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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. In altre parole, è necessario eseguire un passo speciale chiamato compilazione del codice scritto prima di poterlo eseguire su un computer. Questo è il punto in cui il Fortran differisce dai linguaggi interpretati come Python e R che funzionano attraverso un interprete che esegue direttamente le istruzioni, ma al costo della velocità di calcolo.

Il Fortran è il linguaggio di programmazione dominante usato nelle applicazioni di ingegneria. È quindi importante che i laureati in ingegneria siano in grado di leggere e modificare il codice Fortran. Di tanto in tanto, i cosiddetti esperti predicono che il Fortran diminuirà rapidamente di popolarità e presto si estinguerà. Queste previsioni hanno sempre fallito. Il Fortran è il linguaggio di programmazione per computer più duraturo della storia. Una delle ragioni principali per cui il Fortran è sopravvissuto e sopravviverà è l’inerzia del software.
Nel corso degli anni, una vasta collezione di codice è stata scritta con Fortran in molte macchine scientifiche e ingegneristiche, permettendo al linguaggio di persistere.
Alcuni dei motivi per cui dovresti imparare il Fortran:

1. Supporto incorporato per gli argomenti nelle subroutine
2. Ricco set di funzioni intrinseche
3. Supporto incorporato per i numeri complessi
4. Supporto per la notazione di array che permette operazioni su sezioni di array
5. Forti regole di aliasing per i puntatori di memoria, con conseguente codice più efficiente dopo la compilazione
6. Alcuni codici legacy sono scritti in Fortran e ancora in funzione.

Fortran Basics

FORTRAN è stato progettato per scienziati, ingegneri e programmatori. Ci sono una serie di regole che governano il codice Fortran e se un codice è valido e può essere compilato. Fortran usa un termine popolare di struttura del codice chiamato Sintassi – una combinazione di caratteri e parole chiave riservate per creare un programma Fortran e dare un’istruzione al computer.

Di seguito ci sono le basi della programmazione Fortran:

Struttura del programma

Questa è la struttura del programma Fortran e ha una parola chiave riservata per fare proprio questo. Fortran usa la parola chiave PROGRAM, seguita, opzionalmente, da un nome per il programma per iniziare un programma e terminarlo con la parola chiave END PROGRAM. Esempio:

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

Nelle dichiarazioni PROGRAM, si possono definire funzioni, dichiarare variabili da usare in queste funzioni, proprio come in altri linguaggi di programmazione.

Definizione delle variabili

Sono valori o dati usati nel vostro programma. Una variabile può riferirsi ad un singolo valore come 1 o puntare ad una struttura dati più grande come una lista. Possono anche essere usate per memorizzare dati come testi, parole, decimali e molti altri.

Ogni variabile di solito si riferisce ad un tipo di dati. Un tipo di dati descrive il tipo di dati che la variabile dovrebbe contenere. Può essere un numero, che è un numero intero, o una parola, che è una stringa. Potremmo dire x=3, questo significa che x contiene un tipo di dati interi, tuttavia, non abbiamo specificato che tipo di dati contiene. La maggior parte dei linguaggi di programmazione richiede di specificare quale tipo di dati ci si aspetta che una particolare variabile contenga.

In Fortran, le variabili sono dichiarate come segue:

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

Il codice sopra in Fortran significa che stiamo creando due variabili INTEGER. La parola chiave INTEGER è usata per specificare che tipo di dati stiamo creando e questa è una variabile con numeri. Ce ne sono altre come REALLOGICAL , ecc.

Leggi e scrivi messaggio

Questo è il modo più semplice per vedere i risultati di un calcolo o stampare un messaggio sulla console e anche raccogliere input dagli utenti da utilizzare in un calcolo per esempio. Questo fondamentalmente fornisce un modo per stampare un messaggio sulla console e un modo per gli utenti di digitare valori usando la tastiera direttamente dal programma.

Leggi: La funzione READ dice al programma FORTRAN di registrare i valori che inserisci usando la tastiera e di memorizzarli in variabili che definisci nel tuo programma. Possiamo vedere un esempio funzionante :

READ(*,*) a, b, c

Nelle funzioni Fortran, tutti gli input necessari alla funzione sono posti all’interno di una lista tra le due parentesi tonde (parentesi), come in lettura (input1, input2, ecc…). Quando il programma è in esecuzione e arriva all’istruzione READ, vi chiederà di inserire una variabile e di premere enter.

Write: La funzione WRITE è simile alla funzione READ. Stampa semplicemente i valori dati sullo schermo della console. Per esempio:

WRITE(*,*) a, b, c

Questo stamperebbe i valori assegnati alle variabili specificate nel codice.

Operazioni matematiche

Fortran è progettato principalmente per i calcoli numerici, e ha molte funzioni integrate per le operazioni matematiche. In Fortran, usiamo le funzioni di base: +, -, *, / per addizione, sottrazione, moltiplicazione e divisione.

Processo decisionale

Questo è il flusso logico di un programma. È per esempio il luogo in cui la maggior parte dei calcoli viene fatta e decide i risultati finali. È un po’ come le decisioni logiche che prendiamo nella nostra vita quotidiana. Per esempio, potremmo dire IF sta piovendo THEN non andare fuori, ELSE c’è un ombrello dove sei libero di andare. Di seguito un esempio:

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

Componenti del processo decisionale:

  1. Le dichiarazioni IF e THEN: Queste due parole chiave sono usate per prendere decisioni logiche all’interno di un programma. Il costrutto IF THEN è usato per fare qualcosa sulla base di una condizione soddisfatta.
  2. L’istruzione ELSE: L’istruzione ELSE è di solito opzionale, anche se è utile se avete qualcosa che volete fare se la condizione è falsa. La maggior parte delle volte, l’istruzione ELSE è usata qui per stampare un messaggio di errore se le condizioni non sono soddisfatte.
  3. Fine istruzione IF: Questo indica la fine del blocco decisionale. Devi ricordarti di terminarlo sempre con l’istruzione END IF.

Compilazione

La maggior parte dei linguaggi di programmazione di solito devono essere compilati o passare attraverso un processo prima di poter essere eseguiti. I programmi Fortran hanno bisogno di essere compilati in quello che il computer capisce usando il gfortran compilatore. Questo compila il codice Fortran in ciò che il computer capisce. Salva il tuo codice in un file di testo con estensione .f90 ed eseguilo contro il compilatore per generare il codice macchina.

Puoi eseguire il comando qui sotto nella tua directory del terminale:

gfortran example.f90 -o example

Questo dice a gfortran di prendere il file example.f90 e generare un programma chiamato example da eseguire. Il flag -o ci permette di indicare un nome di output per il nostro programma generato. Questo genererà un file example nella vostra directory che può essere eseguito dalla linea di comando.

Svantaggi del Fortran

Il Fortran ha molti vantaggi, alcuni dei quali sono:

  1. In ambito scientifico, il Fortran è molto potente. Ha un ricco ecosistema di strumenti per questo settore.
  2. Fortran produce il codice nativo più veloce del mondo. Ecco perché il calcolo scientifico è perfetto.
  3. Il Fortran è estremamente ottimizzato per la vettorializzazione, il che lo rende ottimo per la modellazione dei supercomputer.
  4. Il Fortran moderno è incredibilmente semplice da leggere e comprendere. Paragonato al C++.
  5. Fortran non usa la terribile sintassi della regola dell’off-side che si trova in Python.

Caratteristiche principali del Fortran

  1. FORTRAN II ha approvato il linguaggio di programmazione procedurale che permette la scrittura algoritmica del codice.
  2. La dichiarazione COMMON è usata per accedere alle variabili globali da usare nei programmi per le subroutine.
  3. FORTRAN II permette alle subroutine di eseguire i compiti e i valori di ritorno da scrivere.
  4. Ogni tipo inerente o derivato può essere un POINTER.
  5. I caratteri minuscoli nel testo sorgente sono ora permessi. Un punto e virgola può essere usato in una singola linea sorgente per distinguere varie dichiarazioni.

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