Fortran lub FORTRAN ( ang. FORmula TRANslator) to język programowania stworzony w latach 50. i nadal będący w użyciu. Był to niegdyś język proceduralny , obecnie umożliwia również korzystanie ze struktur (Fortran 90/95), a jego głównym zastosowaniem są obliczenia naukowo-inżynierskie (w szczególności obliczenia numeryczne ).

Z pierwszych wersji języka pochodzi zasada braku rozróżniania małych i wielkich liter w słowach kluczowych języka oraz używanych zmiennych, a także bogate zasady tworzenia formatów zapisywanych i drukowanych danych.

Fortran dysponuje wielką liczbą bibliotek , które pozwalają rozwiązać praktycznie każde zadanie numeryczne. Najważniejsze przyczyny, z powodu których Fortran jest wykorzystywany i rozwijany do dziś, to: szybkość obliczeń oraz wysoka wydajność kodu generowanego przez kompilatory Fortranu, wynikająca m.in. z jego długiej obecności na rynku programistycznym, znakomita skalowalność i przenośność oprogramowania (pomiędzy różnymi platformami sprzętowymi i systemami operacyjnymi ), a także dostępność bibliotek dla programowania wieloprocesorowego i równoległego . Obliczenia aerodynamiczne , wytrzymałościowe i cieplne obecnie często prowadzone są z użyciem tego języka.

Do niedawna te zalety były okupione brakiem dobrych metod wizualizacji czy niskopoziomowej komunikacji z systemem operacyjnym, gdyż te zagadnienia są pominięte w kolejnych standardach języka (aż do Fortranu 95 włącznie). Obecnie producenci kompilatorów (zwłaszcza niezależni), wzbogacają je o możliwość stosowania grafiki celem umożliwienia wizualizacji wyników obliczeń (wykresy, wizualizacja tablic wielowymiarowych) poprzez dostarczanie odpowiednich bibliotek.

Karta perforowana z podziałem na pola dla Fortranu IV.

Historia i standardy

Pierwszy kompilator Fortranu stworzył zespół Johna Backusa , który w latach 1954 - 1957 pracował dla IBM . Kompilator ten był pierwszym w historii kompilatorem języka wysokiego poziomu . Został starannie zoptymalizowany , ponieważ autorzy obawiali się, że nikt nie będzie go używał, jeśli szybkość programów nie będzie porównywalna z szybkością programów napisanych w asemblerze .

Pierwsza standaryzacja nastąpiła w 1960 roku, kiedy opisano pierwszy standard języka znany jako Fortran IV. Kolejnym standardem był Fortran 66. Standard ten był zbyt ubogi i implementacje musiały zawierać wiele rozszerzeń. W latach siedemdziesiątych American National Standard Institute ( ANSI ) opracowała kolejny standard nazwany Fortran 77, który w roku 1980 stał się standardem międzynarodowym. Jego struktura przystosowana jest do używanych wówczas powszechnie kart perforowanych , ale zawierała elementy programowania strukturalnego . W Polsce bardzo popularna była odmiana Fortranu na maszyny ICL / Odra (FORTRAN 1900; kompilator taśmowy #XFAM oraz dyskowe #XFAT i #XFAE z konsolidatorem #XPCK), a także Watfor 77, Lahey 77 i MS Fortran na PC czy Fortran 80 dla 8- bitowych komputerów z systemem CP/M -80. W praktyce większość tych kompilatorów miała wiele rozszerzeń, które dopiero po latach weszły do kolejnego standardu ( struktury rekordowe , alokowalne tablice , więcej instrukcji pozwalających na programowanie strukturalne itp.). Następcą Fortranu 77 stał się Fortran 90. Standard ma całkowicie zmienioną składnie dostosowaną do współczesnych języków programowania , przykładowo Fortran 90 nie wymusza już na użytkowniku stosowania etykiet i instrukcji goto . Kolejnym standardem jest Fortran 95, zmiany w stosunku do poprzedniej wersji są niewielkie. Pomimo wprowadzenia nowych standardów, Fortran 77 jest nadal w użyciu (głównie przez starszych programistów przyzwyczajonych do tej wersji), co uwzględniają producenci praktycznie wszystkich kompilatorów – na przykład kompilator Compaq Visual Fortran (wcześniej Digital Visual Fortran) kompiluje programy napisane w standardach 66/77/90/95. Najnowszy standard języka nosi nazwę Fortran 2003.

FORTRAN czy Fortran

Należy wspomnieć o tym, że obecnie stosujemy pisownię nazwy języka Fortran. Poprzednie standardy języka aż do wersji 66 włącznie oznaczano jako FORTRAN.

Podstawy programowania

Operatory logiczne

Operatory działań na liczbach

Operatory arytmatyczne

Przykłady kodu

Ciekawostka - najkrótszy program

       END

Warto zwrócić uwagę, że kod ten jest konieczny w każdym programie (jako informacja o końcu bloku głównego).

Typowy program - "hello, world"

Kod dla F77:

       PROGRAM HELLO         WRITE (*,*) 'hello, world'       END

Deklaracje zmiennych i "Implicit none"

Standard nie wymusza stosowania deklaracji zmiennych, wówczas niezadeklarowane zmienne o nazwach rozpoczynających się od liter A-H i O-Z (nie są rozróżniane małe i duże litery ) mają typ real ( rzeczywisty , zmiennoprzecinkowy o precyzji zależnej od implementacji i opcji) a zmienne rozpoczynające się od I-N są typu integer ( liczby całkowite o zakresie zależnym od implementacji i opcji); jest to równoważne deklaracjom "implicit real (A-H,O-Z)" i "implicit integer (I-N)".

Wyrażenie "implicit none" zastosowane na początku programu, zapobiega wykorzystaniu niezadeklarowanych zmiennych. Przykładowy poprawny kod programu liczącego sumę dwóch liczb rzeczywistych (podwójnej precyzji - real(8)), w języku F95:

IMPLICIT NONEREAL(8) :: a,bREAD *,a,bPRINT *,'wynik',a+bEND

w przypadku kodu:

IMPLICIT NONEREAL(8) :: aREAD *,a,bPRINT *,'wynik',a+bEND

kompilator wyświetla błąd o niezadeklarowaniu zmiennej 'b' wykorzystywanej w programie.

Fakt domyślnej deklaracji zmiennych niejednokrotnie powodował kłopoty programistów, nie mogących odnaleźć źródła nieoczekiwanych kaprysów pozornie poprawnych programów. Np. nagłówek pętli wykonywanej stokrotnie dla zmiennej I mógłby wyglądać następująco:

DO 100 I=1,100

Omyłkowe umieszczenie kropki zamiast przecinka nie czyni tej instrukcji niepoprawną:

DO 100 I=1.100

Kompilator uzna ten zapis nie za otwarcie pętli, a za domyślną deklarację zmiennej DO100I typu rzeczywistego (nazwa zaczyna się bowiem od litery D) i przypisze jej wartość 1.1, co w oczywisty sposób zmieni zamierzony przepływ sterowania.

Kompilatory języka Fortran

Kompilatory języka Fortran 90/95

• GNU Fortran 95 - wolny , jeden z podprojektów GCC
• G95 Project ( Linux ) - darmowy
• Edi ( Windows ) - darmowy pakiet programistyczny dla Windows, pod warunkiem zarejestrowania
• VAST/f90 (Linux) - darmowy kompilator dla użytkowników indywidualnych (a właściwie translator F77 do F90)
• Intel Fortran Compiler ( Linux , Windows ) - w wersji pod Linuksa darmowy dla niekomercyjnych zastosowań
• Absoft Pro Fortran ( Linux , Windows , Mac OS , PowerPC ) - płatny
• Compaq Visual Fortran (Windows, Linux/ Unix /Open VMS Alpha, OpenVMS VAX) - płatny, ale już nie produkowany (następcą jest Fortran rozwijany przez firmę Intel)
• Lahey/Fujitsu Fortran (Windows, Linux, SPARC Solaris ) - komercyjny
• NAGWare f95 ( Linux , Mac OS, SPARC Solaris, IRIX , SunOS , OSF /1, PA-RISC ) - komercyjny
• NA Software FortranPlus ( Linux , Windows ) - płatny
• Portland Group PGHPF Workstation ( Linux , Windows ) - płatny
• Salford FTN95 (Windows) - darmowy do zastosowań niekomercyjnych (od roku 2005)
• Open64 [1] - darmowy

Kompilatory języka Fortran 77

• Salford FTN77 ( Windows ) - darmowy
• Open Watcom ( Windows , OS/2 ) - open source
• g77 ( GNU fortran 77) - wolny

Bibliografia

Zobacz też

• SAKO - "Polski Fortran"
• Photran - środowisko programistyczne

Linki zewnętrzne

• Komitet techniczny J3 standaryzujący Fortrana
• Kurs języka FORTRAN