Фортран

Фортр́ан (Fortran) — первый реализованный высокоуровневый язык программирования, созданный ещё в 1954 году группой программистов под руководством Джона Бэкуса в фирме IBM. (Язык Планкалкюль, претендующий на пальму первенства, был изобретён ещё в 1945 году, но не был реализован вплоть до 2000 года.) 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 (см., например, Netlib Repository). 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 (главным образом в научной среде) по сей день.

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.

Содержание

Стандарты

Фортран — жёстко стандартизированный язык, именно поэтому он легко переносится на различные платформы. Существует несколько международных стандартов языка:

  • FORTRAN IV (он же — FORTRAN 66) (1966)
  • FORTRAN 77 (1978)
    Множество улучшений: текстовый тип данных и функции для его обработки, блочные операторы IF, ELSE IF, ELSE, END IF, оператор включения фрагмента программы INCLUDE и т. д.
  • Fortran 90 (1991)
    Значительно переработан стандарт языка. Введён свободный формат написания кода. Появились дополнтельные описания IMPLICIT NONE, TYPE, ALLOCATABLE, POINTER, TARGET, NAMELIST; управляющие конструкции DO … END DO, DO WHILE, CYCLE, SELECT CASE, WHERE; работа с динамической памятью (ALLOCATE, DEALLOCATE, NULLIFY); программные компоненты MODULE, PRIVATE, PUBLIC, CONTAINS, INTERFACE, USE, INTENT. Появились новые встроенные функции, в первую очередь, для работы с массивами.
    В языке появились элементы ООП.
    Отдельно объявлен список устаревших черт языка, предназначенных для удаления в будущем.
  • Fortran 95 (1997)
    Коррекция предыдущего стандарта.
  • Fortran 2003 (2004)
    Дальнейшее развитие поддержки ООП в языке. Взаимодействие с операционной системой.

Компиляторы

До 1997 основным производителем компиляторов Фортрана для IBM PC совместимых компьютеров была корпорация «Майкрософт». Впоследствии она отказалась от их разработки в связи с низкой прибыльностью. На данный момент компиляторы поставляет фирма «Digital Equipment», вошедшая в 1998 г. в состав «Compaq» и вместе с последней в 2002 г. слившаяся с «HP». Компания «Digital Equipment» поставляет компилятор, интегрированный в среду разработки Digital Visual Fortran, основанную на Microsoft Visual Studio. Наиболее известными продуктами этой линейки являются FPS 4.0 (Microsoft Fortran Power Station), DVF 5.0 и 6.0. Каждый компилятор может поддерживать несколько стандартов Фортрана. Слияния компаний явились причиной того, что последующие продукты появлялась на рынке под торговыми марками Compaq и HP. В настоящее время HP продаёт среду разработки версии 6.6 для Intel/win32. Поддержка Фортрана реализована также для всех высокопроизводительных платформ HP. Другим крупным поставщиком систем разработки на Фортране является фирма «Lahey», предлагающая интегрированные решения для Windows и Linux. Известен и развивается также компилятор фирмы Intel — Intel Fortran Compiler, который позволяет оптимизировать код под платформу Intel ia32 и ia64. Фонд свободного программного обеспечения GNU выпускает открытый компилятор Фортрана-77 g77, доступный практически для любой платформы и полностью совместимый с GCC, но не поддерживающий всех языковых конструкций современных стандартов Фортрана. Также существует проект g95 по созданию на основе GCC компилятора Fortran-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.

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), со 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, читабельность и ясность которого не уступает коду, созданному при помощи других современных языков программирования, таких как C 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 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 Фортран избавлен от избытка меток за счет введения таких операторов, как DO … END DO, DO WHILE, SELECT CASE

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)

Пример программы

Программа «Hello, World!»

Фиксированный формат (символами «ˆ» 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 компиляторы Фортрана позволяют линковать полученные объектные файлы с файлами, полученными компиляторами других языков, что позволяет создавать более гибкие и много функциональные приложения. Для языка Фортран так же 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).

Ссылки


 
Начальная страница  » 
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Home