalo, že jazyk bol širšie implementovaný ako ktorýkoľvek iný. V polovici sedemdesiatych rokov bol prakticky každý počítač, mini alebo sálový počítač dodávaný so štandardným jazykom FORTRAN 66. Jazyk použil vyhlásenie if, goto-statement a spagethi-program. Takéto štruktúrované programovanie sa stalo populárnym v 60. a 70. rokoch.
  • Fortran existoval na dierovaných kartách, najmä v systéme FMS, čím sa optimalizovalo umiestnenie ich zdrojov, až kým Fortran 90 nezaviedol "voľnú" syntax. V ňom začne kód Fortranu s 7. stĺpcom a nemal by presiahnuť 72 000 znakov.
  • Treba tiež poznamenať, že medzi stĺpcami 7. a 72. stĺpom nebolo dôležité do 90. stupňov Fortran. Takže cyklus "DO I = 1.5" môže byť tiež napísaný "DOI = 15". Na druhej strane "DO I = 15" zodpovedá "DOI = 1,5".
    V knize Nastran, NAG a IMSL - Fortran Library boli napísané mnohé priemyselné kódy. Kompatibilita nových verzií s predchádzajúcimi verziami je dôležitá. Z tohto dôvodu je Fortran 90 plne kompatibilný s Fortranom 77. Nesúlady však boli zavedené v nasledujúcich verziách normy.
    Fortran 90 a Fortran 95 boli čoskoro sledované aktuálnym štandardom Fortran-2003. So skutočnosťou, že moderné kompilátory pracujú bez obmedzenia vo všetkých súčasných verziách systému Windows a dokonca podporujú 64-bitové procesory. Medzitým výrobcovia rozpoznali trend času a ponúkli kompilátory pre Linux vo forme objektuorientovaný programovací jazyk Actor Fortran.

    Predpoklady používania programovacieho jazyka

    Malo by byť zrejmé, že Fortran je stále široko používaným programovacím jazykom a používa sa hlavne v oblasti objavov. Klasické oblasti použitia, napríklad vo fyzike alebo strojárstve, kde sa vykonávajú rozsiahle a zložité matematické výpočty. Majú veľmi užitočné rozsiahle matematické knižnice, ktoré existujú pre rôznych kompilátorov. Na záver možno konštatovať, že dnes sa z mnohých dôvodov používa jazyk Fortran:
  • Prítomnosť mnohých funkčných knižníc, ktoré boli vyvinuté už mnoho rokov.
  • Prítomnosť softvéru Fortran, ktorý vyžaduje veľmi dôležité zdroje pre vývoj, keď sa považuje za príliš drahé na prechod na iný jazyk.
  • Prítomnosť výkonných kompilátorov so zabudovanými funkciami Fortran, ktoré produkujú veľmi rýchle spustiteľné súbory.
  • Jazyk je prístupnejší pre vynálezcu, ktorý nemal špecializovaný počítačový kurz.
  • V súčasnosti sú v C a C ++ napísané mnohé vedecké programy, ktorých kompilátory sú dostupné na väčšine počítačov. Ďalšie kompilované jazyky sa niekedy používajú na vedecké výpočty, a to najmä pre programy ako Scilab alebo Matlab. Tiež obsahujú knižnice BLAS a LAPACK vyvinuté v programovaní Fortran. Matlab bol pôvodne program vo Fortrane, distribuovaný na univerzitách a výskumných centrách.

    Moderné kompilátory

    Hoci Tom Lahey je teraz "jediným" generálnym kompilátorom, Lahey Computer Systemsnaďalej používajú mnohí programátori. Lahey niekoľko rokov spolupracuje s Fujitsu, Lahey sústredí na analyzátor Fortran a Fujitsu - kód generátor. Aktuálne Compiler Suite pre Windows volal Lahey Fujitsu Fortran 95 (LF95) a je k dispozícii v rôznych verziách, z ktorých niektorí tiež integrovaný s Visual Studio .NET 2003. K dispozícii je tiež low-cost verzie a na LF95 Express bez vlastného IDE. Aktuálna verzia - 7.1. V Linuxe kompilátora s názvom Lahey /Fujitsu Fortran 95 v6.2 pre Linux a je k dispozícii v dvoch rôznych verziách. Napríklad Pre verzia obsahuje kompatibilitu s OpenMP v2.0 jednoduchá grafika motora Winteracter Starter Kit, matematické knižnice a vedecká knižnica rutiny Fujitsu 2. Ďalším producentom je Absoft. Kompilátory a C ++ existujú nielen pre Windows a Linux, ale aj pre OS X Macintosh. Tieto kompilátory sú zaujímavé pre vývojárov, ktorí potrebujú alebo chcú podporovať všetky tri platformy. Bohužiaľ, Absoft rozlišuje medzi 32 - a 64-bitové verzie pre Linux, v súčasnej dobe používajú verzia 10.0 Fortran 95 (64-bit Linux
    Pomerne novinkou na trhu je balíček EKOPath Compiler Suite Jedná sa o kompilátor C ++ .. a vývojové prostredie Fortran for Linux, ktoré sú tiež k dispozícii samostatne a sú určené predovšetkým pre 64-bitové AMDusers. To tiež beží na Intel EM64T. tiež, Microsoft raz pokúsil nájsť "lacné trh» Fortran a priniesla na trh Microsoft Powerstation. Možno bol trh príliš malý pre softvérový gigant, ale Digital sa podieľal na kóde v roku 1997 a použil s a pracovať s kompilátorom Digital Unix a OpenVMS. Bolo to ešte veľmi úspešná narodeniny Digital Visual Fortran. V určitom bode, potom sa sťahoval do Digital Compaq, kompilátor bol revidovanýAktuálna verzia Compaq Visual Fortran (CVF) v6.6. Okrem "bežných" 32-bitových platforiem existujú rôzne 64-bitové kompilátory, napríklad pre Intel Itanium a Intel EM64T. Hoci nie sú pre dodávku "naliehavé", sú k dispozícii na bezplatné stiahnutie prostredníctvom systému podpory Intel Premier Web Support System. Po jednorazovej, trochu ťažkopádnej registrácii, môžete ju používať po dobu jedného roka, berúc do úvahy nové aktualizácie každých pár týždňov. Aj staršie verzie zostanú k dispozícii.

    Štruktúra organizačného programu

    Program Fortran je postupnosť riadkov textu. Text sa musí riadiť určitou syntaxou. Napríklad: kružnica s polomerom r, oblasť c. Tento program prečíta skutočný polomer a definuje oblasť kruhu s polomerom r: write (*, *); 'Radius r:' čítal (*, *) r; plocha = 314159 * r * r; písať (*, *) 'Oblasť ='; prestať; end. Linky začínajúce na "C" sú pripomienky a nemajú iný účel ako to, aby bol program čitateľnejší pre ľudí. Po prvé, všetky programy Fortran boli napísané veľkými písmenami. Väčšina programátorov teraz píše malá písmena, pretože je čitateľnejšia. Program Fortran sa zvyčajne skladá z hlavného programu alebo vodiča a niekoľkých rutín, rutín alebo podprogramov. Štruktúra hlavného programu:
  • názov programu;
  • vyhlásenia;
  • vyhlásenia;
  • zastávka;
  • koniec.
  • Zvýraznené kurzívou by sa nemali vnímať ako doslovné, ale skôr ako všeobecný opis. Operátor zastavenia je voliteľný a môže sa zdajú byť nadbytočné, pretože program sa zastaví, keď v každom prípade dosiahne svoj koniec, aleOdporúča sa, aby ste vždy dokončili program s operátorom zastavenia, aby ste zdôraznili, že tok spúšťania je zastavený.

    Pravidlá stĺpcov

    Fortran 77 nie je voľne formátovaný jazyk, ale má veľmi prísny súbor pravidiel pre formátovanie zdrojového kódu. Najdôležitejšie pravidlá sú pravidlá pre usporiadanie stĺpcov:
  • Col. 1: prázdne alebo "c" alebo "*" pre pripomienky.
  • 2-5: Označenie operátora.
  • Col. 6: Pokračujte v predchádzajúcom riadku.
  • Col. Schválenia typu 7-72
  • Col. 73 - 80: Číslo poradia.
  • ​​Niekoľko Fortrans, ktoré začínajú písmenom "c" alebo hviezdičkou v prvom stĺpci, majú komentár. Komentáre sa môžu zobrazovať kdekoľvek v programe. Dobre napísané, sú rozhodujúce pre čitateľnosť programu. Obchodné kódy Fortranu často obsahujú približne 50% komentárov. Môžete sa tiež stretnúť s programami, ktoré používajú výkričník (!). Toto je veľmi na zákazku vyrobené vo Fortran 77, ale povolené vo Fortran 90. Výkričník sa môže objaviť kdekoľvek na linke. Niekedy vyhlásenie nezapadá do jedného riadku, potom môžete rozdeliť operátora na dva alebo viac riadkov a použiť znak rozšírenia v pozícii. Príklad:
  • C23456789 - Zobrazuje polohu stĺpca.
  • "C" - nasledujúci operátor prechádza dve časti fyzických riadkov.
  • Oblasť = 314159265358979 + * r * r.
  • Prázdne miesta sa ignorujú, začínajúc od "Fortran 77". Preto ak odstránite všetky medzery vo formáte Fortran 77, program je stále syntakticky správny, aj keď je pre operátorov takmer nečitateľný.

    Premenné, typy a vyhlásenia

    Názvy premenných vo Fortran pozostávajú z 1 až 6znaky vybrané z písmen a až z a čísel 0-9. Prvým znakom by malo byť písmeno. Fortran 90 umožňuje mená premenných ľubovoľnej dĺžky. Fortran 77 nerobí rozdiel medzi veľkými a malými písmenami, v skutočnosti predpokladá, že všetky vstupy, je veľkými písmenami. Takmer všetci kompilátori F 77 prijmú malé písmená. Každá premenná musí byť v reklame zadaná. Tým sa nastaví typ premennej. Najbežnejší zoznam premenných je:
  • celé číslo;
  • ;
  • dvojitá presnosť;
  • komplex;
  • logické;
  • znakov.
  • rada pozostáva z názvy premenných, oddelených čiarkami. Každá premenná musí byť deklarovaná presne raz. Ak je premenná nie je deklarovaná, F 77 používa súbor jasných pravidiel pre stanovenie druhu. To znamená, že všetky premenné, ktoré začínajú na písmeno «v», sú celé čísla, a všetky ostatné - real. Mnoho starších programov F 77 pomocou týchto implicitných pravidiel, ale programátori nemajú na to, ako je pravdepodobnosť chyby sa zvyšuje dramaticky, ak Steady deklarovať premenné. Fortran 77 má iba jeden typ pre celočíselné premenné. Celé číslo je obvykle uložený ako 32-bitové (4 byte) premenných. Preto sú všetky celočíselné premenné by mali mať hodnoty v rozmedzí [-m, m], kde m je asi 2 * 10 77 9. F má dva rôzne typy pre plávajúcou desatinnou čiarkou premenné, nazývané v reálnom s dvojitou presnosťou. Niektoré numerické výpočty vyžadujú, by mali byť použité veľmi vysokou presnosťou a dvojitou presnosťou. Zvyčajne real - 4-byte variabilné a double precision - 8 bytov, ale záleží na stroji.Neštandardné verzie Fortranu používajú syntax real * 8 na označenie premenných s premennými s pohyblivou hod- notou 8 bajtov. Niektoré konštanty sa v programe vyskytujú mnohokrát. Preto je žiaduce identifikovať ich iba raz na začiatku programu. Ak to chcete urobiť, použite operátor parametrov. To tiež robí programy čitateľnejšie. Napríklad programová oblasť kruhu by mala byť takto napísaná.
    Syntax mena operátora parametra = konštanta ,, name = konštanta). Pravidlá operátora parametrov:
  • Premenná, definovaná v parametrovej inštrukcii, nie je premenná, ale konštanta, ktorej hodnota sa nemôže nikdy meniť.
  • Funkcia "Premenná" nemôže zobrazovať viac ako jeden operátor parametrov.
  • Operátor parametrov musí pristupovať k prvému spustiteľnému súboru.
  • Niektoré dôvody na použitie parametra - pomáha znižovať počet chýb, je ľahké zmeniť konštantu, ktorá sa v programe opakovane objavuje.

    Logické výrazy

    Logické výrazy môžu mať iba hodnotu .TRUE. alebo .FALSE a môže sa vytvoriť porovnaním aritmetických výrazov pomocou relačných operátorov. Nemôžete používať symboly ako "Konštanta a cieľová oblasť Najjednoduchšia forma vyjadrenia je konštanta. Existuje 6 typov konštánt zodpovedajúcich 6 dátovým typom. Tu sú niektoré celočíselné konštanty: 10-10032767 + 15 skutočné konštanty: 10-0252.0E63333E-1. E-notácia znamená, že musíte vynásobiť konštantou 10, ktorá sa zvýši na výkon vedľa "E". V dôsledku toho je 2.0E6 dva milióny a 3333 E-1 je asi jedna tretina pre konštanty, ktoré sú väčšie akomaximálna skutočná prípustná hodnota alebo ktorá vyžaduje vysokú presnosť, by sa mala použiť dvojnásobná presnosť. Označenie je rovnaké ako pre skutočné konštanty okrem toho, že "E" sa nahrádza "D". Príklad: 2,0 D-11D99. Tu 2.0 D-1 je dvojnásobná presnosť s jednou pätinou, zatiaľ čo 1D99 je jedna, za ktorou nasleduje 99 núl. Ďalším typom sú zložité konštanty. Označujú sa dvojicou konštánt (celé alebo skutočné), oddelené čiarkou, ktorá je uzavretá v zátvorkách. Príklady sú: (2 -3) (199 E-1). Prvé číslo predstavuje skutočnú časť a druhé predstavuje imaginárnu časť. Piatym typom sú logické konštanty. Môžu mať iba jednu z dvoch hodnôt: .TRUE. .FALSE. Upozorňujeme, že body, ktoré obsahujú písmená, sa vyžadujú. Posledným typom sú symbolické konštanty. Najčastejšie sa používajú ako pole znakov nazývané riadky. Pozostávajú z ľubovoľnej sekvencie postáv, väzňov v apostrofe (jednoduché úvodzovky): "ABC" "Čokoľvek ide!" "Je to pekný deň" Lineárne a charakteristické konštanty rozlišujú veľké a malé písmená. Problém vzniká, ak potrebujete skutočný apostrof v samotnom riadku. V tomto prípade je potrebné zdvojnásobiť apostrof: "Je to pekný deň", čo znamená "Aký nádherný deň"

    Podmienečne schvaľujem "ak"

    Dôležité komponenty každého programovacieho jazyka sú podmienečné schválenia. Najčastejšie z takýchto vyhlásení vo Fortran je prevádzkovateľ, ktorý má v skutočnosti niekoľko foriem. Najjednoduchšie je príkaz if v opise Fortran: if (logický výraz) spustiteľného výrazu. Toto by malo byť napísané na jedinom riadku, napríklad pri určovaní absolútnej hodnoty x: if (x .LT. 0) x = -x IfAk by mal byť vykonaný viac ako jeden operátor, použite nasledujúcu syntax: if (logický výraz) thenstatementsendif. Tok vykonávania zhora nadol. Podmienené výrazy sa vyhodnocujú postupne, kým sa nenašla skutočná hodnota. Potom sa vykoná zodpovedajúci kód a riadiaca jednotka prechádza na nasledujúci operátor po ukončení ak. Operátori, ak môžu byť vnorené v niekoľkých úrovniach. Na zabezpečenie čitateľnosti je dôležité používať správne odsadenie. Tu je príklad: ak (x .GT .0) thenif (x .GE.y) potom write (*, *) 'x je kladný a x> = y'elsewrite (*, *)' x je kladný, Operačný systém Unix
    Môžete použiť ľubovoľnú pracovnú stanicu Unix s prekladačom F 77. Skúsení programátori odporúčajú používať buď Sun alebo Dec. Program Fortran pozostáva z obyčajného textu, ktorý nasleduje po určitých pravidlách syntaxe. Toto sa nazýva zdrojový kód. Programátori používajú editor na zápis zdrojového kódu. Najčastejšie editory v systéme Unix sú emacs a vi, ale môžu byť komplikované pre začínajúcich používateľov. Môžete použiť jednoduchší editor, napríklad xedit, ktorý funguje pod X-oknami. Po napísaní programu Fortran sa tento súbor uloží do súboru s príponou .f alebo .for a preloží program do strojovo čitateľnej podoby. To sa deje pomocou špeciálneho programu nazvaného kompilátor. Kompilátor Fortran 77 sa bežne označuje ako f77. Výsledkom kompilácie je predvolene zadaný trochu tajomný názov ".out", ale ak potrebujete, môžete vybrať iný názov. Ak chcete spustiť program, stačí zadať názov spustiteľného súboru,napríklad "a.out". Kompilátor prekladá zdrojový kód do objektového kódu a linker alebo boot loader do spustiteľného súboru. Ako vidíte, tento postup nie je vôbec komplikovaný a je prístupný ľubovoľnému používateľovi.

    Metódy modelovania výroby

    Modelovanie je jednou z najbežnejšie používaných metód výroby a iných systémov, ktoré sú k dispozícii v moderných podnikoch. Väčšina simulačných modelov je postavená pomocou objektovo-orientovaného programovacieho jazyka Actor Fortran alebo softvérového balíčka pre simuláciu napísaného v tradičnom jazyku. Tieto nástroje majú svoje obmedzenia. Objektovo orientovaná technológia sa čoraz viac využíva v mnohých oblastiach a sľubuje flexibilnejší a účinnejší prístup k modelovaniu podnikových systémov. Object-orientované programovacie jazyky Simula Fortran sa porovnávajú s bežným vedeckým programovacím jazykom FORTRAN. Typický model vojenskej simulácie je naprogramovaný v SIMULA i FORTRAN. Program SIMULA bol o 24% kratší ako verzia FORTRAN. Verzia SIMULA je tiež jednoduchšia a poskytuje lepší obraz simulovaného modelu. Na druhej strane, čas na realizáciu produkčných cyklov je o 64% viac s objektovo-orientovaným programovacím jazykom Simula Fortran. Zváženie výhod a nevýhod ukazuje, že SIMULA bude čoraz výnosnejšia, s vyššími nákladmi na personál a nižšími počítačovými nákladmi. CUDA ukazuje, ako vysoko výkonní vývojári aplikácií môžu využívať schopnosti grafických procesorov pomocou technológie Fortran, známeho jazyka pre vedeckévýpočtový a testovací výkon superpočítača. Autori neposkytujú žiadne predchádzajúce skúsenosti s paralelnými výpočtami a pokrývajú iba základy a používajú osvedčené postupy. Účinnosť výpočtových grafických procesorov pomocou CUDA Fortran je zabezpečená architektúrou cieľového grafického procesora. CUDA Fortran pre vedcov a inžinierov identifikuje intenzívne výpočtové časti kódu a zmení kód pre správu dát, paralelnosť a optimalizáciu výkonu. To všetko sa deje vo Fortrane, bez nutnosti prepísať program do iného jazyka. Každý koncept je ilustrovaný skutočnými príkladmi, takže môžete okamžite vyhodnotiť výkonnosť kódu. Možno niekedy globálna spoločnosť "nakoniec globalizuje" a rozhodne, že Fortran už nie je potrebná, avšak nie teraz. Vďaka súčasným možnostiam dnešného mesta Fortran ho mnohí programátori a vedci považujú za budúcnosť. Okrem toho existuje celkom málo výrobcov na svete, ktorí žijú na vývoji moderných kompilátorov a zarábajú na tomto procese veľa.

    Súvisiace publikácie