Array in Fortran 90. Ing. Luca De Santis. Anno accademico 2006/2007. DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica

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1 Array in Fortran 90 Ing. Luca De Santis DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica Anno accademico 2006/2007 Fortran 90: array DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica 1 / 25

2 Cosa vedremo in questa lezione 1 Array 2 Costanti di array e inizializzazione di array 3 Fortran 90: array DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica 2 / 25

3 Array Array Sono AGGREGATI di più variabili TUTTE DELLO STESSO TIPO (tutte intere, tutte reali,... ) Esistono anche i tipi derivati, che sono aggregati di variabili di tipi diversi Non vengono trattati in questo corso Alcuni esempi: array monodimensionale = VETTORE array bidimensionale = MATRICE array tridimensionale array n-dimensionale (con n fino a 7) Le variabili degli array (solitamente) occupano posizioni consecutive di memoria Fortran 90: array DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica 3 / 25

4 Array Terminologia in Fortran 90 Un array avente n dimensioni è detto array di rango n Un vettore è un array di rango 1, una matrice è un array di rango 2 Il numero di elementi di una dimensione è detto estensione della dimensione Una matrice di 20 righe per 10 colonne è in Fortran 90 rappresentabile con un array di rango 2, con estensione della prima dimensione pari a 20 e della seconda pari a 10 Il numero di variabili complessivamente gestite da un array è detta dimensione dell array La forma di un array è definita dal rango e dalle estensioni per ogni dimensione Fortran 90: array DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica 4 / 25

5 Array Sintassi dichiarazione array tipo, DIMENSION( [estremo inferiore:] estremo superiore) :: nome array tipo può essere qualsiasi (INTEGER, REAL, LOGICAL, CHARACTER()). estremo inferiore è OPZIONALE, implicitamente vale 1. il numero di elementi (o estensione) dell array è: estremo superiore - estremo inferiore + 1. estremo superiore ed estremo inferiore devono essere costanti di tipo INTEGER. nome array segue le stesse regole dei nomi di variabili e costanti Fortran 90: array DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica 5 / 25

6 Array Confronti tra array Definizione Due array A e B hanno la stessa forma se valgono le seguenti condizioni: A e B sono definiti dello stesso tipo (intero, reale, logico o carattere) Il rango di A è uguale al rango di B Identificata con A i la i-sima dimensione di A e con B i la i-sima dimensione di B, deve valere la seguente condizione: estensione di A i = estensione di B i i Due array che hanno la stessa forma hanno anche la stessa dimensione Fortran 90: array DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica 6 / 25

7 Array Esempi di dichiarazione ed uso di vettori Vettore di 3 ELEMENTI reali (array di rango 1 con estensione della dimensione pari a 3) REAL, DIMENSION( 3 ) : : f o r z a IMPLICITAMENTE, abbiamo dichiarato 3 variabili reali Esempio a carattere didattico: scorretto sintatticamente! REAL : : f o r z a ( 1 ), f o r z a ( 2 ), f o r z a ( 3 ) È possibile:! ASSEGNARE s i n g o l a r m e n t e i l v a l o r e d i un elemento f o r z a ( 1 ) = 1.2! STAMPARE s i n g o l a r m e n t e i l v a l o r e d i un elemento WRITE(, ) f o r z a ( 1 )! LEGGERE s i n g o l a r m e n t e i l v a l o r e d i un elemento READ(, ) f o r z a ( 2 ) Fortran 90: array DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica 7 / 25

8 Altri esempi elementari Array Vettore di 7 stringhe di 3 caratteri ciascuna CHARACTER( 3 ), DIMENSION( 7 ) : : g i o r n i... g i o r n i ( 1 ) = LUN g i o r n i ( 2 ) = MAR... Vettore di 13 reali INTEGER, DIMENSION( 1 8 : 3 0 ) : : n u m e r o v o t i Vettore di 5 interi INTEGER, DIMENSION( 1:3) : : p e r s o n e Esempio di vettori aventi la stessa forma: INTEGER, DIMENSION( 3 ) : : v e t 1 INTEGER, DIMENSION( : ) : : v e t 3 INTEGER, DIMENSION( 25: 23) : : v e t 4 Fortran 90: array DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica 8 / 25

9 Array Ogni elemento di array è una variabile Poiché un elemento di array è una variabile, può essere usato ogni volta che è lecito usare una variabile. Ad esempio, è lecito usare un elemento di array nei casi seguenti: Come valore sinistro di istruzione di assegnazione (vedi esempi precedenti) Per la lettura, stampa (vedi esempi precedenti) Si può usare come parte di un espressione. Ad esempio, in questo caso viene stampato il modulo della forza: REAL, DIMENSION( 3 ) : : f o r z a... WRITE(, ) SQRT( f o r z a ( 1 ) 2 + f o r z a ( 2 ) 2 + f o r z a ( 3 ) 2 ) Si può usare come argomento effettivo, corrispondente ad uno fittizio con intento OUT o IN OUT CALL scambia ( p e r s o n e ( 2 ), p e r s o n e ( 3 ) ) Fortran 90: array DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica 9 / 25

10 Costanti di array e inizializzazione di array Costanti di array Tutto quanto compreso fra (/ e /) è una costante senza nome di array Il delimitatore (/ viene detto costruttore di array L uso di costanti senza nome è ammesso anche nell istruzione di assegnazione: g i o r n i = (/ MON, TUE, WED, THU, FRI, SAT, SUN /) Esistono anche le costanti con nome di array: INTEGER, PARAMETER, DIMENSION( 3 ) : : v e t t o r e c o s t a n t e = & & (/ 9, 10, 11 /) Fortran 90: array DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica 10 / 25

11 Costanti di array e inizializzazione di array Inizializzazione di un array Prima di usare un array è necessario inizializzarlo Come le altre variabili, un array può essere inizializzato nella sezione dichiarativa Esempi: REAL, DIMENSION( 3 ) : : f o r z a 2 = (/ 3. 2, 1.7, 0. 5 /) INTEGER, DIMENSION( 1:3) : : v e t t = (/ 120, 135, 125, 110, 82 /) CHARACTER( 3 ), DIMENSION( 7 ) : : g i o r n i = (/ & & LUN, MAR, MER, GIO, VEN, SAB, DOM /) Importante Il numero di elementi fra i delimitatori (/ e /) deve coincidere (né maggiore, né minore) con quello degli elementi dell array Fortran 90: array DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica 11 / 25

12 Inizializzazione di un array (cont.) Costanti di array e inizializzazione di array Un meccanismo di inizializzazione molto usato per gli un array è quello basato su cicli definiti INTEGER : : i INTEGER, DIMENSION( ) : : v e t t o r e! I n i z i a l i z z a un v e t t o r e d i 100 e l e m e n t i con i p r i m i c e n t o numeri! i n t e r i DO i = 1, 100 v e t t o r e ( i ) = i END DO Gli array possono essere inizializzati attraverso lettura da dispositivi di input (istruzione READ) È possibile inizializzare tutti gli elementi di un array ad un valore attraverso una istruzione di assegnazione INTEGER, DIMENSION( ) : : v e t t o r e....! I n i z i a l i z z o a z e r o t u t t i g l i e l e m e n t i d i v e t t o r e v e t t o r e = 0 Fortran 90: array DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica 12 / 25

13 Costanti di array e inizializzazione di array Controllo validità indici array Cosa succede se proviamo ad utilizzare un valore dell indice fuori dal range di validità? Il compilatore ELF90 controlla che gli indici non siano fuori range, ovvero che non ci stiamo riferendo ad un elemento inesistente dell array. Alcuni compilatori consentono, per aumentare le prestazioni, di disabilitare l controllo sugli indici Il controllo viene fatto sia a tempo di compilazione, sia a tempo di esecuzione. Fortran 90: array DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica 13 / 25

14 Controllo validità indici array Costanti di array e inizializzazione di array Controllo a tempo di compilazione Messaggio d e l COMPILATORE L i n e 61, f i l e p r o v a v e t. f 9 0 REAL, DIMENSION( 3 ) : : f o r z a... f o r z a ( 4 ) = FATAL 1 s t s u b s c r i p t o f (FORZA) e x c e e d s d e c l a r e d upper bound ( A r r a y s i n t h e E l f 9 0 manual ). Controllo a tempo di esecuzione INTEGER : : i... READ (, ) i! supponiamo che venga l e t t o i l v a l o r e 5 f o r z a ( i ) = Messaggio a tempo d i ESECUZIONE A r r a y s u b s c r i p t e x c e e d s a l l o c a t e d a r e a ( s e e A r r a y s i n t h e E l f 9 0 Manual ). E r r o r o c c u r r e d a t l i n e 62 o f f i l e p r o v a v e t. f 9 0. Fortran 90: array DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica 14 / 25

15 Primo esempio di uso di vettori Primo problema: 1. leggere due vettori di interi di tre componenti ciascuno; 2. calcolare il vettore somma (effettuando la somma componente per componente); 3. stampare il vettore risultato. Nota: esempio accademico (esiste metodo più semplice per la somma!). Soluzione: file. Fortran 90: array DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica 15 / 25

16 Somma vettoriale 1! F i l e : somvett1. f 9 0 2! Time stamp : 01/12/ : 1 8 : 1 3 c a d o l i 3! Scopo : primo esempio d i uso d i a r r a y m o n o d i m e n s i o n a l i 4 5 PROGRAM s o m m a v e t t o r i 6! Questo programma c a l c o l a l a somma d i due v e t t o r i a 3 componenti 7 8! SEZIONE DICHIARATIVA 9 IMPLICIT NONE 10 INTEGER, PARAMETER : : e s t e n s i o n e = 3 11 INTEGER, DIMENSION( e s t e n s i o n e ) : : v1, v2! i due v e t t o r i l e t t i 12 INTEGER, DIMENSION( e s t e n s i o n e ) : : somma! i l v e t t o r e somma 13 INTEGER : : i! i n d i c e d e l c i c l o p e r s c a n d i r e 14! l e componenti d e i v e t t o r i 15 16! SEZIONE ESECUTIVA 17! l e t t u r a primo v e t t o r e 18 WRITE(, ) Immetti i l primo v e t t o r e! 19 DO i = 1, e s t e n s i o n e! l e g g i a m o i l v e t t o r e una componente a l l a v o l t a 20 WRITE(, ) Componente, i,? 21 READ (, ) v1 ( i ) 22 END DO 23 24! l e t t u r a secondo v e t t o r e 25 WRITE(, ) Immetti i l secondo v e t t o r e! 26 DO i = 1, e s t e n s i o n e! l e g g i a m o i l v e t t o r e una componente a l l a v o l t a 27 WRITE(, ) Componente, i,? 28 READ (, ) v2 ( i ) 29 END DO Fortran 90: array DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica 16 / 25

17 Somma vettoriale (cont.) 31! c a l c o l o v e t t o r e somma 32 DO i = 1, e s t e n s i o n e 33 somma( i ) = v1 ( i ) + v2 ( i )! N. B. s i p o t r e b b e f a r e d i r e t t a m e n t e 34! somma = v1 + v2 35 END DO 36 37! stampa d e l v e t t o r e somma 38 WRITE(, ) I l v e t t o r e somma e : 39 DO i = 1, e s t e n s i o n e 40 WRITE(, ) Componente, i, :, somma( i ) 41 END DO STOP 44 END PROGRAM s o m m a v e t t o r i Fortran 90: array DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica 17 / 25

18 Secondo esempio: massimo e minimo di un insieme Definizione del problema Leggere da tastiera la dimensione di un insieme di valori interi e quindi i valori stessi e stampare a video il valore massimo e il valore minimo Nota: per semplicità imponiamo una dimensione massima all array Dati di input e di output Algoritmo: prima versione Algoritmo: raffinamento punto 3 Fortran 90: array DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica 18 / 25

19 Secondo esempio: massimo e minimo di un insieme Definizione del problema Dati di input e di output Dati di input: numero di elementi dell insieme e valori dell insieme Dati di output: intero massimo e minimo immesso dall utente Algoritmo: prima versione Algoritmo: raffinamento punto 3 Fortran 90: array DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica 18 / 25

20 Secondo esempio: massimo e minimo di un insieme Definizione del problema Dati di input e di output Algoritmo: prima versione 1. Leggi numero di valori 2. Leggi e memorizza i valori 3. Calcola il valore minimo 4. Calcola il valore massimo 5. Stampa i valori minimo e massimo Algoritmo: raffinamento punto 3 Fortran 90: array DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica 18 / 25

21 Secondo esempio: massimo e minimo di un insieme Definizione del problema Dati di input e di output Algoritmo: prima versione Algoritmo: raffinamento punto 3 3. MINIMO = elementi(1) 4. PER i che va da 2 a fine dimensione 4.1. SE elementi(i) < MINIMO ALLORA MINIMO = elementi(i) FINE CICLO Fortran 90: array DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica 18 / 25

22 Algoritmo definitivo Pseudocodice 1. LEGGI numero valori 2. PER i che va da 1 a numero valori 2.1. LEGGI elementi(i) FINE CICLO 3. MINIMO = elementi(1) 4. PER i che va da 2 a fine dimensione 4.1 SE elementi(i) < MINIMO MINIMO = elementi(i) FINE CICLO 5. MASSIMO = elementi(1) 6. PER i che va da 2 a fine dimensione 6.1 SE elementi(i) > MASSIMO MASSIMO = elementi(i) FINE CICLO 7. SCRIVI MASSIMO, MINIMO Diagramma di flusso Fortran 90: array DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica 19 / 25

23 Algoritmo definitivo Pseudocodice Diagramma di flusso Fortran 90: array DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica 19 / 25

24 Massimo e minimo di un insieme: codice 1 PROGRAM MINMAX 2! Questo programma l e g g e da t a s t i e r a l a d i m e n s i o n e d i un i n s i e m e d i i n t e r i 3! e g l i i n t e r i s t e s s i e q u i n d i stampa i l v a l o r e massimo e i l v a l o r e minumo 4 5! SEZIONE DICHIARATIVA 6 IMPLICIT NONE 7 INTEGER, PARAMETER : : max dimensione = 100! d i m e n s i o n e massima i n s i e m e 8 INTEGER : : d i m e n s i o n e a r r a y! dimensione immessa dall utente 9 INTEGER : : i! v a r i a b i l e c o n t a t o r e c i c l o 10 INTEGER : : minimo, massimo! v a r i a b i l i temporanee 11 INTEGER, DIMENSION( max dimensione ) : : e l e m e n t i! v e t t o r e c o n t e n e n t e g l i i n t e r i 12 13! SEZIONE ESECUTIVA 14! WRITE(, ) S c r i v i i l numero d i e l e m e n t i d e l l i n s i e m e ( min 2, max ) : 16 READ(, ) d i m e n s i o n e a r r a y IF ( d i m e n s i o n e a r r a y >= 2.AND. d i m e n s i o n e a r r a y <= 100) THEN 19! DO i = 1, dimensione array 21 READ(, ) e l e m e n t i ( i ) 22 END DO 23 24! minimo = e l e m e n t i ( 1 ) 26! DO i = 2, dimensione array 28! IF ( elementi ( i ) < minimo ) minimo = elementi ( i ) 30 END DO Fortran 90: array DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica 20 / 25

25 Massimo e minimo di un insieme: codice (cont.) 32! massimo = e l e m e n t i ( 1 ) 34! DO i = 2, dimensione array 36! IF ( elementi ( i ) > massimo ) massimo = elementi ( i ) 38 END DO 39 40! WRITE(, ) I l v a l o r e minimo e :, minimo 42 WRITE(, ) i l v a l o r e massimo e :, massimo 43 ELSE 44 WRITE(, ) Dimensione d e l l i n s i e m e e r r a t a 45 END IF STOP 48 END PROGRAM MINMAX Fortran 90: array DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica 21 / 25

26 Terzo esempio di uso di vettori Secondo problema 1. leggere sequenza di caratteri terminata da., 2. stampare la lettera alfabetica maiuscola che compare più volte nella sequenza. Soluzione: file contcar1.f90. Nota: senza array, servirebbero 26 variabili di tipo intero!!! (e il programma sarebbe poco leggibile). Ecco perché: PROGRAMMI = ALGORITMI + STRUTTURE DI DATI (N. Wirth, creatore del Pascal, del Modula2, etc.) Fortran 90: array DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica 22 / 25

27 Frequenza caratteri 1 PROGRAM f r e q u e n z a m a i u s c o l e 2! Questo programma legge una sequenza di c a r a t t e r i terminata da. e stampa 3! l a l e t t e r a MAIUSCOLA che compare piu v o l t e n e l l a s e q u e n z a. 4! Usa un a r r a y d i i n t e r i d i e s t e n s i o n e p a r i a l l a l f a b e t o p e r d e t e r m i n a r e 5! i l numero di occorrenze di ogni l e t t e r a maiuscola. 6! SEZIONE DICHIARATIVA 7 USE u t i l i t a c a r a t t e r i! n e l f i l e u t i l c a r. f IMPLICIT NONE 9 INTEGER, PARAMETER : : l e t t e r e a l f a b e t o = INTEGER, DIMENSION( l e t t e r e a l f a b e t o ) : : conta 11! a r r a y d i c o n t a t o r i, uno p e r l e t t e r a 12 INTEGER : : i! u s a t a p e r s c a n d i r e l a r r a y 13 CHARACTER(1) : : l e t t e r a m a x! l e t t e r a con frequenza massima 14 INTEGER : : f r e q u e n z a m a x! f r e q u e n z a massima 15 CHARACTER( 1 ) : : ch! c a r a t t e r e l e t t o 16! SEZIONE ESECUTIVA 17! ALGORITMO : 18! 1. a z z e r a t u t t i i c o n t a t o r i 19! 2. l e g g i l a s e quenza d i c a r a t t e r i i n i n g r e s s o e c a l c o l a l e f r e q u e n z e d e l l e 20! l e t t e r e m a i u s c o l e 21! 3. trova l a l e t t e r a maiuscola con frequenza massima 22! 4. stampa i l r i s u l t a t o 23! DO i = 1, l e t t e r e a l f a b e t o 25 conta ( i ) = 0 26 END DO 27! WRITE(, ) Immetti una s e quenza d i c a r a t t e r i t e r m i n a t a da. 29 WRITE(, ) D i g i t a RETURN dopo o g n i c a r a t t e r e i n s e r i t o 30 WRITE(, ) Fortran 90: array DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica 23 / 25

28 Frequenza caratteri (cont.) 31 DO 32 READ (, ) ch 33 IF ( A <= ch.and. ch <= Z ) THEN 34 conta ( l e t t e r a 2 i n t e r o ( ch ) ) = conta ( l e t t e r a 2 i n t e r o ( ch ) ) ! ch e una l e t t e r a m a i u s c o l a 36! q u i n d i va i n c r e m e n t a t o i l c o n t a t o r e c o r r i s p o n d e n t e 37 END IF 38 IF ( ch ==. ) EXIT 39 END DO 40! l e t t e r a m a x = A 42 f r e q u e n z a m a x = conta ( 1 ) 43 DO i = 2, l e t t e r e a l f a b e t o 44 IF ( conta ( i ) > frequenza max ) THEN 45 l e t t e r a m a x = i n t e r o 2 l e t t e r a ( i ) 46 frequenza max = conta ( i ) 47 END IF 48 END DO 49! IF ( f r e q u e n z a m a x > 0) THEN 51 WRITE(, ) Lettera MAIUSCOLA piu frequente :, lettera max 52 WRITE(, ) Essa appare, frequenza max, volte 53 ELSE 54 WRITE(, ) Testo s e n z a l e t t e r e m a i u s c o l e 55 END IF 56 STOP 57 END PROGRAM f r e q u e n z a m a i u s c o l e Fortran 90: array DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica 24 / 25

29 Modulo utilità caratteri 1 MODULE u t i l i t a c a r a t t e r i 2! Questo modulo c o n t i e n e due f u n z i o n i d i c o n v e r s i o n e f r a i n t e r i e c a r a t t e r i 3! a l f a b e t i c i m a i u s c o l i : 4! l e t t e r a 2 i n t e r o : CHARACTER( 1 ) > INTEGER 5! l e t t e r a 2 i n t e r o ( c ) = n s i g n i f i c a che l a l e t t e r a m a i u s c o l a e 6! a l l n esimo p o s t o n e l l a l f a b e t o 7! i n t e r o 2 l e t t e r a : INTEGER > CHARACTER( 1 ) i n v e r s a d e l l a p r e c e d e n t e 8 CONTAINS 9 FUNCTION l e t t e r a 2 i n t e r o ( ch ) 10! SEZIONE DICHIARATIVA 11 IMPLICIT NONE 12! DICHIARAZIONE TIPO FUNZIONE 13 INTEGER : : l e t t e r a 2 i n t e r o 14! DICHIARAZIONE ARGOMENTI FITTIZI 15 CHARACTER( 1 ), INTENT( IN ) : : ch 16! SEZIONE ESECUTIVA 17 l e t t e r a 2 i n t e r o = IACHAR( ch ) IACHAR ( A ) RETURN 19 END FUNCTION l e t t e r a 2 i n t e r o 20 FUNCTION i n t e r o 2 l e t t e r a ( i ) 21! SEZIONE DICHIARATIVA 22 IMPLICIT NONE 23! DICHIARAZIONE TIPO FUNZIONE 24 CHARACTER( 1 ) : : i n t e r o 2 l e t t e r a 25! DICHIARAZIONE ARGOMENTI FITTIZI 26 INTEGER, INTENT( IN ) : : i 27! SEZIONE ESECUTIVA 28 i n t e r o 2 l e t t e r a = ACHAR(IACHAR ( A ) + i 1) 29 RETURN 30 END FUNCTION i n t e r o 2 l e t t e r a 31 END MODULE u t i l i t a c a r a t t e r i Fortran 90: array DIS - Dipartimento di informatica e sistemistica 25 / 25