Fortran. Introduzione.

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1 Fortran Introduzione

2 Credits Materiale a cura del Prof. Franco Milicchio

3 Introduzione Esistono molti linguaggi di programmazione usati in vari ambiti Tra i più impiegati in ambito scientifico, oltre al C ed al C++, è il Fortran Negli anni furono creati i primi computer Erano tutti incompatibili tra di loro: un programma scritto per UNIVAC, doveva essere completamente riscritto per essere eseguito su un altro computer Il linguaggio di programmazione (quando non era cablato) era l assembly: un linguaggio di basso livello, ovvero dipendente dalla piattaforma Negli anni 50 cambiò l approccio con i computer

4 Introduzione Nel 1953 John W. Backus 1 inventò un linguaggio più astratto dell assembly Backus inventò il linguaggio Formula Translator, o FORTRAN Fu sviluppato un compilatore, il cui compito è produrre un programma eseguibile dal computer, a partire da un linguaggio specifico (e.g., C++) Nel 1957 fu rilasciato il primo compilatore, ed in seguito vari standard: F66, F77, F90, F95, F2003, F2008, F2015 (in fase di sviluppo) 1 W.W. McDowell Award, National Medal of Science, ACM Turing Award

5 Introduzione Le prime versioni di Fortran rispecchiavano l hardware dell epoca In modo differente dal C++ o Python (e dal F90) si programmava a colonne L input verso la macchina, infatti, era effettuato solitamente tramite schede perforate C C AREA OF A TRIANGLE WITH A STANDARD SQUARE ROOT FUNCTION C INPUT - CARD READER UNIT 5, INTEGER INPUT C OUTPUT - LINE PRINTER UNIT 6, REAL OUTPUT C INPUT ERROR DISPLAY ERROR OUTPUT CODE 1 IN JOB CONTROL LISTING READ INPUT TAPE 5, 501, IA, IB, IC 501 FORMAT (3I5) C IA, IB, AND IC MAY NOT BE NEGATIVE C FURTHERMORE, THE SUM OF TWO SIDES OF A TRIANGLE C IS GREATER THAN THE THIRD SIDE, SO WE CHECK FOR THAT, TOO IF (IA) 777, 777, IF (IB) 777, 777, IF (IC) 777, 777, IF (IA+IB-IC) 777,777, IF (IA+IC-IB) 777,777, IF (IB+IC-IA) 777,777, STOP 1 C USING HERON'S FORMULA WE CALCULATE THE C AREA OF THE TRIANGLE 799 S = FLOATF (IA + IB + IC) / 2.0 AREA = SQRT( S * (S - FLOATF(IA)) * (S - FLOATF(IB)) * + (S - FLOATF(IC))) WRITE OUTPUT TAPE 6, 601, IA, IB, IC, AREA 601 FORMAT (4H A=,I5,5H B=,I5,5H C=,I5,8H AREA=,F10.2, + 13H SQUARE UNITS) STOP END

6 Introduzione Con l evoluzione dell hardware, le colonne furono abbandonate per una forma libera, ovvero uno stile di scrittura più simile ai linguaggi moderni Noi introdurremo per completezza il Fortran 90 Le differenze tra F77 e precedenti, e F90 sono quasi esclusivamente sintattiche Essendo il linguaggio più anziano, esistono molte librerie di calcolo numerico scritte in F77 e successivi (e.g., BLAS, LAPACK) Molti programmi hanno una base Fortran (e.g., Nastran, Matlab)

7 Struttura dei Programmi Un programma Fortran deve iniziare con la parola chiave program, seguita da un identificatore nomeprogramma Un programma Fortran deve terminare con la parola chiave end, seguita dall intestazione di inizio programma program nomeprogramma È consigliabile far seguire all intestazione la direttiva implicit none Questa dichiarazione fa si che ogni variabile debba essere dichiarata prima dell uso; la motivazione sarà data in seguito Attenzione: in Fortran maiuscole e minuscole sono indifferenti, ovvero ABC equivale a Abc, abc, abc etc.

8 Esempio di codice program primoprogramma implicit none Intestazione: nome e nessuna variabile implicita real :: p write (*,*) 'Inserire un numero:' read (*,*) p write (*,*) p =, p end program primoprogramma Dichiarazione di una variabile Nessun punto e virgola: a capo

9 Variabili Il Fortran ha vari tipi di dato disponibili per la programmazione, in particolare: integer dichiara una variabile intera real dichiara una variabile reale logical dichiara una variabile booleana,.true. oppure.false. Una variabile viene dichiarata con la seguente sintassi: tipo :: nome Una variabile può essere inizializzata con un valore tramite una assegnazione

10 Costanti Una costante è una variabile il cui valore non può variare Una costante è dichiarata tramite la parola parameter come segue: tipo, parameter :: nome = valore Una costante deve essere inizializzata

11 Implicit Abbiamo accennato all uso di implicit none In Fortran è possibile usare variabili anche senza dichiararle, ma questo comporta una maggiore possibilità d errore: è molto facile infatti sbagliare i nomi di funzioni e variabili Non solo, ma il tipo della variabile dipende dal nome Se il nome comincia con una lettera compresa tra I ed N è integer Se il nome comincia con una lettera non compresa tra I ed N è real È fortemente consigliato disabilitare le variabili implicite

12 Operatori Per assegnare un valore ad una variabile si utilizza il segno di eguaglianza Gli operatori di comparazione in F90 sono, ad esempio, <, <=, >, >=, == Gli operatori logici sono.eq.,.ne.,.gt.,.lt.,.ge.,.le.,.and.,.or.,.not.,.eqv.,.neqv. (gli ultimi due sono applicabili solo ai boolean) Esempio: ((anno.eq. 1).and. (matricola.gt. 5000))

13 Lettura e Stampa La lettura e la scrittura a console avviene tramite le direttive read e write La sintassi è la seguente: read (*,*) nomevariabile, nomevariabile,... write (*,*) Testo, nomevariabile,... L output a console differisce dall output che ci si può aspettare Attenzione: in Fortran si utilizzano gli apici singoli per stampare del testo

14 Esempio in Fortran program doppio implicit none real :: num write (*,*) 'Inserire un numero reale:' read (*,*) num write (*,*) 'Il doppio di ', num, ' = ', (num * 2.0) end program doppio Inserire un numero reale: 43 Il doppio di =

15 Lettura e Stampa La sintassi Fortran per leggere (o scrivere) a console è read (*,*) oppure write (*,*) Tra parentesi tonde vi sono due parametri che modificano l output o l input: Il primo parametro indica quale device utilizzare (e.g., console, file) Il secondo parametro indica il formato dell input (od output) write (*, '(A, E8.3)') 'Stampo 0.025: ', write (*, '(A, E18.3)') 'Stampo 0.025: ', Stampo 0.025:.250E-01 Stampo 0.025: 0.250E-01 Notazione Esponenziale: 8 caratteri, di cui 3 per la mantissa

16 Uso dei File Per aprire e chiudere file si devono utilizzare le direttive open e close La sintassi parziale è la seguente, ed utilizza identificatori numerici: open (unit = N, file = nomefile.txt ) close (N) A differenza del C++, in Fortran è necessario chiudere i file prima di uscire da un programma. open(unit = 9, file = 'miofile.txt') write (9, *) 'Scrivo su file il numero 0.025: ', close(9)