Koda FORTAN: Zelo star jezik za numerično računalništvo

Razkritje: Vaša podpora pomaga pri vzdrževanju spletnega mesta! Za nekatere storitve, ki jih priporočamo na tej strani, zaslužimo naročnino.

Če imate izkušnje s programiranjem, se Fortran lahko naučite v nekaj urah. Je neverjetno enostaven jezik, a hkrati zelo močan.

In da vam povem o tej moči, razmislite o tem: prvič se je pojavila leta 1957 in se še danes uporablja za reševanje nekaterih najbolj zapletenih problemov sodobne znanosti in tehnike.

Zelo kratka zgodovina Fortrana

Da bi razumeli zgodovino Fortrana, se moramo vrniti k najzgodnejšim sodobnim računalnikom.

Jezik montaže

V štiridesetih letih prejšnjega stoletja so bili vsi računalniki programirani z montažnim jezikom – računalniku so bila neposredna navodila. Predstavljajte si, na primer, da bi želeli na najnovejši računalnik 1954 IBM 704. dodati dve celi številki, nekaj takega bi morali napisati (pdf):

CLA 100
DODAJ 101

CLA pove računalniku, naj izbriše Register akumulatorjev in mu doda vrednost, shranjeno na pomnilniški lokaciji 100. Nato ukaz ADD pove računalniku, naj vrednost, shranjeno na pomnilniškem mestu 101, doda vrednosti, shranjeni v registru akumulatorja..

To je že zapleteno in sploh nismo razpravljali o tem, kako shraniti vrednosti na pomnilniške lokacije 100 in 101!

Vnesite FORTRAN

Jasno je, da je tovrstno kodiranje naporno in neverjetno nagnjeno k napakam. Tako je konec leta 1953 – tik pred izdajo IBM-a 704 – računalniški znanstvenik John W Backus predložil predlog za oblikovanje jezika na visoki ravni, ki bi programerjem omogočil pisanje preprostih izjav, kot je I = 10 + J.

Potem bi lahko prevajalnik to pretvoril v številne vrstice montažnega jezika, ki jih računalnik potrebuje. In konec leta 1956 je izšel prvi priročnik FORTRAN (pdf). In šest mesecev pozneje je izšel prvi prevajalnik, ki je Fortran spremenil v montažni jezik.

FORTRAN ni bil prvi programski jezik na visoki ravni. Toda prvi je bil široko uporabljen. In za to obstajajo dobri razlogi.

Fortran Evolution

Čeprav je bil prvi prevajalnik Fortran izšel leta 1957, je jezik še naprej rasel in se razvijal.

FORTRAN II

FORTRAN II, ki je izšel leta 1958, je uvedel podprograme in funkcije. To so bili kritični pripomočki, ker so omogočili razvoj dobro strukturirane kode.

Te funkcije so programom omogočale večkrat poklicati iste bloke kode, ne da bi kode ponovile ali uporabile klice GOTO. Glavna razlika med tema dvema temama je, da podprogrami niso vrnili spremenljivk, kot so jih opravljale funkcije.

FORTRAN IV / FORTRAN 66

FORTRAN IV je bil zelo pomemben mejnik. Zlasti je odstranil značilnosti, ki so odvisne od strojev, in v jezik vnesel logične (logične) lastnosti.

Toda FORTRAN IV je bil pomembnejši, ker je postal bolj ali manj standardni FORTRAN za programsko skupnost. Največ je bilo posledica dejstva, da je bil FORTRAN 66 izpuščen takoj po FORTRAN IV.

FORTRAN 66 je bila prva različica, ki je imela uradno različico ameriškega Nacionalnega inštituta za standarde (ANSI).

FORTRAN 77

Zaradi svojega časa je FORTRAN 77 različica, ki jo večina ljudi pomisli, ko pomisli na jezik. Dodala je številne pomembne funkcije.

Na primer, čeprav je imel FORTRAN IV izjave IF (vključno s tristranskimi stavki IF), šele takrat, ko sta FORTRAN 77 omogočili funkciji ELSE in ELSE IF. Prav tako je zelo napredoval vhodno / izhodni zapis datotek in sposobnosti obdelave znakov.

Fortran 90

To je pomenilo veliko spremembo jezika, kar je razvidno zgolj iz dejstva, da ime jezika ni bilo več tiskano z vsemi velikimi črkami. Omogočil je, da so ukazi Fortrana zapisani v malih črkah in izvedli vnos v prostem obrazcu.

Vendar pa je uporabil tudi veliko bolj izpopolnjene funkcije, kot je preobremenitev operaterja. Hkrati ni odstranil nobenih funkcij, tako da so programi Fortran 77 še vedno delovali točno tako kot doslej.

Fortran 2015

Od leta Fortran 90 je bilo jezika posodobljenih že več: Fortran 95, Fortran 2003, Fortran 2008 in prihajajoči Fortran 2015. Vse to so manjše posodobitve.

Z jezikom Fortran 90 se jezikom še ni zgodilo nič bistvenega ali celo FORTRAN 77, saj se bo koda na splošno še vedno zbrala brez sprememb.

Zakaj ljudje uporabljajo Fortran?

Če želite opraviti numerične izračune, resnično ni boljšega jezika. Ker je že tako dolgo, so prevajalniki Fortran optimizirani za izvajanje izračunov.

Toda morda je najboljši razlog za uporabo Fortrana ta, da obstaja ogromna količina obstoječe kode za vrste stvari, ki jih ves čas počnejo znanstveni programerji.

Razmislite o tem: Numerični recepti: Umetnost znanstvenega računalništva je bila desetletja bistvena knjiga za vse znanstvene programerje. Ko je prvič izšla leta 1986, je bila napisana z vsemi Fortranimi primeri.

Na ovitku tega dejstva ni bilo omenjeno. Samo domnevalo se je. Tri leta je trajalo, preden je izšla posebna izdaja knjige s kodo Pascal. Pred izidom različice v jeziku C je minilo šest let.

Kaj naredi Fortran tako enostavno?

Basic Fortran dela le preproste stvari. Vsi njeni vidiki, kot so zanke in izjave, če so potem, so tako integrirani v druge jezike, da je malo verjetno, da bi ga imeli težave pri nabiranju..

Edina stvar, ki bi bila lahko nekoliko težavna, je, da Fortran zahteva visoko strukturiran vhodni format – ali vsaj Fortran 66 in Fortran 77. Fortran 90 in naprej je veliko bolj prilagodljiv.

Če pa delate s Fortranom, obstaja velika verjetnost, da se boste spopadli s starejšimi različicami kode.

Fortran 77 Primer

programsko zaporedje
c Vrstice, ki se začnejo s c (ali *), so komentarji
* Ta program bo natisnil preprosto aritmetično serijo
celo število n, i
n = 0
naredite 10 i = 1, 5
n = n + i
napiši (*, *) "The ", jaz, "številka v tej seriji "
+"je: ", n
10 nadaljujte
ustavi se
konec

Tu je treba opaziti nekaj stvari:

  • Redna koda se mora začeti v sedmem stolpcu (to je s šestimi presledki pred njim).

  • Če je v prvem stolpcu postavljeno „c“ ali „*“, je komentar in se ne sestavi.

  • Stolpci 1-5 se lahko uporabljajo za oznake izjav – podobno kot stari slog BASIC.

  • Če je znak postavljen v stolpec 6, to pomeni, da se koda iz prejšnje vrstice nadaljuje. To je pomembno, ker lahko izjave postavimo le od 7. do 72. stolpca.

Izhod mora biti precej jasen:

1 številka v tej seriji je 1
2 številka v tej seriji je 3
3 številka v tej seriji je 6
Številka 4 v tej seriji je 10
Število 5 v tej seriji je 15

Učenje Fortrana

Obstajate nekaj drugih možnosti za učenje Fortrana.

Vadnice za Fortran

Fortran je res zelo preprost jezik, če se želite naučiti, če morate le ustvariti programe za reševanje numeričnih težav. Jasno je, da ljudje ne pišejo grafičnih uporabniških vmesnikov.

Toda za znanstvenike in inženirje je Fortran pogosto najboljše orodje za to delo. S temi vajami boste verjetno lahko v nekaj urah pripravljeni napisati lastne uporabne programe.

  • Vadnica za FORTRAN 77: Vodič na univerzi Stanford, ki prikazuje vse, kar morate vedeti, da začnete kodirati FORTRAN 77. In če poznate FORTRAN 77, bi morali imeti možnost uporabe skoraj vsakega sodobnega prevajalnika Fortran.

  • 7 lekcije s Fortranom 90/95: če želite začeti z novejšim standardom in vam ni treba skrbeti za strogo oblikovanje, ki ga zahtevajo starejše različice, je to začetek. Ponuja tudi priročnik PDF, ki ga lahko uporabite.

  • Uvod in osnovni Fortran: stari stil Fortran z veliko primeri.

  • Fortran Tutorial: vadnica Point Tutorial z uporabo prevajalnika G95 Fortran.

  • Programiranje v FORTRAN: zelo osnovni uvod v FORTRAN 77, vendar verjetno vse, kar resnično potrebujete.

Fortran knjige

Obstaja presenetljivo število knjig o programskem jeziku Fortran. Morda boste našli te najhitrejši in najlažji način, da začnete z jezikom.

  • Fortran Programming Success in a Day by Sam Key: kratka knjiga, ki uresničuje obljubo svojega naslova.

  • FORTRAN 90/95 za znanstvenike in inženirje Stephen J Chapman: temeljit uvod v moderno oblikovanje Fortran s poudarkom na njegovi uporabi v znanosti.

  • Migracija na Fortran 90 James Kerrigan: knjiga, s katero lahko ljudi, ki poznajo stari stil Fortrana, vzpostavijo in uporabljajo Fortran 90. Prav tako je odlična referenca.

Fortran Compilers

Na voljo je več prevajalnikov. Glej Wikipedia seznam prevajalnikov Fortran. Nekateri si zaslužijo posebno razpravo:

  • GNU Fortran: uradni prevajalnik Fortran (združljiv s Fortran 95), ki je del zbirke GNU Compiler.

  • G95: brezplačni prevajalnik Fortran 95, ki se aktivno razvija in uvaja dele Fortran 2003 in 2008.

  • MinGW: pristanišče zbirke GNU Compiler (vključno s Fortranom) za ustvarjanje aplikacij Microsoft Windows.

Orodja Fortran

  • F2c: preprost program in knjižnica za pretvorbo programov Fortran v C. To je uporabno za programerje C in C ++, ki potrebujejo uporabo obstoječe kode Fortran, vendar se ne želijo truditi z jezikom.

  • Orodja, knjižnice in aplikacijska programska oprema Fortran: Seznam orodij in knjižnic Fortran Company (najbolj brezplačna) za pomoč koderjem Fortran. Vključuje stvari, kot so grafične knjižnice.

  • Preprosto Fortran: poceni prevajalnik za Linux in Windows, ki vključuje integrirano razvojno okolje in odpravljanje napak.

  • Modern Fortran: Slog in uporaba Clermana in Spectorja: knjiga, ki pomaga znanstvenim koderjem učinkovito uporabljati Fortran.

  • Numerični recepti v Fortranu 77: Umetnost znanstvenega računalništva: še vedno najboljši vir za najpomembnejše algoritme.

Zaključek

Čeprav je zelo star, Fortran ostaja dragoceno orodje za programerje – zlasti tiste, ki se ukvarjajo z znanostjo in inženirstvom. Hkrati je enostaven za uporabo jezik. Torej bodisi kot prvi jezik ali kot drugo orodje, ki ga želite dodati v svoj arzenal, je vredno preveriti.

Jeffrey Wilson Administrator
Sorry! The Author has not filled his profile.
follow me