第1章fortran概述

1、第1章 Fortran概述,作為一門誕生于上個世紀50年代后半期的高級計算機語言，Fortran在這個C/C++、Java等新興語言大行其道的時代仍然活躍在人們的視野之中。Fortran語言的長項在于數值計算，在科學研究和工程設計領域有著廣泛的用途。在描述數學語言的自然性方面，Fortran同現存的其他高級語言相比有著明顯的優(yōu)勢。對于科研工作者和工程技術人員而言，Fortran語言的易學性和易用性是公認的。,1.1 Fortran起

2、源,Fortran是英語中“公式（Formula）”和“翻譯（Translation）”兩個單詞取前幾個字母的縮寫形式，意即“公式翻譯”。Fortran主要面向科學研究、工程設計或企事業(yè)管理中經常遇到的能夠用數學公式表達的數值計算問題。因為可以像抄寫教科書里的公式一樣書寫數學表達式，它比用英文書寫的自然語言更接近數學語言。這使得Fortran在科研工作者和工程技術人員中擁有龐大的使用人群。Fortran語言是第一個被正式推廣的高級計算機

3、語言。在四十多年的發(fā)展歷程中，它始終是數值計算領域所使用的主要語言。本小節(jié)主要介紹Fortran的起源。第一代Fortran語言是在1954年提出來的，稱為Fortran I。它于1957年在IBM 704計算機上得以實現。其開發(fā)者巴科斯的目標是開發(fā)一種容易理解、簡單易學又幾乎能像匯編語言一樣高效運行的計算機語言，他和他的團隊在這一點上取得了極大的成功。但是這一計劃在最初階段并不被人們看好，這其中包括巴克斯的上司馮·諾依曼。

4、,1.2 Windows下Fortran編譯器使用,由于Windows操作系統(tǒng)有著龐大的用戶群體，因此Windows系統(tǒng)下的編譯器開發(fā)非常活躍。目前市場上常見的Fortran編譯器包括Visual Fortran系列、Salford的FTN系列、G95/gFortran的Windows版本、Absoft公司的Absoft Fortran，Macrovision公司的PGI Visual Fortran等。這其中，影響較大、功能較全、性

5、能較好、應用最廣泛的Fortran編譯器提供了集成開發(fā)環(huán)境的Visual Fortran系列。Visual Fortran系列編譯器起源于微軟公司開發(fā)的Fortran Power Station 4.0編譯系統(tǒng)。該系統(tǒng)結合了當時微軟最新開發(fā)的Develop Studio集成開發(fā)環(huán)境（IDE），使得Fortran程序的開發(fā)方式跟上了時代的潮流。但是該編譯系統(tǒng)在實際使用中出現的問題較多，例如沒有嚴格的數組越界檢查功能等。這套工具隨后被賣給

6、了數字設備（DEC）公司繼續(xù)開發(fā)，隨后產生了一個曾經非常流行的Fortran編譯器系統(tǒng)。,1.2.1 安裝Compaq Visual Fortran,Compaq Visual Fortran的安裝過程比較簡單。用戶將安裝光盤放入CD-ROM后，計算機會自動運行光盤中的安裝程序。,,,【Select Folder】對話框,安裝歡迎界面,1.2.2 創(chuàng)建第一個Fortran工程,Compaq Visual Fortran的圖形用戶界面

7、直接使用了微軟公司的Develop Studio 6.0集成開發(fā)環(huán)境，極大地方便了程序的編寫、調試和修改。在圖形界面下，編寫、調試一個Fortran程序首先需要創(chuàng)建一個Developer Studio工程。,1.2.3 在Fortran工程中添加源代碼,完成工程的基本設置之后，就可以向Fortran工程添加用戶編寫的源代碼了。向Fortran工程中添加源代碼可以參照下面的步驟來進行操作。,1.2.4 在Fortran工程中新建源文件

8、,除了添加已有的源代碼來對工程進行填充外，還可以在工程中創(chuàng)建新的源代碼文件。在工程中創(chuàng)建新的源代碼文件有兩種方式可供選擇。下面的圖示演示了第一種操作方法。,1.2.5 在Compaq Visual Fortran中編譯源文件,在Compaq Visual Fortran中有兩種編譯模式可供選擇：一種是Debug模式（編譯出來的程序姑且稱作調試版本）；另一種是Release模式（編譯出來的程序姑且稱作發(fā)行版本）。同一個源代碼經過這兩種編

9、譯模式編譯出來的程序在執(zhí)行效率和文件大小上都有很大區(qū)別：編譯程序在Debug模式下會向生成的可執(zhí)行文件寫入很多調試信息和控制語句，因此編譯出來的可執(zhí)行文件“個頭大”、“跑得慢”。在Release模式下，編譯程序只會將源代碼中的有效語句編譯成可執(zhí)行文件，因此編譯出來的可執(zhí)行文件“個頭小”、“跑得快”。,1.3 Linux下常見Fortran編譯器,作為開源的操作系統(tǒng)，Linux因其較好的安全特性也擁有較多的使用人群，特別是一些資質較

10、深的計算機愛好者。在Linux系統(tǒng)下，常見的Fortran編譯器包括GNU的Fortran 77編譯器G77、GNU的Fortran 95編譯器gFortran和G95、Intel公司開發(fā)的Intel Fortran Compiler等。這里主要介紹gFortran和G95的基本用法。在Linux系統(tǒng)下安裝Fortran編譯器需要在控制臺窗口中進行。以G95編譯器的安裝為例，首先打開一個控制臺窗口，并進入到想要安裝G95編譯器的文件夾

11、中。接下來運行如下命令即可：wget -O - http://ftp.g95.org/g95-x86-linux.tgz | tar xvfz -ln -s $PWD/g95-install/bin/i686-pc-linux-gnu-g95 /usr/bin/g95,1.4 常見編譯器性能比較,各個編譯器由于實現的方式有所區(qū)別，因此實際編譯出的執(zhí)行程序也有區(qū)別。這種區(qū)別主要體現在可執(zhí)行程序的大小、程序的運行速度、編譯所花費的時間

12、等方面。本節(jié)主要給出Windows操作系統(tǒng)下，一些常見編譯器的性能比較。程序員可以以此為參考，在軟件開發(fā)時選擇合適的編譯器版本。,編譯器名稱和版本號,1.5 常用編輯器,通常，編譯器廠商為了用戶更方便使用，會隨同編譯器為用戶提供簡單的編輯器來書寫源代碼。例如，Compaq Visual Fortran借用了微軟的Develop Studio 6.0集成開發(fā)環(huán)境。Intel Visual Fortran雖然沒有集成可視化開發(fā)環(huán)境，但它可

13、以嵌入到Develop Studio .NET集成開發(fā)環(huán)境中。不過對于某些用戶而言，他們更習慣使用獨立的編輯器來進行源代碼的編輯，而在命令行模式下對源代碼進行編譯調試。獨立的源代碼編輯器大多也能用于普通文本的編輯。很多程序設計語言的源代碼文件同普通文本文件的差別僅僅是文件的擴展名不同而已。本文主要介艸Ｓ玫囊恍Fortran源代碼編輯器和基本的使用方法。,1.5.1 UltraEdit,UltraEdit軟件是IDM Computer

14、Solutions公司開發(fā)的一款性能優(yōu)秀、功能強大的文本編輯器，能夠用于編寫多種進制格式的文本文件和各種程序設計語言的源代碼（如C、C++、JAVA、HTML等）。該編輯器配合自定義的語言配置文件，可以實現指定程序設計語言的語法高亮、代碼折疊、自動縮進和補位、代碼自動補全、列操作模式等功能。本小節(jié)主要介紹UltraEdit文本編輯器的基本用法。在講解UltraEdit的用法前，建議首先用保存在本書配套光盤/Tools/IDM文件夾中的

15、wordfile.txt文本文件替換掉UltraEdit安裝目錄中的對應文件。光盤中的wordfile.txt文本文件已經由作者添加了Fortran語言的語法定義模塊，收集了盡可能全的Fortran語句、內部函數、運算符、關鍵字等信息，添加了代碼折疊、縮進和補位的定義，能夠實現語法關鍵字的高亮顯示、源代碼折疊、自動縮進和補位等功能。在完成了語法配置文件的替換之后，就可以按照下圖所示的步驟學習應用UltraEdit軟件進行Fortran源

16、代碼編輯的過程。,1.5.2 ZionEdit,ZionEdit是一款定位于Windows平臺下的開源源代碼編輯器。軟件作者的開發(fā)目標就是打造一個方便易用的源代碼編輯環(huán)境。ZionEdit的體積小巧、功能完善、界面友好，是不可多得的開源源代碼編輯器。目前該軟件的最新版本為1.0.35版。這款編輯器同樣支持多種程序設計語言，能夠定制語法高亮方案。特別是列編輯模式，能夠方便的實現大段代碼的整體注釋。讀者可以在軟件作者的主頁http://

17、www.zionedit.org中獲取相關的軟件。,1.5.2 gEdit,gEdit是Linux系統(tǒng)下常用的一款文本編輯器。該編輯器體積不大、功能較為完善，能夠支持語法自動高亮和自動保存。最主要的是該軟件的使用較為簡單，很容易上手。對于一些對功能要求不多、對操作的簡易性較高的用戶而言，是替代那些功能完善、操作復雜的專業(yè)軟件，如Emacs、Vim等的不二之選。需要注意的是，gEdit只能運行在Linux的圖形用戶界面下，在字符模式下則

18、不能正常運行。如果想在字符模式下進行Fortran源代碼的編輯，建議學習Emacs、Vim等不需要圖形環(huán)境的文本編輯器。,1.6 第一個Fortran程序——Hello! Fortran 90/95,1.2節(jié)和1.5節(jié)分別介紹了幾種常用的Fortran編譯器和源代碼編輯器。在對軟件的介紹過程中，我們已經開始了與Fortran源代碼的初步接觸。在光盤\Program\chap01\文件夾中也提供了一段最簡單的源代碼。本節(jié)就主要通過對一個

19、基本程序的介紹來使大家對Fortran程序有一個初步的認識。對于了解C/C++語言的程序員肯定都非常熟悉一個著名的C/C++入門程序，即Hello! World。該程序通過最簡單的幾句代碼使初學者對C/C++程序的結構有了一個基本的了解。本節(jié)將借鑒這一做法，對Fortran程序的基本結構進行講解。用UltraEdit、ZionEdit、gEdit或是Compaq Visual Fortran編輯窗，輸入如下代碼段。PROGRAM