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What is Fortran?

Oyetoke Tobi Emmanuel
Oyetoke Tobi Emmanuel

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Dec 14, 2019 · 6 min read

Fortran is an imperative programming language compiled for general purposes that are particularly suitable for numerical computing and scientific computing.

Fortran was first launched in 1954, Fortran is and is still commonly used as the oldest programming language. Scientific fields, in particular, numerical weather prediction, computational fluid dynamics, and computational physics find their applications.

Fortran is quite common in high-performance computing and is used to mark the program bench and rank the fastest supercomputers in the world.

Fortran is a compiled language, or more specifically it is compiled ahead-of-time. Mit anderen Worten, Sie müssen einen speziellen Schritt, die Kompilierung Ihres geschriebenen Codes, durchführen, bevor Sie ihn auf einem Computer ausführen können. Darin unterscheidet sich Fortran von interpretierten Sprachen wie Python und R, die über einen Interpreter laufen, der die Anweisungen direkt ausführt, allerdings auf Kosten der Rechengeschwindigkeit.

Fortran ist die vorherrschende Programmiersprache in technischen Anwendungen. Daher ist es wichtig, dass Absolventen von Ingenieurstudiengängen in der Lage sind, Fortran-Code zu lesen und zu ändern. Von Zeit zu Zeit sagen sogenannte Experten voraus, dass Fortran schnell an Popularität verlieren und bald aussterben wird. Diese Vorhersagen haben sich stets als falsch erwiesen. Fortran ist die beständigste Computerprogrammiersprache der Geschichte. Einer der Hauptgründe, warum Fortran überlebt hat und überleben wird, ist die Trägheit der Software.
Im Laufe der Jahre wurde eine riesige Sammlung von Code in vielen wissenschaftlichen und technischen Maschinen mit Fortran geschrieben, so dass die Sprache überleben konnte.
Ein paar Gründe, warum Sie Fortran lernen sollten:

1. Eingebaute Unterstützung für Argumente in Unterprogrammen
2. Reichhaltiger Satz von intrinsischen Funktionen
3. Eingebaute Unterstützung für komplexe Zahlen
4. Unterstützung für Array-Notation, die Operationen auf Array-Abschnitten erlaubt
5. Starke Aliasing-Regeln für Speicherzeiger, was zu effizienterem Code nach der Kompilierung führt
6. Einige Legacy-Codes sind in Fortran geschrieben und immer noch in Betrieb.

Fortran Grundlagen

FORTRAN wurde für Wissenschaftler, Ingenieure und Programmierer entwickelt. Es gibt eine Reihe von Regeln für Fortran-Code und ob ein Code gültig ist und kompiliert werden kann. Fortran verwendet einen populären Begriff für die Codestruktur, der Syntax genannt wird – eine Kombination von Zeichen und reservierten Schlüsselwörtern, um ein Fortran-Programm zu erstellen und eine Anweisung an den Computer zu geben.

Nachfolgend sind die Grundlagen der Fortran-Programmierung aufgeführt:

Programmstruktur

Das ist die Struktur des Fortran-Programms und es hat ein reserviertes Schlüsselwort, um genau das zu tun. Fortran verwendet das Schlüsselwort PROGRAM, optional gefolgt von einem Namen für das Programm, um ein Programm zu beginnen und es mit dem Schlüsselwort END PROGRAM zu beenden. Beispiel:

PROGRAM myprogram
! Do some stuff, other code, statements, functions
END PROGRAM

In den PROGRAM-Anweisungen können Sie Funktionen definieren und Variablen deklarieren, die in diesen Funktionen verwendet werden, genau wie in anderen Programmiersprachen.

Variablendefinition

Das sind Werte oder Daten, die in Ihrem Programm verwendet werden. Eine Variable kann sich auf einen einzelnen Wert wie 1 beziehen oder auf eine größere Datenstruktur wie eine Liste verweisen. Sie können auch verwendet werden, um Daten wie Texte, Wörter, Dezimalzahlen und vieles mehr zu speichern.

Jede Variable bezieht sich normalerweise auf einen Datentyp. Ein Datentyp beschreibt die Art der Daten, die die Variable enthalten soll. Es können entweder Zahlen sein, die Ganzzahlen sind, oder Wörter, die eine Zeichenkette sind. Wir könnten sagen: x=3, das bedeutet, dass x einen ganzzahligen Datentyp enthält, aber wir haben nicht angegeben, welche Art von Daten er enthält. In den meisten Programmiersprachen muss man angeben, welche Art von Daten eine bestimmte Variable enthalten soll.

In Fortran werden Variablen wie folgt deklariert:

INTEGER :: n = 3
INTEGER :: m = 6

Der obige Code in Fortran bedeutet, dass wir zwei INTEGER Variablen erstellen. Das Schlüsselwort INTEGER wird verwendet, um anzugeben, welche Art von Daten wir erstellen, und das ist eine Variable mit Zahlen. Es gibt noch andere wie REALLOGICAL , usw.

Meldung lesen und schreiben

Dies ist die einfachste Möglichkeit, die Ergebnisse einer Berechnung zu sehen oder eine Meldung auf der Konsole zu drucken und auch Eingaben von Benutzern zu sammeln, die z.B. in einer Berechnung verwendet werden können. Dies bietet im Grunde eine Möglichkeit, eine Nachricht auf der Konsole zu drucken und eine Möglichkeit für Benutzer, Werte über die Tastatur direkt aus dem Programm heraus einzugeben.

Lesen: Die Funktion READ weist das FORTRAN-Programm an, die über die Tastatur eingegebenen Werte zu erfassen und in Variablen zu speichern, die Sie in Ihrem Programm definieren. Wir sehen ein funktionierendes Beispiel:

READ(*,*) a, b, c

In Fortran-Funktionen werden alle Eingaben, die für die Funktion benötigt werden, in einer Liste innerhalb der zwei runden Klammern (Klammern) platziert, wie in Lesen (Eingabe1, Eingabe2, usw…). Wenn das Programm läuft und zur READ-Anweisung kommt, werden Sie aufgefordert, eine Variable einzugeben und die Eingabetaste zu drücken.

Write: Die Funktion WRITE ist ähnlich wie die Funktion READ. Sie gibt nur die angegebenen Werte auf dem Konsolenbildschirm aus. Zum Beispiel:

WRITE(*,*) a, b, c

Dies würde die Werte ausgeben, die den im Code angegebenen Variablen zugewiesen sind.

Mathematische Operationen

Fortran ist in erster Linie für numerische Berechnungen gedacht und hat viele eingebaute Funktionen für mathematische Operationen. In Fortran verwendet man die Grundfunktionen: +, -, *, / für Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division.

Entscheidungsfindung

Dies ist der logische Ablauf eines Programms. Hier werden zum Beispiel die meisten Berechnungen durchgeführt und über das Endergebnis entschieden. Es ist ein bisschen wie die logischen Entscheidungen, die wir in unserem täglichen Leben treffen. Wir könnten zum Beispiel sagen: IF Es regnet THEN Geh nicht nach draußen, ELSE es gibt einen Regenschirm, zu dem du gehen kannst. Nachfolgend ein Beispiel:

LOGICAL :: Raining
LOGICAL :: UmbrellaIF (Raining .AND. Umbrella) THEN
WRITE(*,*) "Its raining and I have an umbrella, I can go out"
ELSE
WRITE(*,*) "Its raining and I have no umberella, I can't g out"
END IF

Komponenten der Entscheidungsfindung:

  1. Die WENN- und DANN-Anweisungen: Diese beiden Schlüsselwörter werden verwendet, um logische Entscheidungen innerhalb eines Programms zu treffen. Das IF THEN-Konstrukt wird verwendet, um etwas zu tun, wenn eine Bedingung erfüllt ist.
  2. Die ELSE-Anweisung: Die ELSE-Anweisung ist normalerweise optional, obwohl sie nützlich ist, wenn Sie etwas tun wollen, wenn die Bedingung falsch ist. Meistens wird die ELSE-Anweisung hier verwendet, um eine Fehlermeldung auszugeben, wenn die Bedingungen nicht erfüllt sind.
  3. End IF statement: Hier wird das Ende des Entscheidungsblocks angegeben. Sie müssen daran denken, ihn immer mit der END IF-Anweisung zu beenden.

Kompilierung

Die meisten Programmiersprachen müssen normalerweise kompiliert werden oder einen Prozess durchlaufen, bevor sie ausgeführt werden können. Fortran-Programme müssen mit Hilfe des gfortran-Compilers so kompiliert werden, dass sie vom Computer verstanden werden. Dieser kompiliert den Fortran-Code so, dass der Computer ihn versteht. Speichern Sie Ihren Code in einer Textdatei mit .f90-Erweiterung und lassen Sie ihn gegen den Compiler laufen, um den Maschinencode zu erzeugen.

Sie können den folgenden Befehl in Ihrem Terminal-Verzeichnis ausführen:

gfortran example.f90 -o example

Dies weist gfortran an, die Datei example.f90 zu nehmen und ein Programm namens example zu erzeugen, das wir ausführen können. Mit dem Flag -o können wir einen Ausgabenamen für unser generiertes Programm angeben. Dies erzeugt eine Datei example in Ihrem Verzeichnis, die von der Kommandozeile aus gestartet werden kann.

Vorteile von Fortran

Fortran hat viele Vorteile, von denen einige sind:

  1. In wissenschaftlichen Kreisen ist Fortran sehr mächtig. Es verfügt über ein reichhaltiges Tool-Ökosystem für diesen Bereich.
  2. Fortran erzeugt den weltweit schnellsten nativen Code. Deshalb ist es perfekt für wissenschaftliche Berechnungen.
  3. Fortran ist extrem für die Vektorisierung optimiert und eignet sich daher hervorragend für die Modellierung von Supercomputern.
  4. Modernes Fortran ist erstaunlich einfach zu lesen und zu verstehen. Vergleichbar mit C++.
  5. Fortran verwendet nicht die schreckliche Syntax der Abseitsregel, die man in Python findet.

Hauptmerkmale von Fortran

  1. FORTRAN II hat die Sprache der prozeduralen Programmierung übernommen, die das algorithmische Schreiben des Codes ermöglicht.
  2. Die COMMON-Deklaration wird verwendet, um auf die globalen Variablen zuzugreifen, die in den Programmen für Unterprogramme verwendet werden.
  3. FORTRAN II ermöglicht es den Unterprogrammen, die Aufgaben auszuführen und die Rückgabewerte zu schreiben.
  4. Jeder inhärente oder abgeleitete Typ kann ein POINTER sein.
  5. Kleinbuchstaben im Quelltext sind jetzt erlaubt. Ein Semikolon kann in einer einzigen Quelltextzeile verwendet werden, um verschiedene Anweisungen zu unterscheiden.

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