Ходячие мертвецы. Фортран. Язык программирования Фортра́н (Fortran)

На iOS - iPhone, iPod touch 10.07.2019
На iOS - iPhone, iPod touch

В 2017 году языку Fortran исполняется 60 лет. За это время язык несколько раз дорабатывался. «Современными» версиями считаются Fortran 90, 95, 2003 и 2008. Если изначально это был язык программирования высокого уровня с чисто структурной парадигмой, то в более поздних версиях появились средства поддержки ООП и параллельного программирования. На сегодняшний день Fortran реализован для большинства платформ.

До появления языка Fortran разработчики программировали, используя машинный код и ассемблер. Язык высокого уровня быстро набрал популярность, так как был прост в изучении и обеспечивал генерацию эффективного исполняемого кода. Это существенно упростило жизнь программистам.

В 1950 году, когда Джону Бекусу было 25 лет, он, получив степень магистра математики в Колумбийском университете, устроился программистом в фирму IBM. Вскоре он возглавил группу, разрабатывающую интерпретатор под названием «Быстрый кодировщик» для компьютера марки IBM-701. Затем он работал в составе группы по созданию более мощного преемника модели 701, машины IBM-704.

В 1953 году Бекус выступил с рационализаторской инициативой. Он предложил создать язык и компилятор к нему, которые должны были упростить программирование модели IBM-704. Система позволяла записывать программы в алгебраической форме, а компилятор должен был автоматически переводить ее в машинные коды.

С этим предложением Джон Бекус, как говорится, оказался в нужном месте, в нужное время. С опозданием выйдя на рынок, фирма IBM испытывала затруднения с увеличением сбыта своих компьютеров. По этой причине она поддерживала исследования по информатике в Колумбийском, Гарвардском и некоторых других университетах. Помимо этого, IBM и сама искала пути снижения стоимости программирования, а также пыталась упростить работу с компьютерами, чтобы сделать их более привлекательными, «дружественными» для пользователей.

Дело в том, что в то время с компьютерами работали в основном ученые, инженеры и преподаватели. Вычислительные машины использовались для научных расчетов. Однако эти люди испытывали большие сложности, так как приходилось использовать машинные коды и язык ассемблера. А это требовало довольно глубокого знания устройства и действия самого компьютера.

Поэтому они наверняка согласились бы изучить язык высокого уровня, особенно если бы он напоминал привычные им алгебраические формулы. Такие рассуждения подвигли IBM к разработке Fortran.


IBM-704

Исследователи фирмы IBM, создававшие Fortran, и не подозревали, насколько большое значение приобретет этот язык. Когда они в начале 1954 года приступили к работе, информатика развивалась стихийно, и каждый работал по наитию. Это привело к возникновению профессиональных программистов и специалистов по информатике.

Один из управляющих фирмы IBM решил, что из шахматистов получаются хорошие программисты, поэтому он заводил беседы с возможными кандидатами в программисты во время шахматных партий с одним из сотрудников фирмы IBM (который, кстати, был чемпионом США по шахматам).

Мало кто из восьми человек, занятых в разработке Fortran, был серьезно знаком с компьютерами. Они пришли из университетов и авиакомпаний, а также из собственных программистских групп IBM.

Даже сам руководитель команды разработки Fortran Джон Бекус имел лишь несколько лет опыта работы с компьютером, когда приступил к созданию нового языка программирования.
До колледжа Бекус был посредственным учеником («Я прошел больше школ, чем могу вспомнить»). После службы в армии во время второй мировой войны он оказался в Нью-Йорке, где поступил в школу радиотехники. «Пределом моих стремлений было сделать высококачественное звуковоспроизводящее устройство», - признался Бекус позднее,.

Однако преподаватель по ремонту телевизионной и радиоаппаратуры пробудил у Бекуса интерес к математике и убедил его продолжить учебу в Колумбийском университете. Так скромно началась одна из самых плодотворных карьер в истории вычислительной техники.

Итак, разработчики во главе с Бекусом расположились в штаб-квартире фирмы IBM на Мэдисон-авеню в Нью-Йорке.

Они выделили основные понятия нового языка, в частности оператор присваивания (например, N = 100), задававший переменным определенные значения, ввели индексируемые переменные, которые сообщали компьютеру, какой элемент из списка переменных нужен (например, X(3) означает третий элемент списка, названного X), предложили очень важный оператор DO, который позволял повторять нужную последовательность операторов заданное число раз.

Как заявлял Бекус, большинство людей считало, что основной вклад Fortran - это возможность писать программы в виде алгебраических формул, а не на машинном языке. Но на самом деле это не так. По его мнению, Fortran в первую очередь автоматизировал организацию циклов. Важность этой задачи при разработке научных приложений сложно переоценить. Работа над языком шла быстро.

Однако совсем другое дело - разработка компилятора. Бекус понимал, что развеять сомнения в возможностях «автоматического» программирования, то есть написания программ на языках высокого уровня нелегко. Это произойдет, когда программы, полученные с помощью Fortran, будут такими же быстродействующими и надежными, как и написанные в машинных кодах или на языке ассемблера, думал он.

По плану на разработку компилятора отводилось полгода, однако работа над ним заняла более двух лет.

В конце 1956 года и в 1957 году интенсивность работы по доводке и отладке компилятора резко возросла. В этот период члены группы часто снимали номер в ближайшей гостинице, где отсыпались днем, работая на машине по ночам, чтобы иметь возможно больше непрерывного машинного времени. Ошибки одна за другой устранялись, и в апреле 1957 года компилятор был готов для использования владельцами машины IBM-704.

«Большой конфуз»

По ошибке, которую Бекус назвал «большим конфузом», компилятор был послан в лабораторию «Вестингауз-Беттис» в виде колоды перфокарт и без каких-либо инструкций; что и позволило Гербу Брайту из лаборатории «Вестингауз-Беттис» запустить Fortran вслепую. Остальные пользователи получили систему на магнитной ленте вместе с руководством для оператора.

В одну из пятниц апреля 1957 года в компьютерный центр атомной лаборатории «Вестингауз-Беттис» возле Питтсбурга почтальон доставил загадочную посылку. Программист Херб Брайт и двое его коллег открыли ящик, на котором не было никаких пометок, и обнаружили там стопку примерно из 2 тысяч перфокарт, без единой инструкции.

Рассматривая перфокарты, Брайт вспомнил, что в IBM как раз шла окончательная отладка языка высокого уровня, предназначенного для использования на IBM-704. Может, почтальон принес именно этот долгожданный компилятор? Брайт и его друзья решили загрузить загадочные карты в компьютер и посмотреть, что получится.

Брайт вложил в считывающее устройство компьютера тестовую программу, написанную на Фортране, и нажал кнопку пуска. Новый компилятор выдал на принтер сообщение: «на карте № 25 обнаружена ошибка в операторе - пропущена запятая».

Программисты, привыкшие к запутанным сообщениям в виде числовых кодов, были поражены ясностью этой информации. Неверный оператор исправили и снова нажали кнопку пуска. Ленты начали вращаться, и компьютер выдал стопку перфокарт программы. Когда карты загрузили в считывающее устройство, заработал принтер и без остановки напечатал 28 страниц. Компьютер лишь слегка ошибся в формате выходных данных. «Но числа были правильными! Числа были правильными!» - восклицал позднее Брайт.

На самом деле, примерно в одно и то же время с Fortran"ом появилось еще два языка высокого уровня – Кобол и Алгол. Начиная с конца 50-х годов они долгое время лидировали в компьютерном мире. Большинство современных программ написано на языках, которые представляют собой потомки этих трех языков.

Распространение и адаптация

Но поначалу Fortran принимали без особой теплоты. Программисты, как вспоминал Бекус, «весьма скептично воспринимали все наши заявки». Однако по сравнению со своими предшественниками Fortran был сравнительно прост для обучения и использования.

Кроме того, фирма IBM снабжала все модели 704 Fortran’ом бесплатно. В результате к 1958 году более половины всех машинных команд на 60 компьютерах фирмы были получены не вручную, а «автоматически», с помощью нового языка высокого уровня.

Бекус понимал, что конкурирующие производители тоже займутся разработкой языков высокого уровня для своих вычислительных машин. Однако Fortran быстро стал нормой и его адаптировали для различных моделей ЭВМ. Первую адаптацию осуществила сама фирма IBM. Через пять лет Fortran использовался на шести различных моделях компьютеров фирмы IBM, а также на компьютерах компании «Сперри Рэнд», «Филко» и других.

Небольшая группа, в которую входил Дэвид Хеммис, за короткое время адаптировала Fortran к машине IBM-650, меньшей, чем IBM-704. Хеммис и его коллеги разработали систему «FORTRANSIT» (FOR TRANSIT - для перехода); позднее эти два слова слились в одно. Таким образом, система FORTRANSIT стала первым транслятором исходного, работающим на ЭВМ нескольких моделей.


Дэвид Хеммис – один из первых разработчиков компьютерных языков, за рулем своего автомобиля выпуска 1928 года. Фотография сделана в Уэстхемптоне (шт. Нью-Йорк) во время автомобильных гонок 1957 года.

Доработка

Тем не менее, работу над новым языком нужно было продолжать достаточно долго: это стало ясно еще в начале 1957 года, когда продолжался процесс отладки. Бекус и другие разработчики понимали, что язык нуждается в более точной системе диагностики программных ошибок. Кроме того, необходимо было реализовать возможность раздельного и независимого написания подпрограмм и программных модулей. Таким образом язык получил бы еще одно преимущество – повторное использование кода.

Благодаря усилиям разработчиков всего через год после создания оригинала появился Fortran II. Одно из достоинств нового языка состояло в том, что он позволял вставлять в программы фрагменты кода на ассемблере. Более поздняя версия, Fortran III, была создана в 1958 году. Про Fortran IV, который еще больше расширил возможности языка, стало известно в 1962 году.

Ядро языка, его основные операторы и выражения, оставались практически неизменными на протяжении многих лет. Но, поскольку Фортран многократно адаптировался ко все новым системам машин, для которых он не предназначался, постепенно накапливались отличия. Одни возможности терялись, новые возникали. Это неизбежно порождало путаницу.

Например, не все компиляторы одинаково истолковывали важнейший оператор DO: некоторые всегда выполняли цикл хотя бы один раз, не проверяя, нужно ли его вообще выполнять, другие осуществляли такую проверку. Чтобы навести порядок в подобных вопросах, производители и пользователи компьютеров договорились провести стандартизацию языка.

В 1966 году первый стандарт получил название Fortran 66. В 1977 году, соответственно, вышел стандарт Fortran 77. В 1991 году появился Fortran 90. Fortran 95 создан в 1997 году.

Fortran в СССР

В Советском союзе ко двору больше пришелся Алгол-60. Поэтому Fortran в этой стране появился позже. Тем не менее, постепенно он вышел на первое место по популярности. Были разработаны компиляторы (трансляторы) для большинства отечественных ЭВМ – «Минск-32», БЭСМ-4, БЭСМ-6, АС-6, ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ, МВК «Эльбрус» и так далее.

В ИПМ им. Келдыша в разное время было разработано несколько трансляторов. Два из них – Фортран-Алмо и Форшаг (Фортран шаговый) были написаны на языке Алмо и код генерировали на этом же языке. Это позволило установить трансляторы на несколько разнотипных ЭВМ. В обоих трансляторах реализован стандарт Fortran 66.

Форшаг также включал язык диалога, который позволил создавать, редактировать и выполнять трансляцию кода в диалоговом режиме. Помимо этого, был разработан комплекс графических программ для Фортрана – Графор, который активно использовался на различных ЭВМ.

Fortran и по сей день остается популярным среди научных работников. Это первый язык программирования высокого уровня, имеющий транслятор, получивший практическое применение и дальнейшее развитие. Как говорилось в руководстве фирмы IBM, выпущенном в 1957 году, «Fortran обеспечивает эффективный способ создания программ для модели 704, прост в обучении и не требует глубоких знаний в области ЭВМ».

С тех пор научные работники, инженеры и студенты получили возможность общаться с компьютером без помощи профессиональных программистов, пишущих на ассемблере.

Однако следующее поколение программистов стало относиться к Fortran"у как к «ископаемому». Эдсгер Дейкстра, язвительно отмечал, что обучение студентов этому языку должно приравниваться к серьезному преступлению.

Среди учёных, например, ходит такая присказка, что любая математическая задача уже имеет решение на Фортране, и, действительно, можно найти среди тысяч фортрановских пакетов и пакет для перемножения матриц , и пакет для решения сложных интегральных уравнений , и многие, многие другие. Ряд таких пакетов создавался на протяжении десятилетий и популярен в научной среде по сей день, например - IMSL (англ. ).

Большинство таких библиотек является фактически достоянием человечества: они доступны в исходных кодах, хорошо документированы, отлажены и весьма эффективны. Поэтому изменять, а тем более переписывать их на других языках программирования накладно, несмотря на то, что регулярно производятся попытки автоматического конвертирования FORTRAN-кода на современные языки программирования.

Современный Фортран (Fortran 95 и Fortran 2003) приобрёл черты, необходимые для эффективного программирования для новых вычислительных архитектур, позволяет применять современные технологии программирования, в частности, ООП .

Эволюция стандартов языка

Фортран - жёстко стандартизированный язык, именно поэтому он легко переносится на различные платформы. Новые стандарты языка в значительной мере сохраняют преемственность с более старыми, что позволяет использовать коды ранее написанных программ и их модифицировать .

FORTRAN 66 (1972) На базе стандарта фирмы IBM FORTRAN IV FORTRAN 77 (1980) Введено множество улучшений: Fortran 90 (1991) Значительно переработан стандарт языка. Fortran 95 (1997) Коррекция предыдущего стандарта. Введён оператор и конструкция FORALL, позволяющие более гибко, чем оператор и конструкция WHERE, присваивать массивы и заменять громоздкие циклы. FORALL позволяет заменить любое присваивание сечений или оператор и конструкцию WHERE, в частности, обеспечивает доступ к диагонали матрицы. Данный оператор считается перспективным в параллельных вычислениях, способствуя более эффективному, чем циклы, осуществлению распараллеливания . Fortran 2003 (2004) Дальнейшее развитие поддержки ООП в языке. Взаимодействие с операционной системой. Добавлены также следующие возможности: Fortran 2008 (2010) Стандартом предполагается поддержка средствами языка параллельных вычислений (Co-Arrays Fortran) . Также предполагается увеличить максимальную размерность массивов до 15, добавить встроенные специальные математические функции и др.

Компиляторы

С момента первоначальной разработки языка, компиляторы Фортрана производит фирма IBM. В настоящее время фирмой IBM поставляется оптимизирующий компилятор VS Fortran для мэйнфреймов IBM System z , история развития различных версий которого восходит ещё к 1964 году , а также компилятор XL Fortran для платформ на базе архитектуры PowerPC - AIX , Linux и суперкомпьютера Blue Gene (выпускалась также версия для Mac OS X , когда компьютеры Macintosh использовали процессоры PowerPC). Оба этих компилятора содержат очень сложные оптимизаторы, являющиеся результатом непрерывной научной работы специалистов IBM на протяжении полувека. На базе компилятора IBM Fortran XL фирмой Absoft, бизнес-партнёром IBM, создан и поставляется компилятор Absoft Pro Fortran для систем на базе процессоров PowerPC (Linux, Mac OS X) и Intel (Linux, Mac OS X, Windows) .

Фонд свободного программного обеспечения GNU выпускал открытый компилятор Фортрана-77 g77, доступный практически для любой платформы и полностью совместимый с GCC . Сейчас ему на смену пришел компилятор GFortran , в котором реализованы практически все конструкции стандарта Фортран-95 и многие конструкции стандартов Фортран-2003 и Фортран-2008. Он также полностью обратно совместим с Фортран-77. Также существует независимый проект g95 по созданию на основе GCC компилятора Фортран-95.

Возможности и структура программы

Фортран имеет достаточно большой набор встроенных математических функций, поддерживает работу с целыми, вещественными и комплексными числами высокой точности. Выразительные средства языка изначально были весьма бедны, поскольку Фортран был одним из первых языков высокого уровня. В дальнейшем в Фортран были добавлены многие лексические конструкции, характерные для структурного, функционального и даже объектно-ориентированного программирования.

Перфокарта с разметкой колонок для Фортрана.

Структура программ изначально была ориентирована на ввод с перфокарт и имела ряд удобных именно для этого случая свойств. Так, 1-я колонка служила для маркировки текста как комментария (символом C ), с 1-й по 5-ю располагалась область меток, а с 7-й по 72-ю располагался собственно текст оператора или комментария. Колонки с 73-й по 80-ю могли служить для нумерации карт (чтобы восстановить случайно рассыпавшуюся колоду) или для краткого комментария, транслятором они игнорировались. Если текст оператора не вписывался в отведённое пространство (с 7-й по 72-ю колонку), в 6-ой колонке следующей карты ставился признак продолжения, и затем оператор продолжался на ней. Расположить два или более оператора в одной строке (карте) было нельзя. Когда перфокарты ушли в историю, эти достоинства превратились в серьёзные неудобства.

Именно поэтому в стандарт Фортрана, начиная с Fortran 90, в добавление к фиксированному формату исходного текста появился свободный формат, который не регламентирует позиции строки, а также позволяет записывать более одного оператора на строку. Введение свободного формата позволило создавать код, читаемость и ясность которого не уступает коду, созданному при помощи других современных языков программирования, таких как или Java .

Своего рода «визитной карточкой» старого Фортрана является огромное количество меток, которые использовались как в операторах безусловного перехода GOTO , так и в операторах циклов, и в операторах описания форматного ввода/вывода FORMAT. Большое количество меток и операторов GOTO часто делало программы на Фортране трудными для понимания.

Именно этот негативный опыт стал причиной, по которой в ряде современных языков программирования (например, Java) метки и связанные с ними операторы безусловного перехода сильно видоизменены.

Однако современный Фортран избавлен от избытка меток за счёт введения таких операторов, как DO … END DO, DO WHILE, SELECT CASE. Более того, в современных стандартах языка оставлен лишь классический оператор GOTO, применяемый во многих языках и поныне. Вычисляемый оператор GOTO, а также конструкция ENTRY - множественного входа в процедуры, были исключены.

Также к положительным чертам современного Фортрана стоит отнести большое количество встроенных операций с массивами и гибкую поддержку массивов с необычной индексацией. Пример:

Real ,dimension (: ,: ) :: V ... allocate (V(- 2 : 2 ,0 : 10 ) ) ! Выделить память под массив, индексы которого могут ! меняться в пределах от -2 до 2 (первый индекс) ! и от 0 до 10 - второй ... V (2 ,2 : 3 ) = V(- 1 : 0 ,1 ) ! Повернуть кусочек массива write(* ,* ) V(1 ,: ) ! Напечатать все элементы массива V, первый индекс которых равен 1. deallocate (V)

Hello, World!

Фиксированный формат (символами «␣» выделены пробелы в позициях строки с 1 по 6):

␣␣␣␣␣␣PROGRAM hello ␣␣␣␣␣␣PRINT* , "Hello, World!" ␣␣␣␣␣␣END

Свободный формат:

Program hello print * , "Hello, World!" end

Замечания.

  • Оператор PROGRAM не является обязательным. Строго говоря, единственный обязательный оператор Фортран-программы - оператор END .
  • Выбор прописных или строчных букв для написания операторов программы произволен. С точки зрения современных стандартов языка Фортран, множество прописных букв и множество строчных букв при написании операторов языка совпадают.

Взаимодействие с другими языками

Многие системы программирования позволяют компоновать полученные в результате трансляции фортрановской программы объектные файлы с объектными файлами, полученными от компиляторов с других языков, что позволяет создавать более гибкие и многофункциональные приложения. Для языка Фортран также доступно большое количество библиотек, содержащих как подпрограммы решения классических вычислительных задач (LAPACK , IMSL, BLAS), задач организации распределённых вычислений (MPI , pvm), так и задач построения графических интерфейсов (Quickwin , FORTRAN/TK) или доступа к СУБД (Oracle).

Фортран в СССР

Примечания

  1. См., например: Netlib Repository at UTK and ORNL
  2. А. М. Горелик . Эволюция языка программирования Фортран (1957-2007) и перспективы его развития//Вычислительные методы и программирование, 2008, Т. 9, с. 53-71
  3. Бартеньев О.В. Современный Фортран . - М .: Диалог МИФИ, 2005. - ISBN 5-86404-113-0
  4. А. М. Горелик. объектно-ориентированное программирвание на современном Фортране
  5. С. Д. Алгазин, В. В. Кондратьев. Программирование на Visual Fortran. - М .: «Диалог МИФИ », 2008. - 448 с. - ISBN 5-8243-0759-8
  6. Горелик А. М.Новости
  7. VS FORTRAN
  8. XL Fortran for Linux
  9. Absoft Pro Fortran Compiler Suites General Overview
  10. Sun Studio - Benchmarks
  11. Очерк Александра Расторгуева о появлении Фортрана в Дубне
  12. История компьютерной графики в России

Литература

  • Fortran. Programmer"s Reference Manual. The Fortran Automatic Coding System for the IBM 704 EDPM . - IBM Corp., 1956. - 51 с.
  • ISO/IEC 1539-2:2000 Information technology - Programming languages - Fortran - Part 2: Varying length character strings
  • Роберт У. Себеста. 2.3. Компьютер IBM 704 и язык Фортран // Основные концепции языков программирования = Concepts of Programming Languages / Пер. с англ. - 5-е изд. - М .: Вильямс, 2001. - С. 63-69. - 672 с. - 5000 экз. - ISBN 5-8459-0192-8 (рус.), ISBN 0-201-75295-6 (англ.)

Ссылки

  • gfortran - Компилятор Фортрана 95/2003/2008, часть Коллекции компиляторов GNU
  • в Прогопедии - энциклопедии языков программирования (рус.)
Основные
* "Магия ПК" 2000 №6(28), С. 49–50.

В 1955 году увидел свет первый алгоритмический язык высокого уровня FORTRAN (FORmula TRANslator – транслятор формул). Он использовался в основном для решения научно-технических и инженерных задач, а разработали его сотрудники фирмы IBM под руководством Джона Бэкуса . Чуть позже, в 1957 году, Джон Бэкус и его сотрудники установили в IBM (Beстингхауз) первый компилятор языка Фортран. Программисты, ранее работавшие исключительно на Ассемблере, скептически относились к возможностям высокопроизводительного языка высокого уровня, поэтому основным критерием при разработке стандартов на Фортран и создания компиляторов с этого языка была эффективность исполняемого кода. Кстати, термин "компилятор" тогда еще широко не использовался, хотя уже был введен Грейс Хоппер – единственной в США женщиной-адмиралом, которую называли также "первой леди программирования и бабушкой Кобола".
Большинство операторов Фортрана транслировались непосредственно в одну–две машинные команды, простые синтаксические конструкции и активное использование меток и goto позволяло получить очень быстрый код, и в результате программы на Фортране подчас работали быстрее ассемблерных. Сама внутренняя структура оттранслированной программы была также очень простой – весь код, все подпрограммы и все данные вместе с общим блоком размещались исключительно в статической памяти, из-за чего, правда, невозможно было использовать рекурсию.
Поскольку Фортран был первым языком высокого уровня, отвечающим нуждам большинства пользователей того времени, да еще и простым в изучении, распространился он очень быстро.
Из-за широкого распространения этого языка и появления множества Фортран-программ (преимущественно вычислительного характера) насущным стал вопрос его стандартизации. Сначала это был стандарт Fortran IV 1964 года, затем, по мере появления новых идей, в 1978 году был принят новый стандарт Fortran 77 (f77) с большим числом более современных и гибких синтаксических расширений. Сегодня наиболее распространенным вариантом Фортрана являются Fortran 90 (f90) и Fortran 95 . Группа энтузиастов заканчивает работу над суперверсией языка F2k, которая будет опубликована в этом году.
Хотя в новые версии языка вносились подчас как ненужные дополнения (например, расширения, связанные с динамической аллокацией памяти), так и полезные, типа модульной организации программы, работы с частями массивов и др., сегодня этот язык нельзя назвать перспективным для изучения, так как синтаксис его значительно устарел.
Однако тем, кому довольно часто приходится решать различные вычислительные задачи, совсем не обязательно каждый раз брать в руки учебник по математике и "начинать с нуля". В 90% подобных случаев то, что вы ищете, уже давно реализовано и отлажено на Фортране. Поэтому, скорее всего, жизнь Фортрану обеспечена надолго.
Есть и еще одна, сравнительно молодая ниша для Фортрана – параллельные вычисления, где строгая семантика языка позволяет получать высокопроизводительные программы. Обычно используется стандарт f90, немного расширенный набором операторов для указания пригодных к распараллеливанию частей программы. Параллельный Фортран имеет свой стандарт HPF (High Performance Fortran). Тем не менее фанаты Фортрана, девизом которых стала легендарная фраза "Зачем мне изучать другие языки, когда я могу всё написать на Фортране", ощущали его очевидную непригодность для крупномасштабных проектов, связанную с привязанностью к синтаксису 50-х годов, и пытались ввести в него модные идеи ООП, но объектный Фортран в качестве стандарта так и не появился.
Среди бесплатно распространяемых версий Фортрана наиболее известен f2c, реализованный для всех UNIX-систем и преобразующий текст Фортран-программы в Си-код. Для DOS имеется версия bcf77, распространяемая бесплатно. Из коммерческих версий в первую очередь надо отметить Microsoft Fortran, позволяющий создавать dll-библиотеки, и Watcom Fortran, генерирующий высокоэффективный код. Для задач, требующих высокой точности вычислений, предназначен компилятор фирмы MicroWay. А вообще различные по качеству компиляторы Фортрана имеются на абсолютно всех компьютерных платформах.
Однако основная заслуга Фортрана в другом. Когда появилась необходимость в разработке очень крупных проектов, недостатки Фортрана, связанные в первую очередь с "тяжелой" отладкой, стали излишне обременительны. Поэтому Фортран послужил сильнейшим стимулом для развития теории отладки и тестирования программ. Появились сотни синтаксических верификаторов Фортран-текстов, вылавливающих скрытые логические ошибки. В дальнейшем из этого направления выросли такие теоретические области программирования, как эквивалентные оптимизирующие преобразования программ, высокоуровневая компиляция, автоматическое тестирование и т.д. Так что про Фортран забывать никак нельзя. Использовать его в качестве инструментария в задачах системной интеграции, наверное, не имеет смысла, но то, что было наработано лучшими программистами за 30–40 лет, вполне может ускорить процесс разработки. По крайней мере, программных "кирпичиков" для Фортрана ныне существует несравненно больше, чем для других языков программирования. ■

* * *
Джон Бэкус родился 3 декабря 1924 в Филадельфии, штат Пенсильвания, в богатой семье, детские годы провел в Вилмингтоне. Закончив школу в 1942 году, он поступил в университет штата Вирджиния на химический факультет (по настоянию отца-химика), но спустя некоторое время перестал заниматься и в 1943 году был призван на военную службу.
Бэкус начинал служить в бригаде противовоздушной обороны в форте Stewart, штат Джорджия, но впоследствии был направлен в колледж для изучения медицины.
Некоторое время он с увлечением работал в городской больнице, но в 1946 году охладел к этой работе, оставил армию и переехал в Нью-Йорк, хотя не знал за что браться и как жить дальше.
Через некоторое время Бэкус поступил в школу подготовки радиотехников. "У меня был очень хороший преподаватель, и он попросил, чтобы я вычислил характеристики некоторых схем. Это было страшно утомительно, но крайне интересно".
Вскоре Бэкус поступил в Колумбийский университет (Нью-Йорк), чтобы изучать математику, где и получил высшее образование (1949 г.). Незадолго перед тем, как закончить обучение, он посетил компьютерный центр IBM на Мэдисон Авеню. И здесь удача во второй раз улыбнулась ему – в 1950 году Бэкус стал программистом компании IBM.
О доминировании IBM в компьютерной индустрии впервые заговорили в 1952 году. Всё началось с модели 701, известной также под именем Defence Calculator (оборонный вычислитель). Сразу после выпуска модели 701 специалисты подразделения прикладных исследований приступили к ее совершенствованию (1955–1956 годы).

Наиболее серьезные изменения предложил внести Джон Бэкус, впоследствии принимавший активное участие в создании компьютера 704. В частности, благодаря ему появилась технология так называемого "ускоренного кодирования" (speed-coding), позволившая заметно упростить написание программ для 701. "Возможность ускоренного формирования кода для машины 701, которая представляла собой одноадресный компьютер с фиксированной запятой без индексных регистров, превратила ее в систему с плавающей запятой, произвольной адресацией и индексными регистрами, – вспоминал Бэкус. – Таким образом, пользователям больше не нужно было мучиться с двоичным кодом".
Уже тогда появились первые компоненты технологии быстрого написания программ, которая используется сегодня. Фактически данная система стала предшественницей аналогичных комплексов, которые были выпущены в 50–60 годах и впоследствии вытеснены языками высокого уровня.
А в 1955 году Бэкус "изобрел" Фортран, первый машинный язык высокого уровня. Впоследствии, вспоминая этот период, Бэкус скажет: "Мы не знали, к чему стремиться, и не знали, как это сделать". Первоначально все работы планировалось завершить в начале 1954 года, однако разработка языка завершилась практически через два года.
Первая версия компилятора состояла из 25000 строк машинного кода, записанного на магнитной ленте. Каждая IBM 704 обеспечивалась копией программы с руководством по программированию на 51 странице.
В 1959 году Бэкус разработал грамматические правила для описания синтаксиса языков высокого уровня (нормальная форма Бэкуса-Наура, сокращенно БНФ).
В 1976 году Джон Бэкус был награжден Национальной медалью за вклад в науку, а с 1991 года перестал заниматься компьютерной тематикой.

Владимир Буслаев

OCR: fir-vst, 2016

  • gfortran
    • gfortran 4.5.0
    • Язык программирования

    Фортран (Fortran) - первый реализованный язык программирования высокого уровня (после ), правда, с одной небольшой оговоркой - для машин, построенных по классической схеме фон Неймана. Создан в период с 1954 по 1957 год группой программистов под руководством Джона Бэкуса (John Backus) в корпорации IBM. Через пару лет начались его коммерческие поставки. До этого программирование велось либо непосредственно в машинных кодах, либо на символических ассемблерах. Название Fortran является аббревиатурой от FORmula TRANslator, то есть, переводчик формул.

    Фортран широко используется в первую очередь для научных и инженерных вычислений. Одно из преимуществ современного Фортрана - большое количество написанных на нём программ и библиотек подпрограмм. Среди учёных, например, ходит такая присказка, что любая математическая задача уже имеет решение на Фортране, и, действительно, можно найти среди тысяч фортрановских пакетов и пакет для перемножения матриц, и пакет для решения сложных интегральных уравнений и многие, многие другие. Ряд таких пакетов создавались на протяжении десятилетий и популярны по сей день (главным образом в научной среде).

    Большинство таких библиотек является фактически достоянием человечества: они доступны в исходных кодах, хорошо документированы, отлажены и весьма эффективны. Поэтому изменять, а тем более переписывать их на других языках программирования накладно, несмотря на то, что регулярно производятся попытки автоматического конвертирования FORTRAN-кода на современные языки программирования.

    Своего рода «визитной карточкой» старого Fortran является огромное количество меток, которые использовались как в операторах безусловного перехода GOTO , так и в операторах циклов, и в операторах описания форматного ввода/вывода FORMAT . Большое количества меток и операторов GOTO часто делало программы на Фортране трудными для понимания.

    Именно этот негативный опыт стал причиной, по которой в ряде современных языков программирования (например, Java) метки и связанные с ними операторы безусловного перехода вообще отсутствуют.

    Однако современный Fortran избавлен от избытка меток за счет введения таких операторов, как DO … END DO, DO WHILE, SELECT CASE. Также к положительным чертам современного Fortran стоит отнести большое количество встроенных операций с массивами и гибкую поддержку массивов с необычной индексацией.

    Взаимодействие с другими языками

    Многие системы программирования позволяют компоновать полученные в результате трансляции программы на Fortran объектные файлы с объектными файлами, полученными от компиляторов с других языков, что позволяет создавать более гибкие и многофункциональные приложения. Для языка Фортран также доступно большое количество библиотек, содержащих как подпрограммы решения классических вычислительных задач (LAPACK, IMSL, BLAS), задач организации распределенных вычислений (MPI, pvm), так и задач построения графических интерфейсов (Quickwin, FORTRAN/TK) или доступа к СУБД (Oracle).

    Наследие Fortran

    Fortran использовался более пятидесяти лет и существует огромная часть принадлежащая ему и по сей день. Fortran - основной язык для некоторых задач требующих огромных вычислений, таких как моделирование погоды и климата, гидрогазодинамика, вычислительная химия, квантовая хромодинамика, моделирование динамики солнечной системы, вычисление орбит искусственных спутников и многие другие задачи.

    Переносимость

    Поначалу переносимость для Fortran была весьма насущной проблемой, потому что не существовало ни одного единого стандарта и даже справочной информации от IBM. И компьютерные фирмы соперничали между собой, обеспечивая несовместимость для разных компиляторов. Исправило дело появление стандартов. Стандарт 1966 года устанавливал синтаксис и семантику, но продавцы продолжали внедрять несовместимые расширения. Осмотрительные программисты понимали, что использование несовместимых расширений вызовет проблемы переносимости и зачастую использовали программы наподобие «The PFORT Verifier» для выявления несовместимых расширений.

    Несовместимые расширения были не единственной проблемой. Существовал ряд проблем с численными вычислениями. Позже была развита и внедрена практически универсальная идея двоичной арифметики с плавающей запятой.

    Доступ к исполняемой среде (например, к командной строке, переменным среды) был весьма затруднителен, пока на это не обратили на это внимание в стандарте 2003 года.

    Сейчас относительно просто реализовать полностью переносимую программу на Fortran.

    Элементы синтаксиса:

    Комментарий до конца строки ! или * в первом символе строки
    Регистрозависимость Нет
    Регулярное выражение идентификатора переменной [_a-zA-Z0-9]{0-n}
    Присваивание значения переменной =
    Объявление переменной type:: variable
    Объявление переменной с присваиванием значения type:: variable = value
    Группировка выражений ()
    Блок do ... end do
    Равенство = или.EQ.
    Неравенство /= или.NE.
    Сравнение == < > <= >= <> или.LT. .GT. .LE. .GE.
    Вызов функции CALL f(a,b...)
    Вызов функции без параметров CALL f
    Последовательность конец строки
    Если - то if condition then ... end if
    Если - то - иначе if condition then ... else ... endif
    Цикл с постусловием DO ... WHILE (condition)
    Цикл for - next для диапазона целых чисел с инкрементом на 1 do label i = 1, 10
    Цикл for - next для диапазона целых чисел с декрементом на 1 do label i = 10, 1, -1

    Примеры:

    Hello, World!:

    Пример для версий Intel Visual Fortran 11.1 , g95 0.93 , gfortran 4.5.0

    Этот пример написан в свободном формате, поддерживаемом Fortran 90 и последующими стандартами, а также диалектом .

    Fortran 90-style comment program HelloWorld print * , "Hello, World!" end program HelloWorld

    Факториал:

    Пример для версий Intel Visual Fortran 11.1 , g95 0.93 , gfortran 4.5.0

    Используется итеративное определение факториала и свободный формат программы. Спецификации формата I и A используются для вывода чисел в десятичном формате и строк, соответственно. При вычислении факториалов 13-16 возникает арифметическое переполнение, не вызывающее ошибку, поэтому выводятся неправильные значения:

    13! = 1932053504
    14! = 1278945280
    15! = 2004310016
    16! = 2004189184

    program Factorial integer :: f , n f = 1 n = 0 do print "(I2, A, I10)" , n , "! = " , f n = n + 1 f = f * n if (n == 17 ) then exit end if end do end program Factorial

    Числа Фибоначчи:

    Пример для версий Intel Visual Fortran 11.1 , g95 0.93 , gfortran 4.5.0

    Используется итеративное определение чисел Фибоначчи. Самое сложное в этом примере — вывод вычисленных значений в нужном формате, в одну строку и без лишних пробелов. Спецификация формата (I3, A, $) означает, что вначале выводится целое число в десятичном формате, шириной ровно три символа, затем выводится строка, и наконец, $ подавляет перевод строки, используемый командой print по умолчанию, так что все выводится в одну строку. Отметим, что в диалекте спецификатор формата $ не является стандартным; программа работает, но при компиляции выводит предупреждение об этом.

    program Fibonacci integer :: f1 , f2 , f3 , i i = 1 f1 = 0 f2 = 1 do f3 = f2 + f1 f1 = f2 f2 = f3 i = i + 1 if (f1 < 10 ) then print "(I1, A, $)" , f1 , ", " elseif (f1 < 100 ) then print "(I2, A, $)" , f1 , ", " else print "(I3, A, $)" , f1 , ", " end if if (i == 17 ) then exit end if end do print * , "..." end program Fibonacci

    Квадратное уравнение:

    Пример для версий g95 0.93 , gfortran 4.5.0

    В примере используется встроенный тип данных complex . // — оператор конкатенации строк. Число перед скобками в описании формата означает количество раз, которые повторяется формат в скобках (в данном случае дважды — для первого и второго корней).

    program Quadratic integer :: a , b , c real :: d , p1 , p2 complex :: cp2 read (* , * ), a if (a == 0 ) then write (* , * ) "Not a quadratic equation" stop end if read (* , * ) b read (* , * ) c d = b * b - 4 * a * c p1 = - b / 2.0 / a if (abs (d ) < 1.0e-9 ) then write (* , "(A, F8.3)" ) "x = " , p1 elseif (d > 0 ) then p2 = sqrt (d ) / 2.0 / a write (* , "(2(A, F8.3))" ) "x1 = " , p1 + p2 , char (13 ) // char (10 ) // "x2 = " , p1 - p2 else cp2 = sqrt (cmplx (d )) / 2.0 / a write (* , "(2(A, F8.3, F8.3), A)" ) "x1 = (" , p1 + cp2 , ")" // char (13 ) // char (10 ) // "x2 = (" , p1 - cp2 , ")" end if end

    Hello, World!:

    Пример для версий f2c 20090411 , g95 0.93 , gfortran 4.5.0

    FORTRAN 77); первые шесть символов каждой строки зарезервированы под служебную информацию — отметки о том, что строка является комментарием или продолжением предыдущей, метки и номера строк. Стандартный набор символов Fortran не содержит символов нижнего регистра, поэтому все программы пишутся в верхнем регистре. Исключением из этого правила являются символьные константы — они могут содержать любые символы, которые поддерживаются системой.

    Первая строка дает этому фрагменту кода имя HELLO и указывает на то, что он является основной программой. Имя программы подчиняется тем же правилам, что и любые имена идентификаторов, т.е. должно начинаться с буквы и содержать не более 6 символов.

    Команда WRITE реализует вывод на печать. В скобках передается список управляющих параметров, настраивающих вывод: UNIT выбирает файл вывода (по умолчанию — консоль), FMT — формат вывода. Звездочки означают параметры по умолчанию. Имена параметров передавать не обязательно, сокращенно эта же команда выглядела бы как WRITE (*, *) ... .

    В большинстве реализаций строковая константа может заключаться как в одинарные кавычки, так и в двойные.

    A simple Hello, World! program PROGRAM HELLO WRITE (UNIT =* , FMT =* ) "Hello, World!" END

    Факториал:

    Пример для версий f2c 20090411 , g95 0.93 , gfortran 4.5.0

    Этот пример написан в фиксированном формате (стиль FORTRAN 77) и использует итеративное вычисление факториала.

    Fortran позволяет пропускать объявления переменных; в таком случае он выводит их типы сам, но, в отличие от более поздних языков, не по контексту использования переменной, а по ее имени — если первая буква названия I..N, выбирается тип INTEGER , иначе — REAL . В данном случае обе переменные целые.

    Цикл DO в данном случае соответствует циклу FOR более поздних языков: счетчик цикла N последовательно пробегает все значения от 0 до 16. Тело цикла заканчивается на строке с меткой 1 , которая указана в заголовке цикла.

    Команда PRINT использует формат вывода по умолчанию, который варьируется в зависимости от используемого компилятора.

    PROGRAM) C . Из-за этого после посимвольного заполнения строки CC , содержащей результат, остаток строки приходится заполнять пробелами вручную.

    Проверка того, что очередной символ исходной строки является буквой, слишком длинна, чтобы поместиться в одну строку (все символы строки программы, начиная с 73-ей позиции, игнорируются), поэтому ее приходится разбивать на две строки и отмечать вторую как продолжение первой (любым символом в 6 позиции).

    Операторы сравнения в FORTRAN 77 записываются как.LE. , .GE. и т.д. из-за того, что символы > и < не входят в набор символов языка; они были добавлены только в Fortran 90.

    PROGRAM CAMELC CHARACTER TEXT * 30 , CC * 30 LOGICAL LSPACE READ (* , "(A)" ) TEXT NCC = 0 LSPACE = .TRUE. DO 1 , I = 1 , LEN (TEXT ) NC = ICHAR (TEXT (I : I )) IF (NC .GE. 65 .AND. NC .LE. 90 .OR. > NC .GE. 97 .AND. NC .LE. 122 ) THEN IF (LSPACE ) THEN IF (NC .GE. 97 .AND. NC .LE. 122 ) THEN NC = NC - 32 END IF ELSE IF (NC .GE. 65 .AND. NC .LE. 90 ) THEN NC = NC + 32 END IF END IF NCC = NCC + 1 CC (NCC : NCC ) = CHAR (NC ) LSPACE = .FALSE. ELSE LSPACE = .TRUE. END IF 1 CONTINUE DO 2 , I = NCC + 1 , LEN (CC ) 2 CC (I : I ) = " " WRITE (* , * ) CC END



    Язык программирования Fortran используется в основном для научных вычислений. Изобретенный в 1954 году, это старейший язык программирования высокого уровня, за которым последовал Lisp (1958), Algol (1958) и COBOL (1959). Число научных библиотек, написанных на "Фортране", и создание специальных переводчиков-компиляторов позволяют использовать язык и сегодня. Кроме того, были созданы множественные калькуляторы для векторизации, сопроцессоров, параллелизма, которые вкрапляют этот язык для использования в промышленном производстве современного мира.

    Джон Бэкус, радиотехник IBM, опубликовал в 1954 году статьи под заголовками «Предварительный отчет», «Спецификации для IBM Matmal Transmula TRANslating System», которые положили начало термину FORTRAN. Затем потребовалось еще два года усилий целой команды, которую он возглавил, для написания первого компилятора языка программирования Fortran (25 000 строк для IBM 704).

    Название языка первоначально прописывалось заглавными буквами FORTRAN и использовалось для обозначения языковых версий вплоть до Fortran 77, в отличие от бесплатных версий синтаксиса, начиная с Fortran 90. В стандарте Fortran 77 строчные буквы не являются частью языка, но большинство компиляторов поддерживают их, в дополнение к стандарту.

    Сегодня язык программирования Fortran является доминирующим в программировании, используемом в инженерных приложениях. Поэтому важно, чтобы инженеры-выпускники могли читать и изменять код Fortran. Время от времени, так называемые эксперты, прогнозируют, что язык потеряет свою популярность и скоро перестанет использоваться вообще.

    Эти прогнозы всегда терпели неудачу. "Фортран" - самый устойчивый компьютерный язык программирования в истории. Одна из основных причин, по которой язык программирования Fortran выжил и выживет - это инерция программного обеспечения. После того, как компания потратила много ресурсов и, возможно, миллионы долларов на программный продукт, вряд ли она будет переводить программное обеспечение на другой язык.

    Основным преимуществом Fortran является то, что он стандартизован международными органами ANSI и ISO. Следовательно, если программа написана в ANSI, то она будет запущена на любом компьютере с компилятором Fortran 77. Это важная информация. Таким образом, программы объектно ориентированного языка программирования Fortran существуют на разных программных устройствах.

    Этапы создания языковой платформы:

    1. В 1954-1957 годах первый компилятор был разработан с нуля. В те времена не было «языков высокого уровня» (= HLL), большинство операционных систем были простыми, а память была небольшой, что-то около 16 Kb. Первый компилятор работал на IBM 704. Этот язык HLL был намного более эффективным, чем программирование на ассемблере, и очень популярным в свое время.
    2. В 1958 году издан ФОРТРАН II. В том же году был разработан FORTRAN III, но так и не выпущен в широкое производство.
    3. В 1961 году был создан FORTRAN IV. Он содержал улучшения, такие как реализация операторов COMMON и EQUIVALENCE.
    4. В 1962 году комитет ASA начал разработку стандарта для объектно ориентированного языка программирования Fortran. Это позволило продавцу использовать его в каждом новом компьютере. И этот факт сделал его еще более популярным HLL, язык стал доступен в системах Apple и TRS80.
    5. В 1967 году был выпущен FORTRAN 66, первый в мире стандарт HLL. Публикация стандарта означала, что язык стал более широко реализованным, чем любой другой. К середине 1970-х годов практически каждый компьютер, мини или мэйнфрейм был снабжен стандартным языком FORTRAN 66. Язык использовал утверждение if, goto-statement и spagethi-программы. Такое структурированное программирование стало популярным в 60-70-х годах.
    6. "Фортран" существовал на перфокартах в частности, с системой FMS, оптимизируя расположение своих источников до тех пор, пока Fortran 90 не ввел «свободный» синтаксис. В нем код массива Fortran начинается с 7-го столбца и не должен превышать 72 тыс. знаков.

    Следует также отметить, что до Fortran 90 пробелы не имели значения между 7-м и 72-м столбцом. Таким образом, цикл «DO I = 1.5» также может быть записан «DOI = 1,5». С другой стороны, «DO I = 1,5» эквивалентно «DOI = 1.5».

    Многочисленные промышленные коды были написаны в Nastran, NAG и IMSL- Fortran библиотеке. Совместимость новых версий с предыдущими важна. По этой причине Fortran 90 полностью совместим с Fortran 77. Однако в следующих версиях стандарта уже были введены несовместимости.

    Вскоре последовали более совершенные языки Fortran 90 и Fortran 95, обновленные до текущего стандарта Fortran-2003. При том, что современные компиляторы работают неограниченно во всех текущих версиях Windows и даже поддерживают 64-разрядные процессоры. Между тем, производители признали тенденцию времени и предлагают компиляторы для Linux в виде объектно ориентированного языка программирования Actor Fortran.

    Предпосылки использования языка программирования

    Нужно понимать, что Fortran по-прежнему является широко используемым языком программирования и в основном применяется в области открытий. Классические области применения, например, в физике или технике, где выполняются обширные и сложные математические вычисления. В них очень полезны обширные математические библиотеки, которые существуют для разных компиляторов. Подведя итог, можно утверждать, что сегодня язык Fortran по-прежнему используется по ряду причин:

    • Наличие многочисленных функциональных библиотек, разрабатываемых на протяжении многих лет.
    • Наличие программного обеспечения в "Фортране", которое требует очень важных ресурсов для развития, когда переход на другой язык считается слишком дорогостоящим.
    • Наличие мощных компиляторов со встроенными функциями Fortran, которые производят очень быстрые исполняемые файлы.
    • Язык более доступен для изобретателя, у которого не было специализированного компьютерного курса.

    Многие научные программы теперь написаны на языках C и C ++, компиляторы которых доступны на большинстве машин. Другие скомпилированные языки иногда используются для научных вычислений, и особенно для таких программ, как Scilab или Matlab. Последние также включают библиотеки BLAS и LAPACK, разработанные в программировании Fortran. Matlab изначально была программой в Fortran, распространяемой в университетах и исследовательских центрах.

    Хотя Tom Lahey теперь является «единственным» генеральным компилятором, Lahey Computer Systems продолжает использоваться многими программистами. Lahey уже несколько лет работает с Fujitsu, Lahey концентрируется на синтаксическом анализаторе Fortran, а Fujitsu - на генераторе кода. Текущий Compiler Suite для Windows называется Lahey Fujitsu Fortran 95 (LF95) и доступен в различных версиях, некоторые из которых также интегрируются с Visual Studio .NET 2003.

    Существует также недорогая версия LF95 Express без собственной IDE. Текущая версия - 7.1. в Linux вызывается компилятором Lahey / Fujitsu Fortran 95 v6.2 для Linux и доступна в двух разных версиях. Например, версия Pro включает совместимость с OpenMP v2.0, простой графический движок Winteracter Starter Kit, математическую библиотеку и научную библиотеку подпрограмм Fujitsu 2.

    Другим производителем является Absoft. Компиляторы и C ++ существуют не только для Windows и Linux, но также и для OS X на Macintosh. Эти компиляторы интересны разработчикам, которые нуждаются или хотят поддерживать все три платформы. К сожалению, Absoft различает 32- и 64-разрядные версии под Linux, в настоящее время используется версия 10.0 Fortran 95 для 64-разрядной Linux.

    Относительно новым для рынка является пакет EKOPath Compiler Suite. Это состоит из компиляторов C ++ и среды разработки Fortran для Linux, которые также доступны отдельно и в основном предназначены для 64-разрядных AMDusers. Он также работает на Intel EM64T. Также Microsoft однажды попыталась найти «дешевый рынок» Fortran и вывела на рынок Microsoft Powerstation.

    Возможно, рынок был слишком мал для софтверного гиганта, но Digital занял часть кода в 1997 году и использовал свой опыт работы с компиляторами Digital Unix и OpenVMS. Это было рождение еще очень успешного Digital Visual Fortran. В какой-то момент Digital затем перешел в Compaq, компилятор был доработан до текущей версии Compaq Visual Fortran (CVF) v6.6.

    В дополнение к «нормальным» 32-разрядным платформам существуют различные 64-битные компиляторы, например, для Intel Itanium и Intel EM64T. Хотя они не являются «неотложными» для объема поставки, они доступны для бесплатной загрузки через веб-систему поддержки Intel Premier.

    После одноразовой, несколько громоздкой регистрации можно использовать ее в течение года, с учетом новых обновлений каждые несколько недель. Даже более старые версии будут оставаться доступными.

    Программа Fortran представляет собой последовательность строк текста. Текст должен следовать определенному синтаксису. Например: круг радиуса r, площадью c.

    Эта программа считывает реальный радиус и определяет площадь круга с радиусом r:

    "Радиус r:"read (*, *) r;

    area = 3.14159 * r * r;

    write (*, *) "Area =";

    Линии, начинающиеся с «C», являются комментариями и не имеют никакой цели, кроме как сделать программу более читаемой для людей. Первоначально все программы Fortran были написаны в прописных буквах. Большинство программистов теперь пишут нижний регистр, так как это более разборчиво.

    Программа Fortran обычно состоит из основной программы или драйвера и нескольких подпрограмм, процедур или подпрограмм. Структура основной программы:

    • название программы;
    • декларации;
    • заявления;
    • стоп;
    • конец.

    Выделенные курсивом не должны восприниматься как буквальный текст, а скорее, как общее описание. Оператор остановки является необязательным и может казаться излишним, так как программа остановится, когда она достигнет конца в любом случае, но рекомендуется всегда завершать программу с помощью оператора остановки, чтобы подчеркнуть, что поток выполнения прекращается.

    Правила позиции столбца

    Fortran 77 не является языком свободного формата, но имеет очень строгий набор правил для форматирования исходного кода. Наиболее важными правилами являются правила расположения столбцов:

    • Col. 1: Blank или «c» или «*» для комментариев.
    • Col. 2-5: метка оператора.
    • Col. 6: продолжение предыдущей строки.
    • Col. 7-72: утверждение.
    • Col. 73- 80: Номер последовательности.

    Строкой Fortran, начинающейся с буквы «c» или звездочкой в первом столбце, является комментарий. Комментарии могут появляться в любом месте программы. Хорошо написанные, они имеют решающее значение для читаемости программы. Коммерческие коды Fortran часто содержат около 50% комментариев. Также можно столкнуться с программами, которые используют восклицательный знак (!). Это очень нестандартно в Fortran 77, но разрешено в Fortran 90.

    Восклицательный знак может появляться в любом месте в строке. Иногда заявление не вписывается в одну строку, тогда можно разбить оператор на две или более строк и использовать знак продолжения в позиции.

    1. C23456789 - это демонстрирует положение столбца.
    2. «C» - следующий оператор проходит две области физических линий.
    3. Area = 3.14159265358979+ * r * r.

    Пустые пробелы игнорируются, начиная с "Фортрана 77". Поэтому, если удалить все пробелы в Fortran 77, программа по-прежнему синтаксиально правильная, хотя при этом почти нечитаемая для операторов.

    Имена переменных в Fortran состоят из 1-6 символов, выбранных из букв a-z и цифр 0-9. Первым символом должна быть буква. Fortran 90 допускает имена переменных произвольной длины. Fortran 77 не проводит различия между верхним и нижним регистром, на самом деле он предполагает, что все входные данные являются верхним регистром. Тем не менее, почти все компиляторы F 77 будут принимать строчные буквы. Каждая переменная должна быть определена в объявлении. Это устанавливает тип переменной. Наиболее распространенными списками переменных являются:

    • integer;
    • real;
    • double precision;
    • complex;
    • logical;
    • character.

    Список переменных должен состоять из имен, разделенных запятыми. Каждая переменная должна быть объявлена ровно один раз. Если переменная не объявлена, F 77 использует набор неявных правил для установления типа. Это означает, что все переменные, начинающиеся с букв «in», являются целыми числами, а все остальные - реальными. Многие старые программы F 77 используют эти неявные правила, но программисты не должны этого делать, так как вероятность ошибок в программе резко возрастает, если они непостоянно объявляют переменные.

    Фортран 77 имеет только один тип для целочисленных переменных. Целые числа обычно хранятся в виде 32-битных (4 байта) переменных. Поэтому все целочисленные переменные должны принимать значения в диапазоне [-m, m], где m составляет приблизительно 2 * 10 9.

    F 77 имеет два разных типа для переменных с плавающей запятой, называемых реальной двойной точностью. Некоторые численные вычисления требуют очень высокой точности, и следует использовать двойную точность. Обычно реальная - 4-байтовая переменная, а двойная точность - 8 байтов, но это зависит от машины.

    Нестандартные версии "Фортран" используют синтаксис real * 8 для обозначения 8-байтовых переменных с плавающей запятой. Некоторые константы появляются много раз в программе. Поэтому желательно определить их только один раз, в начале программы. Для этого используется оператор параметра. Это также делает программы более читаемыми. Например, программа площади круга должна быть написана так.

    Синтаксис оператора параметра (name = constant, ..., name = constant). Правила для оператора параметров:

    1. «Переменная», определенная в инструкции параметра, не является переменной, а константой, значение которой никогда не может измениться.
    2. «Переменная» может отображать не более одного оператора параметра.
    3. Параметр оператор должен прийти до первого исполняемого оператора

    Некоторые веские причины использовать параметр - помогает уменьшить количество опечаток, легко изменить константу, которая появляется много раз в программе.

    Логические выражения могут иметь только значение.TRUE. или.FALSE. и могут быть сформированы путем сравнения с использованием реляционных операторов.

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

    Логические выражения могут быть объединены логическими операторами «AND», «OR», « NOT», которые имеют очевидное значение. Значения истины могут храниться в логических переменных. Назначение аналогично арифметическому назначению.

    Пример: logical a, ba = .TRUE.b = a .AND. 3 .LT. 5/2

    Порядок приоритетности очень важен. Правило состоит в том, что сначала вычисляются арифметические выражения, затем реляционные операторы и, наконец, логические операторы. Следовательно, b будет присвоено.FALSE. В приведенном выше примере логические переменные редко используются в Fortran, но они часто используются в условных операторах, таких как оператор «if».

    Константа и назначение

    Простейшая форма выражения является константой. Существует 6 типов констант, соответствующих 6 типам данных. Вот некоторые целочисленные константы:10-10032767+15

    Вещественные константы:1,0-0,252.0E63.333E-1.

    E-нотация означает, что нужно умножить константу на 10, поднятую до мощности, следующей за «E». Следовательно, 2.0E6 составляет два миллиона, а 3,333E-1 составляет примерно одну треть для констант, которые больше, чем наибольшее реальное допустимое, или которое требует высокой точности, следует использовать двойную точность. Обозначения те же, что и для реальных констант, за исключением того, что «E» заменяется на «D».

    Пример:2.0D-11D99.

    Здесь 2.0D-1 представляет собой двойную точность с одной пятой, в то время как 1D99 - один, за которым следуют 99 нулей.

    Следующий тип - это сложные константы. Они обозначаются парой констант (целых или вещественных), разделенных запятой и заключенных в скобки.

    Примерами являются:(2, -3)(1,9,9Е-1). Первое число обозначает действительную часть, а второе - мнимую часть.

    Пятый тип - это логические константы. Они могут иметь только одно из двух значений:

    Обращают внимание, что точки, содержащие буквы, обязательны к написанию.

    Последний тип - это символьные константы. Они чаще всего используются в виде массива символов, называемых строкой. Они состоят из произвольной последовательности символов, заключенных в апострофы (одинарные кавычки):

    "Anything goes!"

    "It is a nice day"

    Строковые и символьные константы чувствительны к регистру. Проблема возникает, если нужно иметь реальный апостроф в самой строке. В этом случае нужно удвоить апостроф: "It""s a nice day", что означает "Какой чудесный день"

    Важными компонентами любого языка программирования являются условные утверждения. Наиболее распространенным из таких утверждений в Fortran является оператор «if», который фактически имеет несколько форм.

    Самый простой - это логическое выражение «if» в Fortran описании: if (logical expression) executable statement.

    Это должно быть написано на одной строке, например, при определении абсолютного значения x:

    if (x .LT. 0) x = -x

    Если в «if» должно быть выполнено более одного оператора, тогда следует использовать следующий синтаксис: if (logical expression) thenstatementsendif.

    Поток выполнения сверху вниз. Условные выражения оцениваются последовательно, пока не будет найдено истинное значение. Затем выполняется соответствующий код, и элемент управления переходит к следующему оператору после end «if».

    Операторы if могут быть вложены в несколько уровней. Чтобы обеспечить читаемость, важно использовать правильный отступ. Вот пример:

    if (x .GT. 0) thenif (x .GE. y) thenwrite(*,*) "x is positive and x >= y"elsewrite(*,*) "x is positive but x< y"endifelseif (x .LT. 0) thenwrite(*,*) "x is negative"elsewrite(*,*) "x is zero"endif

    Программисты должны избегать вложенности многих уровней утверждений «if», поскольку ему будет трудно следовать.

    Можно использовать любую рабочую станцию Unix с компилятором F 77. Опытные программисты рекомендуют использовать либо Sun, либо Dec.

    Программа Fortran состоит из простого текста, который следует определенным правилам синтаксиса. Это называется исходным кодом. Программисты используют редактор для записи исходного кода. Наиболее распространенными редакторами в Unix являются emacs и vi, но они могут быть немного сложными для начинающих пользователей. Можно использовать более простой редактор, например, xedit, который работает под X-окнами.

    После того, как написана программа Fortran, ее сохраняют в файле с расширением «.f» или «.for» и переводят программу в машиночитаемую форму. Это делается с помощью специальной программы, называемой компилятором. Компилятор Fortran 77 обычно называют f77. Результату компиляции дается несколько загадочное имя «a.out» по умолчанию, но можно выбрать другое имя, если потребуется. Чтобы запустить программу, просто вводят имя исполняемого файла, например, « a.out». Компилятор переводит исходный код в объектный код, а компоновщик или загрузчик - в исполняемый файл. Как видно, эта процедура совершенно не сложная и доступна любому пользователю.

    Моделирование является одним из наиболее часто используемых методов производства и других систем, имеющихся на современных предприятиях. Большинство имитационных моделей построены с использованием объектно ориентированного языка программирования Actor Fortran, или пакета программного обеспечения для моделирования, написанного на традиционном языке. Эти инструменты имеют свои ограничения. Объектно-ориентированная технология проявляла все большее применение во многих областях и обещает более гибкий и эффективный подход к моделированию бизнес-систем.

    Программирования Simula Fortran сравниваются с обычным научным языком программирования под названием FORTRAN. Типичная военная имитационная модель запрограммирована как в SIMULA, так и в FORTRAN. Программа SIMULA оказалась на 24% короче, чем версия FORTRAN.

    Версия SIMULA также более проста и дает лучшую картину моделируемой модели. С другой стороны, время выполнения для производственных тиражей на 64% больше с объектно ориентированным языком программирования Simula Fortran. Взвешивание плюсов и минусов показывает, что SIMULA будет все более прибыльным ПО, с более высокими расходами на персонал и более низкими затратами на компьютер.

    CUDA показывает, как высокопроизводительные разработчики приложений могут использовать возможности графических процессоров с использованием Fortran, привычного языка для научных вычислений и тестирования производительности суперкомпьютеров. Авторы не предполагают никакого предшествующего опыта параллельных вычислений и охватывают только основы, а также используют лучшие практики. Эффективность вычисления графических процессоров с использованием CUDA Fortran обеспечивается целевой архитектуры графического процессора.

    CUDA Fortran для ученых и инженеров определит интенсивные вычислительные части кода и изменит код для управления данными, параллелизма и оптимизации производительности. Все это делается в "Фортране", без необходимости переписывать программу на другой язык. Каждая концепция иллюстрируется фактическими примерами, поэтому можно сразу оценить производительность кода.

    Возможно, когда-то глобальная корпорация «окончательно глобализуется» и решит, что "Фортран" больше не нужен, однако, не теперь. Благодаря нынешним возможностям современного Fortran, многие программисты и ученые видят за ним будущее. Кроме того, в мире достаточно производителей, которые живут за счет разработки современных компиляторов и неплохо зарабатывают на этом процессе.



    Рекомендуем почитать