Fortran: Druckversion
Einleitung
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Fortran ist eine Programmiersprache, die insbesondere für numerische Berechnungen eingesetzt wird. Der Name entstand aus FORmula TRANslation und wurde bis zur Version FORTRAN 77 mit Großbuchstaben geschrieben.
Geschichte
[Bearbeiten]Fortran gilt als die erste jemals tatsächlich realisierte höhere Programmiersprache. Sie geht zurück auf einen Vorschlag, den John W. Backus, Programmierer bei IBM, 1953 seinen Vorgesetzten unterbreitete.
Dem Entwurf der Sprache folgte die Entwicklung eines Compilers durch ein IBM-Team unter Leitung von John W. Backus. Das Projekt begann 1954 und war ursprünglich auf sechs Monate ausgelegt. Tatsächlich konnte Harlan Herrick, der Erfinder der später heftig kritisierten Goto-Anweisung, am 20. September 1954 das erste Fortran-Programm ausführen. Doch erst 1957 wurde der Compiler für marktreif befunden und mit jedem IBM 704-System ausgeliefert. Backus hatte darauf bestanden, den Compiler von Anfang an mit der Fähigkeit zu Optimierungen auszustatten: er sah voraus, dass sich Fortran nur dann durchsetzen würde, wenn ähnliche Ausführungsgeschwindigkeiten wie mit bisherigen Assembler-Programmen erzielt würden.
Versionen
[Bearbeiten]Fortran wurde mehrmals erweitert. Viele neue Sprachelemente wurden zunächst von einem einzelnen Hersteller eingeführt und später in den internationalen Standard übernommen. Als Versionen folgten aufeinander FORTRAN I, FORTRAN II, FORTRAN IV, FORTRAN 66, FORTRAN 77, Fortran 90, Fortran 95, Fortran 2003, Fortran 2008, Fortran 2018, Fortran 2023. Ab FORTRAN 66 ist Fortran von einer internationalen Organisation standardisiert. Die Fortschreibung der Standards ist ein komplizierter Prozess, der oft wesentlich länger dauert als zunächst angestrebt: Der Nachfolger des 1978 erschienenen Standards FORTRAN 77, der als Fortran 8x bezeichnet wurde, war ursprünglich für das Jahr 1982 geplant, später dann für das Jahr 1985, und wurde schließlich unter der Bezeichnung Fortran 90 erst am 11. April 1991 als neuer Standard und Nachfolger von FORTRAN 77 angenommen.[1]
Im Laufe dieser Erweiterungen wurden zahlreiche Sprachelemente aus neueren Programmiersprachen übernommen. Beruhte früher Fortran-Stil noch ganz auf Goto-Anweisungen, kann man seit FORTRAN 77 uneingeschränkt strukturiert programmieren. Mit Fortran 90 wurde das aus der Lochkartenzeit stammende Zeilenformat freigegeben. Ab Fortran 90 wurden interessante Elemente eingeführt, die auch z.B. in Ada vorhanden sind, beispielsweise optionale Parameter und die Möglichkeit, Prozedurparameter nicht nur über die Position in der Parameterliste zu identifizieren, sondern über ihren Namen.
Varianten
[Bearbeiten]Einige von Fortran abgeleitete Programmiersprachen bzw. Dialekte von Fortran sind beispielsweise Ratfor, F und HPF (High Performance Fortran). Auf Fortran aufgesetzt ist das Finite-Elemente-Programmpaket Nastran.
Eigenschaften
[Bearbeiten]Fortran war und ist für numerische Berechnungen vorgesehen und optimiert. Von Anfang an hatte Fortran den Potenz-Operator **. Dieser ist in vielen anderen Hochsprachen nicht vorhanden. Weiters kennt Fortran einen Datentyp für komplexe Zahlen. Mit Fortran 90 wurden Vektor- und Matrix-Operationen standardisiert. Insbesondere für wissenschaftliche und numerische Berechnungen gibt es in FORTRAN umfangreiche Bibliotheken, die immer noch weit verbreitet sind, auch wenn eine zunehmende Menge an Routinen inzwischen nach C und C++ portiert wurde.
Compiler
[Bearbeiten]Kommerzielle Software
[Bearbeiten]F95-Compiler gibt es für praktisch alle Computer, von Arbeitsplatzrechnern bis zu Supercomputern. Hersteller hierfür sind entweder die Computerhersteller wie z.B. IBM, HP, Intel oder aber spezialisierte Softwarehersteller wie z.B. Absoft, PGI, NAG, Lahey, Silverfrost/Salford. Reine F77-Compiler werden heute zumeist nicht mehr hergestellt, da Fortran 77 fast vollständig im Sprachstandard Fortran 95 enthalten ist.
Manche der oben genannten Compiler sind für Privatanwender bzw. nichtkommerzielle Nutzung kostenlos.
Freie Software
[Bearbeiten]Seit Version 4.0 der GNU Compiler Collection (GCC), die praktisch für alle Plattformen vorhanden ist, enthält diese ein Fortran 95-Frontend (gfortran). Die Version 8.0 unterstützt Fortran 2003 nahezu vollständig und Fortran 2008 zum großen Teil.
Übersetzer
[Bearbeiten]Es gibt Programme, wie z.B. f2c, zur automatischen Übersetzung von Fortran in (allerdings kaum lesbares) C.
Referenzen
[Bearbeiten]- ↑ Vorwort von Michael Metcalf in: W. H. Press, S. A. Teukolsky, W. T. Vetterling, B. P. Flannery: Numerical Recipes in Fortran 90. Cambridge University Press, 1999, ISBN 0-521-57439-0.
Was ist ein Compiler?
[Bearbeiten]Ein Compiler (auch Kompilierer oder Übersetzer) ist ein Computerprogramm, das ein in einer Quellsprache geschriebenes Programm - genannt Quellprogramm - in ein semantisch äquivalentes Programm einer Zielsprache (Zielprogramm) umwandelt. Üblicherweise handelt es sich dabei um die Übersetzung eines von einem Programmierer in einer Programmiersprache geschriebenen Quelltextes in Assemblersprache, Bytecode oder Maschinensprache. Das Übersetzen eines Quellprogramms in ein Zielprogramm durch einen Compiler wird als Kompilierung oder auch als Übersetzung bezeichnet.
Die Bezeichnung Compiler (engl. to compile: zusammenstellen) ist eigentlich irreführend. Ursprünglich bezeichnete das Wort Compiler Programme, die Unterprogramme zusammenfügen (etwa mit heutigen Linkern vergleichbar). Dies geht an der heutigen Kernaufgabe eines Compilers vorbei.
Verwandt mit einem Compiler ist ein Interpreter, der ein Programm nicht in die Zielsprache übersetzt, sondern Schritt für Schritt direkt ausführt.
Aufbau eines Compilers
[Bearbeiten]Compiler werden in verschiedene Phasen gegliedert, die jeweils verschiedene Teilaufgaben des Compilers übernehmen. Sie werden sequentiell ausgeführt. Im Wesentlichen lassen sich zwei Phasen unterscheiden: das Frontend (auch Analysephase), das den Quelltext analysiert und daraus einen attributierten Syntaxbaum erzeugt, sowie das Backend (auch Synthesephase), das daraus das Zielprogramm erzeugt.
Frontend (auch „Analysephase“)
[Bearbeiten]Im Frontend wird der Code analysiert, strukturiert und auf Fehler geprüft. Es ist auch selbst wieder in Phasen gegliedert:
Lexikalische Analyse
[Bearbeiten]Die lexikalische Analyse zerteilt den eingelesenen Quelltext in zusammengehörende Token verschiedener Klassen, z. B. Schlüsselwörter, Bezeichner, Zahlen und Operatoren. Dieser Teil des Compilers heißt Scanner oder Lexer.
Ein Scanner benutzt gelegentlich einen separaten Screener, um Whitespace (also Leerzeichen, Tabulatorzeichen, Zeilenenden) und Kommentare zu überspringen.
Syntaktische Analyse
[Bearbeiten]Die syntaktische Analyse überprüft, ob der eingelesene Quellcode ein korrektes Programm der zu übersetzenden Quellsprache ist, d. h. der Syntax (Grammatik) der Quellsprache entspricht. Dabei wird die Eingabe in einen Syntaxbaum umgewandelt. Dieser Teil wird auch als Parser bezeichnet.
Semantische Analyse
[Bearbeiten]Die semantische Analyse überprüft die statische Semantik, also über die syntaktische Analyse hinausgehende Bedingungen an das Programm. Zum Beispiel muss eine Variable in der Regel deklariert worden sein, bevor sie verwendet wird, und Zuweisungen müssen mit kompatiblen (verträglichen) Datentypen erfolgen. Dies kann mit Hilfe von Attributgrammatiken realisiert werden. Dabei werden die Knoten des vom Parser generierten Syntaxbaums mit Attributen versehen, die Informationen enthalten. So kann zum Beispiel eine Liste aller deklarierten Variablen erstellt werden. Die Ausgabe der semantischen Analyse nennt man dann dekorierter oder attributierter Syntaxbaum.
Backend (auch „Synthesephase“)
[Bearbeiten]Das Backend erzeugt aus dem vom Frontend erstellten attributierten Syntaxbaum den Programmcode der Zielsprache.
Zwischencodeerzeugung
[Bearbeiten]Viele moderne Compiler erzeugen aus dem Syntaxbaum einen Zwischencode, der schon relativ maschinennah sein kann und führen auf diesem Zwischencode z. B. Programmoptimierungen durch. Das bietet sich besonders bei Compilern an, die mehrere Quellsprachen oder verschiedene Zielplattformen unterstützen. Hier kann der Zwischencode auch ein Austauschformat sein.
Programmoptimierung
[Bearbeiten]Der Zwischencode ist Basis vieler Programmoptimierungen.
Codegenerierung
[Bearbeiten]Bei der Codegenerierung wird der Programmcode der Zielsprache entweder direkt aus dem Syntaxbaum oder aus dem Zwischencode erzeugt. Falls die Zielsprache eine Maschinensprache ist, kann das Ergebnis direkt ein ausführbares Programm sein oder eine so genannte Objektdatei, die durch das Linken mit der Laufzeitbibliothek und evtl. weiteren Objektdateien zu einer Bibliothek oder einem ausführbaren Programm führt.
Geschichte
[Bearbeiten]Die Geschichte des Compilerbaus wurde von den jeweils aktuellen Programmiersprachen und Hardwarearchitekturen geprägt. Der erste Compiler (A-0) wurde 1952 von der Mathematikerin Grace Hopper entwickelt. Weitere frühe Meilensteine sind 1954 der erste FORTRAN-Compiler und 1960 der erste COBOL-Compiler. Viele Architekturmerkmale heutiger Compiler wurden aber erst in den 1960er Jahren entwickelt.
Gfortran
[Bearbeiten]Was ist gfortran?
[Bearbeiten]gfortran (oder GNU Fortran) ist ein Fortran-Compiler-Frontend für die GNU Compiler Collection (GCC).
Installation
[Bearbeiten]Vorcompilierte Pakete und Anleitungen zur Installation von gfortran finden sich gegliedert nach Betriebssystem und Prozessortyp auf: [1]
Starten des gfortran-Compilers
[Bearbeiten]MS Windows
[Bearbeiten]Nach erfolgter Installation befindet sich das gfortran-Softwarepaket beispielsweise im Verzeichnis C:\Programme\gfortran
. Zwecks Funktionstest wird die Eingabeaufforderung von MS Windows gestartet und der gfortran-Compiler aufgerufen:
Das Fortran-Programm für einen ersten konkreten Compilertest könnte so aussehen
program test write (*,*) 'Hallo Welt!' end program test
Dieses Quellprogramm werde via Texteditor für dieses Beispiel unter dem Dateinamen test.f90
im Verzeichnis c:\tmp
gespeichert. Nun wird das Programm compiliert und gebunden
und liegt dann unter dem Programmnamen a.exe
als ausführbares Programm vor. Die Startanweisung für das Programm a.exe
inklusive unmittelbar danach folgender Programmausgabe sieht so aus.
Alternativ kann a.exe
natürlich auch konventionell mittels Windows-Explorer gestartet werden. In diesem speziellen Fall wäre aber bis auf ein kurzes Aufblinken des Eingabeaufforderungs-Fensters nicht viel zu sehen, da das Programm nach der Textausgabe beendet wird.
Linux
[Bearbeiten]Für die Linux-Variante des gfortran-Compilers gilt prinzipiell dieselbe Vorgehensweise wie für die Windows-Variante.
Compilieren des Beispielprogrammes:
Starten des ausführbaren Programms a.out
und Anzeige der Programmausgabe:
Durch entsprechende Nutzung des Linux-PATH
-Mechanismus (z.B. symbolischer Link in ein PATH-Verzeichnis oder Aufnahme des ./gfortran/bin/
-Verzeichnisses in den PATH
) kann die Angabe des gesamten Compilerpfades bei jedem gfortran
-Compileraufruf entfallen.
Dateiendungen für Quelldateien
[Bearbeiten]Mit gfortran lassen sich Programme verschiedener Fortran-Sprachstandardversionen kompilieren. Der Fortran-Typ wird üblicherweise durch die Dateiendung der Quelldatei festgelegt.
Dateiendung | Fortran-Version |
---|---|
.f | FORTRAN 77 (fixes Zeilenformat) |
.f90 | Fortran 90 (freies Zeilenformat) |
.f95 | Fortran 95 (freies Zeilenformat) |
.f03 | Fortran 2003 (freies Zeilenformat) |
.F | FORTRAN 77 (fixes Zeilenformat) mit Preprocessing durch cpp |
.F90 | Fortran 90 (freies Zeilenformat) mit Preprocessing durch cpp |
.F95 | Fortran 95 (freies Zeilenformat) mit Preprocessing durch cpp |
.F03 | Fortran 2003 (freies Zeilenformat) mit Preprocessing durch cpp |
Anwendung
[Bearbeiten]In der Anwendung gleicht gfortran anderen GCC-Frontends (z. B. gcc, g++ oder g77).
- Übersetzung einer Quelldatei in die ausführbare Datei a.out (bzw. a.exe auf MS Windows-Systemen):
gfortran bsp.f90
- Übersetzung einer Quelldatei in eine Objektdatei bsp.o:
gfortran -c bsp.f90
- Übersetzung einer Quelldatei in die ausführbare Datei bsp:
gfortran -o bsp bsp.f90
- Statisches Linken:
gfortran -static -o bsp bsp.f90
- Mehrere Quelldateien kompilieren und zu einer ausführbaren Datei linken:
gfortran -c bsp1.f90
gfortran -c bsp2.f90
gfortran -o bsp bsp1.o bsp2.o
- Mehrere Quelldateien in einer Anweisung kompilieren und zu einer ausführbaren Datei linken:
gfortran -o bsp bsp1.f90 bsp2.f90
Prüfung des Quellcodes auf Standardkonformität
[Bearbeiten]Zur Sicherstellung einer strikten Standardkonformität kann die Option std mit folgenden Parametern verwendet werden:
Parameter | Kommentar |
---|---|
f95 | Fortran 95 |
f2003 | Fortran 2003 (noch nicht vollständig implementiert [Stand: Dez. 2005]) |
gnu | Fortran mit GNU-Erweiterungen |
legacy |
- Beispiele:
gfortran -std=f95 bsp.f
gfortran -std=f95 -W -Wall -pedantic bsp.f
Historisches
[Bearbeiten]Mit g95 [2] stand dem Fortran-Programmierer ein weiterer freier (im Sinne von Freier Software) Kommandozeilen-Compiler zur Verfügung, der für eine Vielzahl von Plattformen erhältlich war. g95 und gfortran basierten auf dem selben Programmcode. Im Jahr 2003 gabelten sich die Entwicklungszweige. gfortran ist nun Teil der GCC. Die Entwicklung von g95 wurde vom ursprünglichen Programmautor Andrew Vaught unabhängig davon weitergeführt. Laut [3] wird g95 seit dem Jahr 2013 nicht mehr weiterentwickelt.
gfortran-Weblinks
[Bearbeiten]Fortran: Ifort
[Bearbeiten]Allgemeines
[Bearbeiten]Der Intel Fortran Compiler for Linux ist ein Fortran-Compiler, der für nicht-kommerzielle Zwecke auch in einer kostenfreien Variante verfügbar ist. Beeindruckend ist auch die diesem Softwarepaket beigegebene ausführliche Dokumentation, vor allem die knapp 900-seitige "Intel Fortran Language Reference". Im Intel Fortran Compiler sind neben den üblichen Fortran-Standardfunktionen auch eine Unmenge eigener Subroutinen und Funktionen implementiert.
Installation
[Bearbeiten]- Eine Downloadadresse und der Lizenzschlüssel für den Intel Fortran Compilers for Linux werden nach einer Registrierungsprozedur auf der Intel-Website per E-Mail übermittelt.
- Download der Compiler-Software.
- Entpacken der gepackten Datei (gunzip, tar).
- Die eigentliche Installation des Intel Fortran Compilers erfolgt mittels install-Skript.
Dateiendungen für Quelldateien
[Bearbeiten]Mit dem Intel Fortran Compiler lassen sich Programme verschiedener Fortran-Sprachstandardversionen kompilieren. Der Fortran-Typ wird üblicherweise durch die Dateiendung der Quelldatei festgelegt.
Dateiendung | Fortran-Version |
---|---|
.f, .for, .fnt, .i | FORTRAN 77 (fixes Zeilenformat) |
.f90, .i90 | Fortran 90/95 (freies Zeilenformat) |
.F, .FOR, .FTN, .FPP, .fpp | FORTRAN 77 (fixes Zeilenformat) mit Preprocessing |
.F90 | Fortran 90/95 (freies Zeilenformat) mit Preprocessing |
Anwendung
[Bearbeiten]In der Anwendung gleicht der Intel Fortran Compiler dem GNU Fortran Compiler. Die offensichtlichsten Unterschiede sind:
- Die Intel Fortran Compiler-Software wird mittels ifort gestartet
- Die Intel Fortran Compiler-Software kennt die Dateiendungen .f95 und .F95 nicht
- Die Intel Fortran Compiler-Software enthält einen eigenen Kommandozeilendebugger idb.
- idb bietet auch ein GUI .
- Die Benutzung von anderen Debuggern wie gdb ist auch möglich.
- Übersetzung einer Quelldatei in die ausführbare Datei a.out:
- ifort bsp.f90
- Übersetzung einer Quelldatei in eine Objektdatei bsp.o:
- ifort -c bsp.f90
- Übersetzung einer Quelldatei in die ausführbare Datei bsp:
- ifort -o bsp bsp.f90
- Mehrere Quelldateien kompilieren und zu einer ausführbaren Datei linken:
- ifort -c bsp1.f90
- ifort -c bsp2.f90
- ifort -o bsp bsp1.o bsp2.o
- Mehrere Quelldateien in einer Anweisung kompilieren und zu einer ausführbaren Datei linken:
- ifort -o bsp bsp1.f90 bsp2.f90
Weblinks
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Was ist eine Programmiersprache?
[Bearbeiten]In Kurzform: Eine Programmiersprache ist eine Sprache zwecks Abfassung von Computerprogrammen.
Einordnung von Fortran
[Bearbeiten]Generell
[Bearbeiten]- Fortran ist eine höhere Programmiersprache (Higher Level Language, HLL, Programmiersprache der 3. Generation)
- Fortran ist eine prozedurale Programmiersprache (Prozedurale Programmierung)
- Fortran ist eine imperative Programmiersprache (Imperative_Programmierung)
- Fortran ist eine objektorientierte Programmiersprache (ab Fortran 2003, Objektorientierte Programmierung).
- Fortran verwendet das Konzept der starken Typisierung. Fortran kennt explizite und implizite Typisierung (Typisierung (Informatik))
- Fortran ist eine sehr alte Programmiersprache, die aber laufend weiterentwickelt und somit den modernen Trends immer wieder angepasst wurde und wird.
Popularität
[Bearbeiten]Die Popularität einer Programmiersprache einigermaßen fundiert zu bestimmen ist nicht einfach. Dennoch gibt es Institutionen, die das versuchen, sei es über die Anzahl von Einträgen in Suchmaschinen, Zugriffstatistiken für Internetseiten, Nutzerbefragungen oder auch zeitliche Veränderungen bei Buchverkäufen. Hier wird stellvertretend eine dieser Statistiken angeführt:
Lt. TIOBE lag Fortran im Juli 2021 hinsichtlich Popularität mit einem Rating von 1,12% an 14. Stelle von insgesamt 100 gelisteten Programmiersprachen (mit einer stark steigenden Tendenz im letzten Jahr). Das ist zwar weit hinter dem führenden Dreigespann Python, C++ und Java. Dennoch rangierte Fortran in dieser Statistik vor anderen bekannten Programmiersprachen, wie z.B. Ruby, Perl, Lisp oder Haskell. Im Mai 2022 rutschte Fortran auf die 30. Stelle ab und erklomm im Oktober 2024 wieder die 9. Stelle. (TPCI - TIOBE Programming Community Index).
Solche Statistiken sind natürlich mit Vorsicht zu geniessen, aber in Form eines groben Richtwerts "Daumen mal Pi" können sie schon einen ersten Eindruck von Verbreitung und Popularität einer Programmiersprache geben.
Im Bereich der numerische Datenverarbeitung, insbesondere auf Hochleistungsrechnern, ist Fortran gemeinsam mit C/C++ nach wie vor führend.
Ein Überblick über die historische Entwicklung von Fortran
[Bearbeiten]Jahr | Version | Anmerkungen |
---|---|---|
1954 bis 1957 | FORTRAN, FORTRAN I | entwickelt von einem IBM-Team unter Leitung von John W. Backus, war dies die erste wirklich erfolgreiche höhere Programmiersprache |
1957/58 | FORTRAN II | Inline-Assembler, Kommentare, u.a. |
1958 | FORTRAN III | einige kleinere Änderungen, wurde aber nie offiziell freigegeben |
1961/62 | FORTRAN IV | eine verbesserte und erweiterte Version |
1966 | FORTRAN 66 | die erste standardisierte Fortran-Version und gleichzeitig überhaupt die erste standardisierte höhere Programmiersprache |
1978 | FORTRAN 77 | DO-Schleife, IF THEN-ELSE IF-ELSE-END IF, CHARACTER-Datentyp, u.a. |
1991 | Fortran 90 | free form style, Module, Zeiger, Datenverbund, u.v.m. |
1997 | Fortran 95 | kleinere Änderungen |
2003 | Fortran 2003 | OOP, C-Binding, u.a. |
2010 | Fortran 2008 | Co-Arrays, Submodules, diverse neue Funktionen und viele andere kleinere Änderungen |
2018 | Fortran 2018 | viele kleinere Änderungen (z.B. weitergehende Interoperabilität mit C, zusätzliche parallele Features, Konformität mit ISO/IEC/IEEE 60559:2011) |
2023 | Fortran 2023 | viele kleinere Änderungen |
Siehe auch:
- Fortran 2023
- Programmiersprache Fortran 2018 veröffentlicht
- The historical development of Fortran
- A Brief History of FORTRAN/Fortran
- FORTRAN I
Programmaufbau
[Bearbeiten]Beispiel: Hallo Welt
[Bearbeiten]0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM HALLO C C Das typische Hallo Welt-Programm C WRITE (*,*) 'Hallo Welt!' END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Wie Sie an diesem Beispiel ersehen, weist FORTRAN-77-Code eine charakteristische Struktur auf. Etwas seltsam mutet an, dass die Programmanweisungen nicht am Zeilenanfang stehen, sondern mehrere Leerzeichen eingerückt sind. Das ist obligatorisch, ansonsten würde sich das Programm nicht kompilieren lassen. Die Nummerierungen oberhalb und unterhalb der Programmanweisungen (12345678901...) gehören übrigens nicht zum FORTRAN-Code, sondern sollen nur die Spaltenstruktur von FORTRAN-77-Programmen verdeutlichen und die Orientierung etwas erleichtern.
Weiter ist zu erkennen, dass das Beispiel sehr kurz und aussagekräftig ausfällt. Die Anweisung in der ersten Zeile kennzeichnet die Programmeinheit als Hauptprogramm und gibt ihr die Bezeichnung HALLO
. Die nächsten drei Zeilen sind Kommentarzeilen, erkennbar am Buchstaben in der ersten Spalte der Zeile. Dann folgt die Anweisung, einen String auf die Standardausgabe zu schreiben. Und schließlich signalisiert die END
-Anweisung das Programmende.
Das Zeilenformat
[Bearbeiten]Normalerweise gilt, dass jede FORTRAN-Anweisung in einer eigenen Zeile steht. Eine Spezialität von FORTRAN 77 ist die Spaltenorganisation eines Programmes: das fixe Zeilenformat. Es gibt fixe Spalten (Zeichenpositionen) in denen bestimmte Inhalte stehen müssen bzw. dürfen. Diese Art der Codeanordnung rührt von den Anforderungen der Lochkarte her. Bei den damaligen Großrechenanlagen war die Eingabe von Programmen häufig nur in Form von Lochkartenstapeln möglich. FORTRAN 77 nimmt auf diese Beschränkung Rücksicht.
Der generelle Aufbau des fixen Zeilenformates von FORTRAN 77 ist wie folgt:
In der nachstehenden Tabelle wird die Bedeutung der einzelnen Spalten detaillierter dargestellt.
Spalte | Inhalt | Bedeutung |
---|---|---|
1 | C oder * | Kennzeichnet eine Kommentarzeile |
1 bis 5 | Eine Zahl 1 bis 99999 | Anweisungsnummer (Marke) |
6 | Leerzeichen oder 0 (Null) | Beginn einer Anweisung (das ist der Normalfall) |
6 | sonstiges Zeichen | Fortsetzungszeile (standardmäßig sind bis zu 19 Fortsetzungszeilen erlaubt) |
7 bis 72 | FORTRAN-Befehl (Anweisung) | |
73 bis 80 | beliebige Zeichen | Kommentar (ursprünglich für Lochkarten-Sequenznummern) |
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP * Leerzeilen werden übrigens wie Kommentarzeilen behandelt * Eine 0 (Null) an der sechsten Position entspricht einem Leerzeichen, * foerdert aber nicht gerade die Uebersichtlichkeit 0A = 5 B = 7 C = A + * Und jetzt kommt eine Fortsetzungszeile $B WRITE (*,*) C END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Besondere Vorsicht ist bei langen Anweisungen geboten. Alles nach der 72 Zeichenposition wird nicht mehr als Teil der Anweisung aufgefasst. Im günstigsten Fall wirft der Compiler in einem solchen Fall bei der Übersetzung einen Syntaxfehler aus.
Die Programmstruktur für das Hauptprogramm
[Bearbeiten]Ein Hauptprogramm weist immer folgende Struktur auf
PROGRAM
prname
- Vereinbarungsteil
- Aktionsteil
END
prname
ist ein symbolischer Name für das Hauptprogramm und kann mehr oder minder willkürlich festgelegt werden. Das erste Zeichen muss immer ein Buchstabe sein. Im Vereinbarungsteil werden z. B. die Variablen deklariert. Im Aktionsteil wird dann der eigentliche Programmablauf festgelegt. END
kennzeichnet das Programmende. Theoretisch könnte im Hauptprogramm die erste Zeile (PROGRAM prname
) auch komplett entfallen. In älteren Programmcodes wurde das durchaus auch so gehandhabt. Allerdings leidet darunter die Übersichtlichkeit des Programmes. Die END
-Anweisung muss auf jeden Fall angegeben werden.
Der FORTRAN-Zeichenvorrat
[Bearbeiten]FORTRAN-77-Programme bestehen standardmäßig nur aus folgenden Zeichen
- Großbuchstaben: A bis Z
- Ziffern: 0 bis 9
- 13 Sonderzeichen: + - * / = ( ) : , . ' $ und dem Leerzeichen
Viele FORTRAN-77-Compiler akzeptieren auch Kleinbuchstaben. Zeichenkettenliterale können natürlich alle ASCII-Zeichen beinhalten.
Symbolische Namen
[Bearbeiten]Standardmäßig dürfen symbolische Namen maximal sechs Zeichen lang sein. Als erstes Zeichen muss immer ein Buchstabe (A-Z) stehen, der Rest muss alphanumerisch sein (Buchstabe oder Ziffer). „Lustigerweise“ dürfen bei FORTRAN 77 Leerzeichen auch innerhalb eines symbolischen Namens auftreten.
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PR O GRA M BSP * * gfortran, g95, ifort etc. kompilieren diesen Code und * bei der Programmausfuehrung wird auch das richtige * Ergebnis angezeigt. * ALPHA = 5 BETA = 7 GAMm a = A L PH A + B E TA WRI TE (*,*) G A MM A EN D |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Besonders unangenehm kann dieses Verhalten werden, wenn in einer Zählschleife anstelle eines Kommas irrtümlicherweise ein Punkt gesetzt wird, wenn also z. B. anstelle
DO 10 I = 1, 3
fälschlicherweise
DO 10 I = 1. 3
steht. Letzteres entspricht nämlich der Zuweisung der Zahl 1.3
an die Variable DO10I
.
Gleiches gilt, wenn ähnlich wie in den Programmiersprachen C, C++ oder Java versucht wird, einer Variablen gleich in einer Deklarationszeile einen Wert zuzuweisen, z. B.
REAL A = 10.5 WRITE(*,*) A
Hier wird irgendein Wert ausgegeben, aber mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit nicht 10.500000, denn die Wertzuweisung erfolgte an die Variable REALA
und nicht an A
.
Datentypen, Variablen, Wertzuweisungen, Konstanten
[Bearbeiten]Dieses Kapitel handelt von Datentypen, Variablen, Konstanten und der Wertzuweisung.
Datentypen
[Bearbeiten]Arithmetische Datentypen
[Bearbeiten]FORTRAN 77 unterscheidet standardmäßig zwischen vier arithmetischen Datentypen:
Datentyp | Kommentar | Literale (Beispiele) |
---|---|---|
INTEGER |
Ganzzahlen | 15 , -6500 , 200 000 000
|
REAL |
Reelle Zahlen einfacher Genauigkeit | 3.1415 , -5.5 , .7E3 , 12.5E-5
|
DOUBLE PRECISION |
Reelle Zahlen doppelter Genauigkeit | 3.1415D0 , -5.5D0 , .7D3 , 12.5D-5
|
COMPLEX |
Komplexe Zahlen (zwei REAL-Zahlen) | (3.1415, -5.5) , (1.4, 7.1E4)
|
Logischer Datentyp
[Bearbeiten]Datentyp | Kommentar | Literale (alle) |
---|---|---|
LOGICAL |
Logischer Datentyp (wahr oder falsch) | .TRUE. , .FALSE.
|
Manchmal sind in alten FORTRAN-Programmen auch folgende Schreibweisen zu finden, welche jedoch nicht standardkonform sind:
INTEGER*4
,REAL*4
,LOGICAL*4
(Standardgrößen)INTEGER*1
,LOGICAL*1
INTEGER*2
,LOGICAL*2
REAL*8
(entspricht DOUBLE PRECISION)COMPLEX*16
(komplexe Zahlen mit zwei DOUBLE-PRECISION-Elementen)
Die Zahlen geben den Speicherplatzbedarf in Byte an.
Zeichenketten
[Bearbeiten]Datentyp | Kommentar | Beispiel (Konstante) |
---|---|---|
CHARACTER *n |
Zeichenkette (String) mit einer Länge von n Zeichen | 'Hallo, Welt!' |
CHARACTER |
Zeichenkette mit einer Länge von einem Zeichen (entspricht CHARACTER*1 ) |
'A' |
Beachte: Im Gegensatz zu vielen anderen Programmiersprachen werden Zeichenketten in FORTRAN 77 nicht in Anführungszeichen eingeschlossen, sondern in Apostrophe.
Tritt in einem String ein Apostroph auf, so muss dieses verdoppelt werden, z. B.
'Wie geht''s?'
Beispiel:
CHARACTER*5 STR STR = 'Hallo'
Alternative Schreibweise:
CHARACTER STR*5 STR = 'Hallo'
Variablen
[Bearbeiten]Eine Variable ist charakterisiert durch einen
- symbolischen Namen
- Datentyp
- Wert
- Speicherplatz
Beim Programmstart hat eine Variable keinen definierten Wert. Eine Variable kann ihren Datentyp auf zwei Arten erhalten, durch implizite oder explizite Typanweisung.
Implizite Typanweisung
[Bearbeiten]Bei der impliziten Typanweisung bestimmt der Anfangsbuchstabe des Variablenbezeichners den Datentyp.
Anfangsbuchstabe der Variablen | Impliziter Datentyp |
---|---|
I, J, K, L, M oder N | INTEGER |
alle restliche Buchstaben | REAL |
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP B1 = 8.9 C1 = 3. I1 = B1/C1 WRITE (*,*) I1 C Das Ergebnis ist 2, da I1 implizit als INTEGER definiert ist END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Die Standardzuordnung der Anfangsbuchstaben kann durch das Schlüsselwort IMPLICIT
auch geändert werden.
Es gibt noch ein weiteres Problem dieser impliziten Datentypzuordnung. Durch Tippfehler können unbeabsichtigt neue Variablen entstehen. Entschärft werden kann diese Tatsache durch folgende Festlegung im Vereinbarungsteil des Programms:
IMPLICIT LOGICAL (A-Z)
Dadurch werden alle Variablen mit implizit festgelegtem Datentyp automatisch zu Variablen mit logischem Datentyp. In vielen Fällen konnten so Tippfehler bei Variablennamen schnell eingegrenzt werden.
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP IMPLICIT LOGICAL (A-Z) REAL REE REE = 5.8 C Tippfehler: REA anstatt REE WRITE (*,*) REA + 2.1 END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Der Compilierungsversuch mit g77, gfortran und g95 endet mit einer Fehlermeldung. Bei gfortran sieht das so aus
In file test.f:9 WRITE (*,*) REA + 2.1 1 Error: Operands of binary numeric operator '+' at (1) are LOGICAL(4)/REAL(4)
Doch der Intel Fortran Compiler 9.0 zeigt die Grenzen der Sinnhaftigkeit der IMPLICIT
-Anweisung in der dargestellten Art und Weise beim heutigen Einsatz von FORTRAN-77-Code auf. Dieser Compiler akzeptiert den Beispielcode warnhinweislos und liefert bei Programmausführung den Wert 2.1
. Wirklich Abhilfe schafft also erst die IMPLICIT NONE
-Anweisung. Diese legt eindeutig fest, dass ausschließlich die explizite Datentypfestlegung Verwendung finden soll. Allerdings ist IMPLICIT NONE
erst ab Fortran-90/95-Standard. In einigen noch erhältlichen FORTRAN-77-Compilern, wie dem g77, ist diese Anweisung im Vorgriff auf den genannten neueren Standard bereits implementiert.
Explizite Typanweisung
[Bearbeiten]Durch die Vorgabe von
datentyp variablenbezeichner |
im Vereinbarungsteil des Programms wird der Datentyp einer Variablen explizit festgelegt. Die explizite Typanweisung hat gegenüber der impliziten Typanweisung Vorrang.
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP IMPLICIT LOGICAL (A-Z) REAL B REAL C REAL I B = 8.9 C = 3. I = B/C WRITE (*,*) I C Das Ergebnis ist 2.966666 END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Benannte Konstanten
[Bearbeiten]Benannte Konstanten können durch das PARAMETER
-Schlüsselwort festgelegt werden.
CHARACTER*5 STR PARAMETER (PI=3.1415, PIFAK=PI/2., STR='Hallo')
Der zugewiesene Wert kann eine Konstante (Literal) oder eine schon definierte benannte Konstante sein. Der Datentyp muss vorher vereinbart werden oder ist implizit bekannt.
Für Zeichenketten ist im Zusammenwirken mit PARAMETER
auch eine *-Schreibweise möglich. Dies erspart die explizite Angabe der Stringlänge.
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP CHARACTER*(*) A PARAMETER (A = 'Jetzt wird auch die Stringlaenge festgelegt') WRITE (*,*) A C Ausgabe: Jetzt wird auch die Stringlaenge festgelegt END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Wertzuweisung
[Bearbeiten]Wertzuweisungen haben wir schon kennengelernt:
variable = ausdruck |
Beispiel:
K = 1 K = K + 2
Die Wertzuweisung an eine Variable ist, wie am vorigen Beispiel und auch nachfolgend zu ersehen, nicht zu verwechseln mit einer mathematischen Gleichung. Der Ausdruck
K + 2 = 5
wäre zwar mathematisch korrekt. Als Wertzuweisung in einem FORTRAN-Programm ist dies aber keine gültige Formulierung. K + 2
ist kein zulässiger Ausdruck auf der linken Seite des Zuweisungsoperators (L-Wert).
Beachte: In FORTRAN 77 ist auch keine Kette von Wertzuweisungen möglich. Der folgende Ausdruck ist in FORTRAN 77 nicht erlaubt und liefert eine Fehlermeldung.
I = J = K = 1.5 C Fehler!
Felder
[Bearbeiten]Bei allem, was mehr oder weniger wie ein Vektor, eine Matrix oder eine sonstige Aneinanderreihung von gleichartigen Elementen aussieht, kann der Einsatz von Feldern (Arrays) sinnvoll sein.
Eindimensionale Felder
[Bearbeiten]Für die Deklaration von eindimensionalen Feldern gibt es mehrere Möglichkeiten. Die Feldgrenzen müssen konstante Werte sein. Die Varianten werden nun anhand von Beispielen gezeigt.
Variante 1: Einfach
[Bearbeiten]REAL ARR(10)
Beachte: Der Feldindex läuft hier von 1 bis 10 und nicht von 0 bis 9, wie es bei vielen modernen Hochsprachen der Fall ist.
Variante 2: Das DIMENSION
-Schlüsselwort
[Bearbeiten]REAL ARR DIMENSION ARR(10)
Variante 3: Verwendung von benannten Konstanten
[Bearbeiten]INTEGER MAXIND PARAMETER (MAXIND=10) REAL ARR(MAXIND)
Hier erfolgt die Festlegung der Feldgröße über eine benannte Konstante.
Variante 4: Explizite Angabe der Indexgrenzen
[Bearbeiten]REAL ARR(0:9)
Hier wird Unter- und Obergrenze explizit angegeben. Der Index läuft nun von 0 bis 9. Auch negative Werte für die Indizes sind möglich, z. B.
REAL ARR(-4:5)
Beispiel
[Bearbeiten]0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP INTEGER MAXIND PARAMETER (MAXIND=10) REAL ARR(MAXIND) C ACHTUNG! Array startet mit dem Index 1 C ARR(0) waere ein Fehler! ARR(1) = 1.5 ARR(2) = 2.5 ARR(10) = 10.5 WRITE (*,*) ARR(1) C 1.5 wird ausgegeben WRITE (*,*) ARR(10) C 10.5 wird ausgegeben END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Ein
WRITE (*,*) ARR
listet den gesamten Feldinhalt.
1.500000 2.500000 0.000000 3.9876625E-34 0.000000 3.9902670E-34 -2.7682916E-05 -2.7269103E-05 -2.9040850E-05 10.50000
Im Beispielsfall wurden die Feldelemente ARR(3)
bis ARR(9)
nicht explizit vorbelegt. Sie sind deshalb undefinierten Inhalts und können bei jedem Programmaufruf andere Werte annehmen.
Mehrdimensionale Felder
[Bearbeiten]Für mehrdimensionale Felder gelten die gleichen Varianten wie für eindimensionale Felder. Standardmäßig kann ein Feld bis zu sieben Dimensionen besitzen. Die Speicherreihenfolge ist spaltenorientiert. Das bedeutet, der erste Index variiert am schnellsten:
Beispiel: Ein 2-dimensionales Feld
[Bearbeiten]0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP CHARACTER*10 ARR(0:9, 2:5) ARR(0, 2) = 'Hallo' ARR(1, 2) = 'Welt' C ... ARR(9, 5) = 'Universum' WRITE (*,*) ARR(0, 2) C Hallo WRITE (*,*) ARR(9, 5) C Universum END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Beispiel: Spaltenorientierte Speicherreihenfolge
[Bearbeiten]Die 3×3-Matrix soll in ein Fortran-Programm eingelesen und wieder komplett ausgegeben werden. Zusätzlich soll auch der Wert des Feldelementes a23 (2. Zeile, 3.Spalte, Wert = -2) separat ausgegeben werden.
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP INTEGER ARR(3,3) C Feldelemente einlesen WRITE (*,*) 'Werte (spaltenorientierte Eingabe):' READ (*,*) ARR C Komplettes Feld ausgeben WRITE (*,*) 'Gesamtfeld = ' , ARR C a23 ausgeben WRITE (*,*) 'a23 = ', ARR(2,3) END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Ein-/Ausgabe:
Werte (spaltenorientierte Eingabe): 1 40 -1 -5 3 9 0 -2 65 Gesamtfeld = 1 40 -1 -5 3 9 0 -2 65 a23 = -2
Arithmetische Ausdrücke
[Bearbeiten]Arithmetische Operatoren
[Bearbeiten]FORTRAN 77 kennt folgende arithmetische Operatoren
Operator | Kommentar | Mathematische Entsprechung |
---|---|---|
A + B |
Addition | |
A - B |
Subtraktion | |
A * B |
Multiplikation | |
A / B |
Division | |
A ** B |
Exponentiation |
Mit dem Exponentiationsoperator (Potenzierung) war und ist FORTRAN 77 anderen Programmiersprachen einen Schritt voraus. Andererseits kennt FORTRAN 77 den aus vielen anderen Programmiersprachen bekannten Modulo-Operator nicht. Als Überkompensation gibt es für diesen Zweck die MOD()
-Funktion sowohl für Ganzzahlen, wie auch für Fließkommazahlen.
Operatorenpriorität
[Bearbeiten]Die Prioriät der arithmetischen Operatoren entspricht den mathematischen Gesetzmäßigkeiten.
- Klammerung vor allem anderen, z. B.
(A+B)*C
A*C+B*C
- Exponentiation vor Punktrechnung, z. B.
A*B**C
A*(B**C)
- Punktrechnung vor Strichrechnung, z. B.
A+B*C
A+(B*C)
Berechnungsfolge bei gleicher Priorität
[Bearbeiten]- Klammerung, Punktrechnung und Strichrechnung:
Beispiel:A*B/C*D
((A*B)/C)*D
- Exponentiation:
Beispiel:A**B**C
A**(B**C)
Außerdem ist zu beachten, dass niemals zwei Operatoren direkt aufeinander folgen dürfen.
Beispiel: Der Ausdruck 1.5**-1
ist in FORTRAN 77 falsch und führt zu einer Fehlermeldung. Richtig ist 1.5**(-1)
Ergebnisdatentyp
[Bearbeiten]Operanden gleichen Datentyps
[Bearbeiten]Bei Operanden gleichen Datentyps erhält das Ergebnis den Datentyp der Operanden.
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP REAL A A = 3/2 C 3 ist ein INTEGER und 2 ist auch ein INTEGER, C daher muss das Ergebnis auch ein INTEGER sein, also 1. C Die Zuweisung an die REAL-Variable A stellt das C Ergebnis nicht mehr richtig. WRITE (*,*) A C Ausgabe: 1.00000 END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Implizite Typumwandlung bei Operanden gemischten Datentyps
[Bearbeiten]Weisen die Operanden unterschiedliche Datentypen auf, so wird bei jeder Operation, falls nötig, das Ergebnis dem höherwertigen Datentyp angepasst.
INTEGER REAL DOUBLE PRECISION COMPLEX |
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP REAL A A = 3/2. C 2. ist ein REAL. Jetzt stimmt das Ergebnis. WRITE (*,*) A C Ausgabe: 1.500000 END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Explizite Typumwandlung
[Bearbeiten]FORTRAN 77 besitzt auch Funktionen zur expliziten Umwandlung des Datentyps. Diese werden im Kapitel Standardfunktionen näher beschrieben.
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP REAL R COMPLEX C R = 2 C = CMPLX(R) WRITE (*,*) C C Ausgabe: ( 2.000000 , 0.000000 ) END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Logische Ausdrücke
[Bearbeiten]Logische Ausdrücke können zwei Zustände annehmen, wahr oder falsch. Diese werden in FORTRAN 77 durch die Literale .TRUE.
oder .FALSE.
dargestellt.
Logische Operatoren
[Bearbeiten]Folgende Tabelle enthält alle in FORTRAN 77 bekannte logische Operatoren. Sie sind in der Reihenfolge ihrer Prioritäten absteigend geordnet.
Operator | Kommentar | Mathematische Entsprechung |
---|---|---|
.NOT. A |
logisches NICHT | |
A .AND. B |
logisches UND | |
A .OR. B |
logisches ODER | |
A .EQV. B |
logische Äquivalenz (XNOR) | |
A .NEQV. B |
logische Antivalenz (XOR) |
Wahrheitstafel
[Bearbeiten]A | B | .NOT. A | A .AND. B | A .OR. B | A .EQV. B | A .NEQV. B |
---|---|---|---|---|---|---|
.TRUE. | .TRUE. | .FALSE. | .TRUE. | .TRUE. | .TRUE. | .FALSE. |
.TRUE. | .FALSE. | .FALSE. | .FALSE. | .TRUE. | .FALSE. | .TRUE. |
.FALSE. | .TRUE. | .TRUE. | .FALSE. | .TRUE. | .FALSE. | .TRUE. |
.FALSE. | .FALSE. | .TRUE. | .FALSE. | .FALSE. | .TRUE. | .FALSE. |
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP LOGICAL L L = .TRUE. WRITE (*,*) .NOT. L C Ausgabe: F END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP LOGICAL A, B A = .TRUE. B = .FALSE. WRITE (*,*) A .NEQV. B C Ausgabe: T END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Vergleichsausdrücke
[Bearbeiten]
Zum Vergleichen zweier arithmetischer Ausdrücke oder von Strings gibt es in FORTRAN 77 Vergleichsoperatoren. Das Ergebnis eines Vergleichs ist immer logischer Wert (.TRUE.
oder .FALSE.
).
Vergleichsoperatoren für arithmetische Typen
[Bearbeiten]Operator | Kommentar | Mathematische Entsprechung |
---|---|---|
A .LT. B |
less than (kleiner als) | |
A .LE. B |
less equal (kleiner gleich) | |
A .GT. B |
greater than (größer als) | |
A .GE. B |
greater equal (größer gleich) | |
A .EQ. B |
equal (gleich) | |
A .NE. B |
not equal (ungleich) |
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP INTEGER A, B A = 5 B = 6 WRITE (*,*) A .LT. B C Ausgabe: T END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP CHARACTER*5 A, B A = 'Halli' B = 'Hallo' WRITE (*,*) A .LT. B C Ausgabe: T END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Beim Rechnen mit Fließkommazahlen (Datentypen: REAL
, DOUBLE PRECISION
, COMPLEX
) sind die systemimmanenten Rechenungenauigkeiten zu beachten. Aus diesem Grund sollten Fließkommazahlen nicht auf strikte (Un)Gleichheit geprüft werden, sondern Vergleiche sollten einen kleinen Toleranzbereich aufweisen: .
Beispiel (hier mit und :
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
X = LOG(A) C Statt... IF (X .EQ. 2) C besser IF (ABS(X - 2) .LT. .00001) |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Zeichenkettenvergleiche
[Bearbeiten]Das Ergebnis eines Vergleichs von Zeichenketten mittels Vergleichsoperatoren ist teilweise systemabhängig. Ausnahmen sind .EQ.
und .NE.
. Systemunabhängige Resultate sind durch Verwendung der entsprechenden lexikalischen Standardfunktionen erhältlich. Dort wird immer die Reihenfolge im ASCII-Zeichensatz verwendet.
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP IMPLICIT LOGICAL(A-Z) CHARACTER*15 A, B A = 'Hallö' B = 'hallo' WRITE (*,*) 'A gleich B? ', A .EQ. B WRITE (*,*) 'A kleiner als B (Operator)? ', A .LT. B WRITE (*,*) 'A kleiner als B (Funktion)? ', LLT (A, B) C Ausgabe: C A gleich B? F C A kleiner als B (Operator)? T C A kleiner als B (Funktion)? T END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Operatorenpriorität
[Bearbeiten]- Klammerung
- Arithmetische Operatoren
- Vergleichsoperatoren
- Logische Operatoren
- Zuweisungsoperator
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP IMPLICIT LOGICAL(A-Z) REAL A, B, C LOGICAL X, RES A = 5.5 B = -1.2 C = 8.6 X = .FALSE. RES = X .AND. A - B .GT. C .OR. A .LE. C C entspricht infolge Op.priorität: C RES = ((X .AND. ((A-B) .GT. C)) .OR. (A .LE. C)) WRITE (*,*) RES C Ausgabe: T END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Vergleichsoperatoren und logische Operatoren finden in erster Linie bei Verzweigungen und Schleifenbedingungen Verwendung.
Stringoperationen
[Bearbeiten]FORTRAN 77 bietet vergleichsweise komfortable Operatoren zur Behandlung von Zeichenketten.
Verknüpfungsoperator
[Bearbeiten]Operator | Kommentar |
---|---|
A // B |
Operator zum Verknüpfen von Zeichenketten |
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP CHARACTER*4 A, B*10 A='How ' B='do you do.' WRITE (*,*) A // B C Ausgabe: How do you do. END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Teilketten
[Bearbeiten]Ein String ist ein CHARACTER
-Feld. Auch Teilketten einer solchen Zeichenkette können adressiert werden.
Prinzip | Beschreibung |
---|---|
stringname (anfang:ende) | von anfang bis ende |
stringname (:ende) | vom ersten Zeichen bis ende |
stringname (anfang:) | von anfang bis zum letzten Zeichen |
stringname (index:index) | genau ein Zeichen an der Position index |
Dabei muss anfang stets größer oder gleich Eins sein. ende darf nicht größer als die Länge der Zeichenkette sein. index muss sich stets zwischen Eins und der Länge der Zeichenkette befinden.
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP CHARACTER*10 A A='Hallo Welt' WRITE (*,*) A(2:4) C Ausgabe: all WRITE (*,*) A(5:) C Ausgabe: o Welt WRITE (*,*) A(:3) C Ausgabe: Hal END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP CHARACTER*10 A A='Hallo Welt' A(7:) = 'XYZ' WRITE (*,*) A C Ausgabe: Hallo XYZ END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Neben diesen Möglichkeiten sind in FORTRAN 77 auch einige Standardfunktionen für das Hantieren mit Zeichenketten vorgesehen. Diese sind im Kapitel Standardfunktionen beschrieben.
Verzweigungen und Schleifen
[Bearbeiten]GOTO
[Bearbeiten]GOTO
bewirkt einen Sprung zu einer bestimmten Anweisungsnummer.
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP GOTO 100 WRITE (*,*) 'Hallo' 100 WRITE (*,*) 'Welt' C Ausgabe: Welt END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
CONTINUE
[Bearbeiten]CONTINUE
ermöglicht bei Anweisungsnummern eine „leere“ Anweisung.
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP GOTO 100 WRITE (*,*) 'Hallo' 100 CONTINUE C keine Ausgabe END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Bedingtes GOTO
[Bearbeiten]Beim bedingten GOTO
ist in Abhängigkeit von einer Integer-Variablen der Sprung zu einer bestimmten Anweisungsnummer möglich.
Beispiel: Eine „Switch“-Verzweigung
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP INTEGER I I=2 GOTO (100, 200, 300), I 100 WRITE (*,*) 'Hallo 1' GOTO 1000 200 WRITE (*,*) 'Hallo 2' GOTO 1000 300 WRITE (*,*) 'Hallo 3' 1000 CONTINUE C Ausgabe: Hallo 2 END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
IF-Verzweigungen
[Bearbeiten]Der IF-Einzeiler
[Bearbeiten]IF (logischer ausdruck) anweisung |
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP INTEGER I I=2 IF (I .EQ. 2) WRITE (*,*) 'Hallo' C Ausgabe: Hallo END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
IF-THEN
[Bearbeiten]IF (logischer ausdruck) THEN anweisungsblock END IF |
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP INTEGER I I=2 IF (I .EQ. 2) THEN WRITE (*,*) 'Hallo' END IF C Ausgabe: Hallo END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
IF-THEN-ELSE
[Bearbeiten]IF (logischer ausdruck) THEN if-anweisungsblock ELSE else-anweisungsblock END IF |
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP INTEGER I I=333 IF (I .GE. 444) THEN WRITE (*,*) 'Hallo' ELSE WRITE (*,*) 'Hola' END IF C Ausgabe: Hola END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
ELSE-IF
[Bearbeiten]IF (logischer ausdruck 1) THEN if-anweisungsblock 1 ELSE IF (logischerAusdruck 2) THEN if-anweisungsblock 2 ELSE IF (logischerAusdruck n) THEN if-anweisungsblock n ELSE else-anweisungsblock END IF |
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP INTEGER I I = 2 IF (I .EQ. 1) THEN WRITE (*,*) 'I ist eins' ELSE IF (I .EQ. 2) THEN WRITE (*,*) 'I ist zwei' ELSE WRITE (*,*) 'Ich weiß nicht was I ist' END IF C Ausgabe: I ist zwei END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
DO-Schleifen
[Bearbeiten]Die DO
-Schleife (Zählschleife) ist die einzige Schleife die FORTRAN 77 standardmäßig kennt.
DO nr zählvariable = startwert, endwert [, schrittweite] anweisungsblock nr CONTINUE |
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP INTEGER I DO 100 I = 1, 10 WRITE (*,*) I 100 CONTINUE C Zeilenweise Ausgabe der Zahlen 1 bis 10 END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Weitere Schleifen
[Bearbeiten]Da FORTRAN 77 keine weiteren Schleifen kennt, müssen diese mit Hilfe einer IF-Verzweigung und einem GOTO
-Befehl nachgebildet werden. Prominente Beispiele aus anderen Programmiersprachen sind die While-Schleife und die Do-While-Schleife.
While-Schleife (kopfgesteuerte Schleife)
[Bearbeiten]Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP INTEGER I I=0 10 IF(I .LT. 5) THEN WRITE (*,*) I I = I + 1 GOTO 10 END IF C Die Zahlen 0 bis 4 werden ausgegeben END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Do-While-Schleife (fußgesteuerte Schleife)
[Bearbeiten]Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP INTEGER I I=6 10 CONTINUE WRITE (*,*) I I = I + 1 IF (I .LT. 5) GOTO 10 C Die Zahl 6 wird ausgegeben END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Implizite Schleife
[Bearbeiten]Bei Eingabe oder Ausgabe ist die Angabe einer impliziten Schleife möglich.
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP INTEGER I WRITE (*,*) ('Hallo', I = 1, 10) C Ausgabe: HalloHalloHalloHalloHalloHalloHalloHalloHalloHallo END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
STOP
[Bearbeiten]Die STOP
-Anweisung beendet das Programm.
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP WRITE (*,*) 'Vor Stop-Statement' STOP WRITE (*,*) 'Nach Stop-Statement' C Ausgabe: Vor Stop-Statement END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Standardfunktionen
[Bearbeiten]In diesem Kapitel werden für die Funktionsargumente und Rückgabewerte nachfolgende Kürzel verwendet, die Aufschluss über die möglichen Datentypen geben.
Kürzel | Datentypen |
---|---|
i | INTEGER
|
r | REAL
|
d | DOUBLE PRECISION
|
x | COMPLEX
|
c | CHARACTER*n
|
l | LOGICAL
|
Datentypumwandlung
[Bearbeiten]Umwandlung in INTEGER
[Bearbeiten]- i = INT(i)
Abschneiden des Nachkommaanteils:
- i = INT(r)
- i = IFIX(r)
- i = IDINT(d)
- i = INT(x)
ASCII-Wert des Zeichens c:
- i = ICHAR(c)
Umwandlung in REAL
[Bearbeiten]- r = REAL(i)
- r = FLOAT(i)
- r = REAL(r)
- r = SNGL(d)
- r = REAL(x)
Umwandlung in DOUBLE
[Bearbeiten]- d = DBLE(i)
- d = DBLE(r)
- d = DBLE(d)
- d = DBLE(x)
Umwandlung in COMPLEX
[Bearbeiten]- x = CMPLX(i)
- x = CMPLX(r)
- x = CMPLX(d)
- x = CMPLX(x)
Umwandlung in CHARACTER
[Bearbeiten]Gibt das Zeichen zum ASCII-Wert i zurück.
- c = CHAR(i)
Mathematische Funktionen
[Bearbeiten]Abschneiden des Nachkommaanteils
[Bearbeiten]Ist das Argument größer Null, wird die nächstkleinere ganze Zahl zurückgegeben. Ist das Argument kleiner Null, wird die nächstgrößere ganze Zahl zurückgegeben.
- r = AINT(r)
- d = DINT(d)
Runden
[Bearbeiten]Ist das Argument größer oder gleich Null, ist der Rückgabewert INT(X+0.5)
. Ist das Argument kleiner Null, ist der Rückgabewert INT(X-0.5)
- r = ANINT(r)
- d = DNINT(d)
- i = NINT(r)
- i = IDNINT(d)
Absolutwert
[Bearbeiten]- i = IABS(i)
- r = ABS(r)
- d = DABS(d)
- r = CABS(x)
Double Precision-Produkt
[Bearbeiten]Rückgabewert ist r1 × r2 mit Datentyp DOUBLE PRECISION
- d = DPROD(r1, r2)
Modulo
[Bearbeiten]Rückgabewert ist zahl1 - INT(zahl1 /zahl2)*zahl2
- i = MOD(i1, i2)
- r = AMOD(r1, r2)
- d = DMOD(d1, d2)
Vorzeichentransfer
[Bearbeiten]Wenn die zahl2 >= 0
ist, dann wird |zahl1|
zurückgegeben.
Wenn die zahl2 < 0
ist, dann wird -|zahl1|
zurückgegeben.
- i = ISIGN(i1, i2)
- r = SIGN(r1, r2)
- d = DSIGN(d1, d2)
Positive Differenz
[Bearbeiten]Für zahl1 > zahl2
ist der Rückgabewert zahl1 - zahl2
.
Für zahl1 <= zahl2
wird Null zurückgegeben.
- i = IDIM(i1, i2)
- r = DIM(r1, r2)
- d = DDIM(d1, d2)
Maximum
[Bearbeiten]Gibt den größten Argumentwert zurück.
- i = MAX0(i1, i2, ...)
- r = AMAX1(r1, r2, ...)
- d = DMAX1(d1, d2, ...)
- r = AMAX0(i1, i2, ...)
- i = MAX1(r1, r2, ...)
Minimum
[Bearbeiten]Gibt den kleinsten Argumentwert zurück.
- i = MIN0(i1, i2, ...)
- r = AMIN1(r1, r2, ...)
- d = DMIN1(d1, d2, ...)
- r = AMIN0(i1, i2, ...)
- i = MIN1(r1, r2, ...)
Komplexe Zahlen
[Bearbeiten]Gibt den Imaginärteil zurück:
- r = AIMAG(x)
Gibt die konjugiert komplexe Zahl zurück:
- x = CONJG(x)
Quadratwurzel
[Bearbeiten]Gibt die Quadratwurzel zurück:
- r = SQRT(r)
- d = DSQRT(d)
- x = CSQRT(x)
Exponentialfunktion
[Bearbeiten]Gibt natürliche Exponentialfunktion zurück:
- r = EXP(r)
- d = DEXP(d)
- x = CEXP(x)
Logarithmus naturalis
[Bearbeiten]Gibt den natürlichen Logarithmus zurück:
- r = ALOG(r)
- d = DLOG(d)
- x = CLOG(x)
Dekadischer Logarithmus
[Bearbeiten]Gibt den dekadischen Logarithmus zurück:
- r = ALOG10(r)
- d = DLOG10(d)
Winkelfunktionen
[Bearbeiten]- r = SIN(r)
- d = DSIN(d)
- x = CSIN(x)
- r = COS(r)
- d = DCOS(d)
- x = CCOS(x)
- r = TAN(r)
- d = DTAN(d)
Arkusfunktionen
[Bearbeiten]- r = ASIN(r)
- d = DASIN(d)
- r = ACOS(r)
- d = DACOS(d)
- r = ATAN(r)
- d = DATAN(d)
Gibt zurück:
- r = ATAN2(r1, r2)
- d = DATAN2(d1, d2)
Diese Funktionen sind für ähnliche Werte der beiden Argumente erheblich genauer.
Hyperbelfunktionen
[Bearbeiten]- r = SINH(r)
- d = DSINH(d)
- r = COSH(r)
- d = DCOSH(d)
- r = TANH(r)
- d = DTANH(d)
Zeichenketten-Funktionen
[Bearbeiten]Länge
[Bearbeiten]- i = LEN(c)
Index eines Teilstrings
[Bearbeiten]Gibt die erste Position des Auftretens eines Teilstrings c2 in c1 zurück. c2 muss eine (benannte) Konstante sein.
- i = INDEX(c1, c2)
Lexikalische Funktionen
[Bearbeiten]Hier wird unabhängig von der Plattform immer der ASCII-Zeichensatz als Grundlage verwendet.
Lexikalisch größer oder gleich (Rückgabewert ist .TRUE.
wenn c1 >= c2):
- l = LGE(c1, c2)
Lexikalisch größer als (Rückgabewert ist .TRUE.
wenn c1 > c2):
- l = LGT(c1, c2)
Lexikalisch kleiner oder gleich (Rückgabewert ist .TRUE.
wenn c1 <= c2):
- l = LLE(c1, c2)
Lexikalisch kleiner als (Rückgabewert ist .TRUE.
wenn c1 < c2):
- l = LLT(c1, c2)
Obige Funktionenauflistung basiert auf dem Fortran 77 Sprachstandard X3J3/90.4, Kap.15: Functions and Subroutines.
Unterprogramme
[Bearbeiten]Natürlich können in FORTRAN 77 auch eigene Unterprogramme erstellt werden.
Funktionsanweisung
[Bearbeiten]Eine Funktionsanweisung (auch Anweisungsfunktion genannt) stellt die einfachste Möglichkeit dar, ein Unterprogramm in FORTRAN 77 zu realisieren. Eine Funktionsanweisung kann nur einen Ausdruck umfassen und gilt nur in der Programmeinheit in der sie definiert wurde.
Definieren einer Funktionsanweisung:
funktionsname( [formale parameter]) = ausdruck
|
Aufruf der Funktion:
[variable = ] funktionsname( [aktuelle parameter])
|
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP FUNK() = 5 WRITE (*,*) FUNK () C Ausgabe: 5.000000 END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP REAL A, B, C FUNK(A, B) = COS(A) * LOG(B) C = FUNK(3.1415, 2.) WRITE (*,*) C C Ausgabe: -0.6931472 END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
FUNCTION
[Bearbeiten]Soll eine Funktion mehrere Anweisungen umfassen, so genügt das Konzept der Funktionsanweisung nicht mehr. FORTRAN 77 kennt zu diesem Zweck das Schlüsselwort FUNCTION
.
[datentyp] anweisungen
|
Aufgerufen wird eine derartige Funktion gleich wie eine Funktionsanweisung.
Beispiel:
Datei bsp.f:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP C Funktionsaufruf WRITE(*,*) FUNK() C Ausgabe: 27.50000 END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Datei funk.f:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
REAL FUNCTION FUNK() REAL TMP DO 10 I = 1,10 TMP = TMP + I*0.5 10 CONTINUE FUNK = TMP END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Übersetzung mit gfortran:
gfortran bsp.f funk.f
Eine Funktion muss einen Wert zurückgeben. Welcher Wert das ist, wird durch eine Zuweisung an den Funktionsnamen erreicht. Wird am Anfang des Funktionskopfes kein Datentyp explizit vorgegeben, so gelten die Regeln für die implizite Datentypvergabe.
Mit Hilfe des Schlüsselwortes RETURN
kann eine Funktion auch vor dem Funktionsende verlassen werden.
Beispiel:
Datei bsp.f:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP C Funktionsaufruf WRITE(*,*) FUNK(3) C Ausgabe: 1.500000 END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Datei funk.f:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
FUNCTION FUNK(I1) IF(I1 .LE. 5) THEN FUNK = 1.5 RETURN END IF FUNK = SIN(I1*0.5) END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
SUBROUTINE
[Bearbeiten]Eine Subroutine besitzt im Gegensatz zu einer Funktion keinen Datentyp und gibt keinen Wert zurück.
anweisungen
|
Aufruf der Subroutine:
CALL subroutinenname( [aktuelle parameter])
|
Beispiel:
Datei test.f
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP CALL SUB END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Datei sub.f
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
SUBROUTINE SUB WRITE (*,*) 'Hallo Welt!' END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Übersetzung mittels gfortran:
gfortran -c sub.f gfortran -c test.f gfortran test.o sub.o
Anzeige auf der Standardausgabe:
Hallo Welt!
Auch eine Subroutine kann mittels RETURN
vorzeitig verlassen werden.
Die aktuellen und formalen Parameter müssen hinsichtlich Datentyp, Anzahl, Reihenfolge übereinstimmen.
Alle Namen und Variablen in einer Programmeinheit (Subroutine, Funktion oder Hauptprogramm) sind grundsätzlich nur lokal in der jeweiligen Programmeinheit bekannt. Über die Unterprogrammparameter können aber sehr wohl Werte in der aufrufenden Programmeinheit geändert werden.
Beispiel:
Datei bsp.f:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP REAL A = 2.0 CALL SUB(A) WRITE(*,*) A C Ausgabe: 10 END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Datei sub.f:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
SUBROUTINE SUB(X) REAL X REAL A C Unterprogrammparameter X = 10 C lokale Variable A = 500 END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Felder als Parameter
[Bearbeiten]Beispiel: Übergabe eines ganzen Feldes
Datei bsp.f:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP INTEGER FELD(3,3) INTEGER CNT CNT = 1 DO 10 I = 1, 3 DO 20 J = 1, 3 FELD(J,I) = CNT CNT = 1 + CNT 20 CONTINUE 10 CONTINUE C Unterprogrammaufruf CALL SUB(FELD) C Ausgabe: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Datei sub.f
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
SUBROUTINE SUB(ARR) INTEGER ARR(3, 3) WRITE(*,*) ARR END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Beispiel: Übergabe einer Feld-Teilkette
Datei bsp.f:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP INTEGER FELD(3,3) INTEGER CNT CNT = 1 DO 10 I = 1, 3 DO 20 J = 1, 3 FELD(J,I) = CNT CNT = 1 + CNT 20 CONTINUE 10 CONTINUE C Unterprogrammaufruf CALL SUB(FELD(1:2,2:3)) C Ausgabe: 4 5 7 8 END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Datei sub.f
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
SUBROUTINE SUB(ARR) INTEGER ARR(0:1, 0:1) WRITE(*,*) ARR END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Beispiel: Übergabe eines Feld-Einzelelements
Datei bsp.f:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP INTEGER FELD(3,3) INTEGER CNT CNT = 1 DO 10 I = 1, 3 DO 20 J = 1, 3 FELD(J,I) = CNT CNT = 1 + CNT 20 CONTINUE 10 CONTINUE C Unterprogrammaufruf CALL SUB(FELD(1,2)) C Ausgabe: 4 END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Datei sub.f
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
SUBROUTINE SUB(ARR) INTEGER ARR WRITE(*,*) ARR END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Prozeduren als Parameter
[Bearbeiten]Auch Prozeduren können als Parameter übergeben werden.
Standardfunktionen werden dazu folgendermaßen im Vereinbarungsteil gekennzeichnet:
Aufruf der Subroutine:
INTRINSIC namensliste
|
Eigene Funktionen oder Subroutinen mit:
EXTERNAL namensliste
|
Beispiel:
Datei bsp.f:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP REAL PI PARAMETER(PI=3.1415927) C intrinsic functions INTRINSIC SIN, COS C Unterprogrammaufrufe CALL SUB(SIN, PI) C Ausgabe: 0.000000 CALL SUB(COS, PI) C Ausgabe: -1.000000 END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Datei sub.f:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
SUBROUTINE SUB(FUNK, X) REAL FUNK, X WRITE(*,*) NINT(FUNK(X)*1000)/1000.0 END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
COMMON
[Bearbeiten]Mit COMMON
läßt sich ein gemeinsamer Datenbereich für mehrere Programmeinheiten realisieren.
Unbenannter COMMON:
COMMON variablenliste
|
COMMON / name/ variablenliste
|
Beispiel:
Datei bsp.f:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP REAL A, B, C, D COMMON A, B, C COMMON /C1/ D A = 4.0 B = 5.0 C = 6.0 CALL SUB WRITE (*,*) A, B, C, D C Ausgabe: 3.330000 4.440000 6.000000 5.550000 END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Datei sub.f:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
SUBROUTINE SUB REAL X, Y, Z COMMON X, Y COMMON /C1/ Z X = 3.33 Y = 4.44 Z = 5.55 END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
ENTRY
[Bearbeiten]Mittels ENTRY
kann gezielt in ein Unterprogamm gesprungen werden. Dieses Konstrukt widerspricht aber einer strukturierten Programmierung und sollte nicht verwendet werden.
ENTRY entryname[( [formale parameter]) ]
|
Der Aufruf entspricht dem einer Subroutine:
CALL entryname[( [aktuelle parameter]) ]
|
Beispiel:
Datei bsp.f
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP CALL SUB C Ausgabe: Hallo C Welt! CALL E1 C Ausgabe: Welt! END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Datei sub.f:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
SUBROUTINE SUB WRITE(*,*) 'Hallo' ENTRY E1 WRITE (*,*) 'Welt!' END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
SAVE
[Bearbeiten]Durch ein SAVE
-Statement in Unterprogrammen behalten die lokalen Variablen ihren jeweiligen Wert auch nach Verlassen des Unterprogrammes. Dieses Konstrukt ist meist nicht notwendig, da die meisten FORTRAN-Compiler dieses Verhalten ohnehin automatisch aufweisen (siehe auch Kapitel DATA zwecks Initialisierung von Variablen).
SAVE [variablenliste]
|
Beispiel:
Datei bsp.f:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP CALL SUB C Ausgabe: 1.000000 CALL SUB C Ausgabe: 2.000000 CALL SUB C Ausgabe: 3.000000 END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Datei sub.f:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
SUBROUTINE SUB REAL A SAVE A = A + 1 WRITE(*,*) A END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
DATA
[Bearbeiten]DATA
dient zur Wertinitialisierung von Variablen vor der Programmeinheitausführung. Diese Anweisung ist also nicht gleichzusetzen mit einer Wertzuweisung.
Beispiel:
DATA [variablenliste] / variablenwerte/
|
Beispiel:
Datei bsp.f:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP CALL SUB C Ausgabe: 1.000000 CALL SUB C Ausgabe: 2.000000 CALL SUB C Ausgabe: 3.000000 END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Datei sub.f:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
SUBROUTINE SUB REAL A DATA A /0.0/ A = A + 1 WRITE(*,*) A END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Unterschied zwischen Wertinitialisierung und Wertzuweisung:
Wertinitialisierung | Wertzuweisung | |
---|---|---|
Code |
PROGRAM BSP
CALL SUB
CALL SUB
CALL SUB
END
SUBROUTINE SUB
REAL A
DATA A /3.0/
A = A + 1
WRITE(*,*) A
END
|
PROGRAM BSP
CALL SUB
CALL SUB
CALL SUB
END
SUBROUTINE SUB
REAL A
A = 3.0
A = A + 1
WRITE(*,*) A
END
|
Ausgabe |
4.000000 5.000000 6.000000 |
4.000000 4.000000 4.000000 |
Ein- und Ausgabe
[Bearbeiten]READ
[Bearbeiten]Die READ
-Anweisung dient dem Einlesen von Daten. Typisches Beispiel ist die Dateneingabe mittels Tastatur. Formal sieht eine READ
-Anweisung so aus:
READ([UNIT=]unit, [FMT=]fmt [, ERR=err] [, END=end] [, IOSTAT=iostat]) [eingabeliste] |
- unit ... Nummer der Eingabeeinheit (ist systemabhängig), Sternoperator oder auch die einer Datei mittels
OPEN
-Anweisung zugeordnete Nummer. - fmt ... Anweisungsnummer zu einer
FORMAT
-Anweisung oder Sternoperator - err ... Tritt während der Eingabe ein Fehler auf, so wird zu dieser Anweisungsnummer gesprungen
- end ... Nach dem Einlesen des letzten Datensatzes wird zu dieser Anweisungsnummer gesprungen
- iostat ... READ-Status
Listengesteuerte Eingabe auf der Standardeingabe (normalerweise die Tastatur):
READ (*,*) A, B, C
Alternativ kann das auch so geschrieben werden:
READ (UNIT=*, FMT=*) A, B, C
Beim Intel Fortran Compiler, gfortran und g95 ist auch UNIT = 5
als stdin
(Tastatur) vorbelegt. Das Einlesen aus Dateien und die Einstellung des Formates werden später erläutert.
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP INTEGER I(5) C Einlesen in ein Feld (UNIT ... Standardeingabe, FMT ... listengesteuert) READ (*,*) I C ... END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Kurze Erläuterung zu IOSTAT:
Wert | Erläuterung |
---|---|
0 | kein Fehler |
positiver Wert (systemabhängig) | Fehler |
negativer Wert (systemabhängig) | End Of File und kein Fehler |
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP INTEGER I INTEGER ST C Einlesen eines Wertes READ (*, *, IOSTAT=ST) I C Ausgabe des IO-Status WRITE (*,*) 'IO-Status:', ST END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
- Ausgabe:
- Für Eingabe: 5 → 0
- Für Eingabe: 5.3 → Positiver Wert = Fehler
WRITE
[Bearbeiten]Die WRITE
-Anweisung dient der Datenausgabe. Typisches Beispiel ist die Anzeige von Daten auf dem Bildschirm. Formal sieht eine WRITE
-Anweisung so aus:
WRITE([UNIT=]unit, [FMT=]fmt [, ERR=err] [, IOSTAT=iostat]) [ausgabeliste] |
- unit ... Nummer der Ausgabeeinheit (ist systemabhängig), Sternoperator oder auch die einer Datei mittels
OPEN
-Anweisung zugeordnete Nummer. - fmt ... Anweisungsnummer zu einer
FORMAT
-Anweisung oder Sternoperator - err ... Tritt während der Ausgabe ein Fehler auf, so wird zu dieser Anweisungsnummer gesprungen
- iostat ... WRITE-Status
Listengesteuerte Ausgabe auf der Standardausgabe (normalerweise der Bildschirm):
WRITE (*,*) A, B, C
Alternativ kann das auch so geschrieben werden:
WRITE (UNIT=*, FMT=*) A, B, C
Beim Intel Fortran Compiler, gfortran und g95 sind auch
unit=0
alsstderr
(Bildschirm) undunit=6
alsstdout
(Bildschirm)
vorbelegt. Bezüglich IOSTAT
gilt auch hier der im vorigen Abschnitt kurz geschilderte Sachverhalt.
Die Ausgabe in Dateien und die Einstellung des Formates werden nachfolgend erläutert.
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP INTEGER I(5) C I(1) = ... C ... C Ausgabe der Feldwerte (UNIT ... Standardausgabe, FMT ... listengesteuert) WRITE (*,*) I C ... END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Formatierung
[Bearbeiten]Die Ein- und Ausgabeformatierung kann beeinflusst werden. Zu diesem Zweck gibt es die FORMAT
-Anweisung.
... (..., FMT = marke, ...) ... marke FORMAT (formatliste) |
Alternativ dazu kann auch direkt bei der FMT
-Option die Formatliste bekanntgemacht werden.
... (..., FMT = '(formatliste)', ...) ... |
Formatlistenelemente
[Bearbeiten]Formatspezifizierer | Kommentar |
---|---|
Ix[.z] | Ganzzahl mit einer Feldlänge von x Zeichen. z gibt die Mindestanzahl der auszugebenden Zeichen an (Feld wird, wenn nötig, mit führenden Nullen aufgefüllt). |
Fx.y | Fixkommazahl mit einer Gesamtfeldlänge von x Zeichen. y ist die Anzahl der Nachkommastellen (Vorzeichen und Dezimalpunkt müssen in der Gesamtfeldlänge berücksichtigt werden). |
Ex.y | Gleitkommazahl mit einer Gesamtfeldlänge von x Zeichen. y ist die Anzahl der Nachkommastellen. (Vorzeichen, Dezimalpunkt und die Zeichen für den Exponenten müssen in der Gesamtfeldlänge berücksichtigt werden). |
Dx.y | -"- |
A | Ein Zeichenkette. |
Ax | Eine Zeichenkette mit x Zeichen. |
Lx | Ein logischer Wert, T bzw. F |
xX | x Leerzeichen. |
Obige Tabelle der Formatlistenelemente ist nicht vollständig. Fortran kennt noch weitere Formatierungsmöglichkeiten. Die Ausgabe erfolgt normalerweise rechtsbündig. Reicht die Gesamtfeldlänge bei numerischen Werten nicht aus, so werden anstelle einer Zahl Sternchen angezeigt.
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP INTEGER A A = 999 WRITE (*, 3333) A C Ausgabe: 999 A = -999 WRITE (*, 3333) A C Ausgabe: *** 3333 FORMAT (I3) END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Weitere Formatierungsbeispiele:
Code | Ausgabe |
---|---|
WRITE(*, 999) 1234 WRITE(*, 999) 1234567 WRITE(*, 999) 1234567890 999 FORMAT(I9.6) |
001234 1234567 ********* |
WRITE(*, 999) 555.6666 WRITE(*, 999) +5.6 WRITE(*, 999) -55.666E7 WRITE(*, 999) -55555.666 999 FORMAT(F9.3) |
555.667 5.600 ********* ********* |
WRITE(*, 999) 555.6666 WRITE(*, 999) +5.6 WRITE(*, 999) -55.666E7 WRITE(*, 999) -55555.666 999 FORMAT(E9.3) |
0.556E+03 0.560E+01 -.557E+09 -.556E+05 |
WRITE(*, 999) 'Hallo' WRITE(*, 999) 'ABCDEFGHIJKL' WRITE(*, 888) 'ABCDEFGHIJKL' 888 FORMAT(A) 999 FORMAT(A10) |
Hallo ABCDEFGHIJ ABCDEFGHIJKL |
WRITE(*, *) 'FORTRAN', '77' WRITE(*, 999) 'FORTRAN', '77' 999 FORMAT(A, 1X, A) |
FORTRAN77 FORTRAN 77 |
WRITE(*, 888) 'FORTRAN', '77' WRITE(*, 999) 'FORTRAN', '77' 888 FORMAT(A, T3, A) 999 FORMAT(A, T20, A) |
FO77RAN FORTRAN 77 |
WRITE(*, 999) 'FORTRAN', '77' 999 FORMAT(A, /, A) |
FORTRAN 77 |
WRITE(*, 999) 34.56 WRITE(*, *) 34.56 C SP ... Sign Plus (+) 999 FORMAT(SP, F12.3) |
+34.560 34.56 |
Wiederholung von Formatteilen
[Bearbeiten]Beispiel:
WRITE (*, 100) 'abc', 10.3, 'xxx', 23.4 100 FORMAT (2(A3, F6.1))
WRITE etwas anders
[Bearbeiten]Beispiel:
WRITE (*, 100) 100 FORMAT ('Hallo', 1X, 'Welt!')
Dateien
[Bearbeiten]Datensatz
[Bearbeiten]Datensätze können in folgender Form auftreten:
- Formatierter Datensatz: Textdatensatz
- Unformatierter Datensatz: Datensatz in einer maschineninternen Form.
- Dateiendesatz
Datei
[Bearbeiten]Für FORTRAN 77 ist alles eine Datei, das durch READ oder WRITE bearbeitbar ist.
Zugriffsmethoden:
- Sequentieller Zugriff: Lesen ab Beginn der Datei (file) und dann immer den nächsten Datensatz einlesen. Geschrieben wird jeweils ans Dateiende. Auf interne Dateien kann nur sequentiell zugegriffen werden.
- Direkter Zugriff: Bearbeiten in beliebiger Reihenfolge durch Angabe der Satznummer.
Dateitypen:
- Externe Datei: Eine konventionelle Datei
- Interne Datei: CHARACTER-Variable oder -Feld.
Dateien haben im Betriebssystem einen Dateinamen. In FORTRAN wird eine Datei über eine Dateinummer (unit) angesprochen. Die Zuordnung erfolgt mit dem Befehl OPEN
.
OPEN
[Bearbeiten]Zum Öffnen einer externen Datei dient die OPEN
-Anweisung.
OPEN (liste) |
mit folgender liste
Element | Kommentar |
---|---|
[UNIT =] x | x ist eine Dateinummer (0 bis 99) |
FILE = x | x ist der externe Dateiname |
IOSTAT = x | x ist 0 wenn OPEN fehlerfrei ausgeführt wurde, ansonsten eine systemabhängige Fehlernummer |
ERR = x | Bei Fehler Sprung zur Anweisungsnummer x |
STATUS = x | Dateistatus: 'OLD' ... Datei existiert bereits 'NEW' ... Datei wird neu erzeugt 'REPLACE' ... Wenn die Datei existiert, wird sie überschrieben, ansonsten neu erzeugt. 'SCRATCH' ... namenlose temporäre Datei 'UNKNOWN' ... System bestimmt Dateistatus selbst |
ACCESS = x | Zugriffsmethode: 'SEQUENTIAL' ... Sequentielle Datei 'DIRECT' ... direkter Zugriff |
FORM = x | Format: 'FORMATTED' oder 'UNFORMATTED' |
RECL = x | Datensatzlänge (positive Zahl, ACCESS='DIRECT', in Bytes bzw. bei formatierten Dateien in Characters) |
BLANK = x | 'NULL' (ignorieren von Leerzeichen bei numerischen Werten) oder 'ZERO' (Leerzeichen bei numerischen Werten als 0 interpretieren) |
Eingestellte Vorgabewerte sind:
- STATUS = 'UNKNOWN'
- ACCESS = 'SEQUENTIAL'
- FORM = 'FORMATTED'
- BLANK = 'NULL'
Wird ACCESS='DIRECT'
gesetzt, so gilt FORM='UNFORMATTED'
als Vorgabewert.
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP OPEN (20, FILE='/tmp/testdatei.txt', STATUS='OLD', ERR=222) WRITE (*,*) 'Voller Erfolg' CLOSE(20) GOTO 333 222 WRITE(*,*) 'Fehler beim Öffnen der Datei' 333 END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
CLOSE
[Bearbeiten]Geschlossen wird die Verbindung zur externen Datei mit dem CLOSE
-Befehl.
CLOSE (liste) |
liste:
Element | Kommentar |
---|---|
[UNIT =] x | wie bei OPEN |
IOSTAT = x | wie bei OPEN |
ERR = x | wie bei OPEN |
STATUS = x | KEEP ... Datei erhalten DELETE ... Datei löschen |
Lesen und Schreiben
[Bearbeiten]Aus Dateien gelesen oder in Dateien geschrieben wird mit den bereits bekannten READ
- und WRITE
-Anweisungen.
Element | Kommentar |
---|---|
[UNIT =] x | Unit 0 bis 99 bzw. CHARACTER-Variable oder Feld (interne Datei) |
[FMT =] x | siehe Formatierung |
REC = x | Datensatznummer bei Direktzugriff (siehe Abschnitt Direktzugriff) |
IOSTAT = x | wie bei READ
|
ERR = x | Bei Fehler Sprung zur Anweisungsnummer x |
END = x | Bei Dateiende Sprung zur Anweisungsnummer x (nicht erlaubt bei Direktzugriff) |
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP CHARACTER*80 A OPEN (20, FILE='/tmp/testdatei.txt', STATUS='OLD', ERR=222) 10 CONTINUE C Aus Datei lesen READ (20, 888, END=20) A C Auf Standardausgabe schreiben WRITE (*,*) A GOTO 10 20 CLOSE(20) GOTO 333 222 WRITE(*,*) 'Fehler beim Öffnen der Datei' 888 FORMAT(A) 333 END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Direktzugriff
[Bearbeiten]OPEN:
Element | Kommentar |
---|---|
ACCESS = x | x ... 'DIRECT' |
RECL = x | x ... Datensatzlänge (positive Zahl, ACCESS='DIRECT', in Bytes bzw. bei formatierten Dateien in Characters) |
READ/WRITE:
Element | Kommentar |
---|---|
REC = x | x ... Satznummer bei Direktzugriff |
Beispiel: Gegeben ist die Textdatei /tmp/testdatei.txt
mit dem Inhalt
Die WRITE-Anweisung dient der Datenausgabe aus einem FORTRAN-Programm auf ein externes Gerät. Typisches Beispiel ist die Anzeige von Daten auf dem Bildschirm. Formal sieht eine WRITE-Anweisung so aus:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP CHARACTER*10 C OPEN (20, FILE='/tmp/testdatei.txt', & STATUS='OLD', & ACCESS='DIRECT', & RECL=10, & ERR=222) READ (20, REC=4, ERR=333) C WRITE (*,*) C READ (20, REC=25, ERR=333) C WRITE (*,*) C CLOSE (20) GOTO 444 222 WRITE (*,*) 'Fehler beim Öffnen der Datei' 333 WRITE (*,*) 'Fehler beim Lesen des Datensatzes' 444 CONTINUE END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Ausgabe:
Datenausga Fehler beim Lesen des Datensatzes
Positionieren bei sequentiellen Dateien
[Bearbeiten]Datensatzzeiger um einen Datensatz zurücksetzen:
BACKSPACE ([UNIT=]x [,IOSTAT=y] [,ERR=z]) |
Positionieren an den Dateibeginn:
REWIND ([UNIT=]x [,IOSTAT=y] [,ERR=z]) |
Schreiben eines Dateiendsatzes:
ENDFILE ([UNIT=]x [,IOSTAT=y] [,ERR=z]) |
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP CHARACTER*100 C(3) OPEN (20, FILE='/tmp/testx.txt', & STATUS='NEW', & ERR=222) WRITE (20,*) 'Das ist eine Testdatei' WRITE (20,*) 'Dies ist Zeile 2 der Testdatei' WRITE (20,*) 'Jenes die Zeile 3 der Testdatei' WRITE (20,*) 'Jetzt ist''s aber genug' ENDFILE (20, ERR=444) REWIND (20, ERR=444) READ (20, FMT=555, ERR=333) C WRITE (*, FMT=555) C BACKSPACE (20, ERR=444) READ (20, FMT=555, ERR=333) C(1) WRITE (*, FMT=555) C(1) GOTO 999 222 WRITE (*,*) 'Fehler beim Öffnen der Datei' GOTO 999 333 WRITE (*,*) 'Fehler beim Lesen des Datensatzes' GOTO 999 444 WRITE (*,*) 'Sonstiger Fehler' GOTO 999 555 FORMAT (A) 999 CLOSE (20) C Ausgabe: C Das ist eine Testdatei C Dies ist Zeile 2 der Testdatei C Jenes die Zeile 3 der Testdatei C Jenes die Zeile 3 der Testdatei END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
INQUIRE
[Bearbeiten]Die Anweisung INQUIRE
dient der Abfrage einiger Eigenschaften von Dateien oder I/O-Units.
INQUIRE (FILE = x, liste) |
mit x ... Dateiname (inkl. Pfad)
INQUIRE ([UNIT =] x, liste) |
mit x ... Nummer der I/O-Unit.
liste:
Element | Kommentar |
---|---|
ACCESS = x | x:
|
BLANK = x | x:
|
DIRECT = x | x:
|
ERR = x | Bei Fehler Sprung zur Anweisungsnummer x |
EXIST = x | x:
|
FORM = x | x:
|
FORMATTED = x |
|
IOSTAT = x | x ist 0 wenn INQUIRE fehlerfrei ausgeführt wurde, ansonsten eine systemabhängige positive Fehlernummer
|
NAME = x | Der Dateiname wird der Zeichenketten-Variablen x zugewiesen. Hat die Datei keinen Namen, dann ist das Ergebnis undefiniert. |
NAMED = x | x:
|
NEXTREC = x | x ... Nummer des nächsten Datensatzes |
NUMBER = x | x ... Nummer der mit einer externen Datei verbundenen I/O-Unit. |
OPENED = x | x:
|
RECL = x | x ... Datensatzlänge bei Direktzugriff |
SEQUENTIAL = x | x:
|
UNFORMATTED = x |
|
Beispiel: Datei vorhanden?
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP LOGICAL L INQUIRE (FILE='/tmp/testdatei.txt', EXIST=L, ERR=222) WRITE (*,*) L C Ausgabe: C wenn Datei existiert: T C wenn Datei nicht existiert: F GOTO 999 222 WRITE (*,*) 'Fehler!' 999 CONTINUE END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Beispiel: Infos zu einer geöffneten Datei
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP LOGICAL EX CHARACTER*15, DI, FO, AC, SE INTEGER NU OPEN (25, FILE='/tmp/testdatei.txt', STATUS='OLD', ERR=222) INQUIRE (25, EXIST = EX, & DIRECT = DI, & SEQUENTIAL = SE, & FORMATTED = FO, & ACCESS = AC, & NUMBER = NU, & ERR=222) WRITE (*,*) 'EXIST? ', EX WRITE (*,*) 'DIRECT? ', DI WRITE (*,*) 'SEQUENTIAL? ', SE WRITE (*,*) 'FORMATTED? ', FO WRITE (*,*) 'ACCESS? ', AC WRITE (*,*) 'NUMBER? ', NU C Ausgabe, z.B. C EXIST? T C DIRECT? YES C SEQUENTIAL? YES C FORMATTED? YES C ACCESS? SEQUENTIAL C NUMBER? 25 GOTO 999 222 WRITE (*,*) 'Fehler!' 999 CLOSE (25) END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Interne Dateien
[Bearbeiten]- Interne Dateien sind vom Datentyp CHARACTER (Zeichen oder Zeichenketten)
- Das Lesen aus bzw. das Schreiben in interne Dateien erfolgt immer sequentiell
Beispiel: Schreiben in eine interne Datei
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP CHARACTER*15 CH REAL R R = 12.5678 C Interne Datei "CH" WRITE (CH, *) R WRITE (*,*) 'R lexikalisch groesser als Buchstabe "A"? ', & LGE(CH, 'A') END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Beispiel: Lesen aus einer internen Datei
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP CHARACTER*15 CH REAL R CH = '12.5678' C Interne Datei "CH" READ (CH, '(F15.5)') R WRITE (*,*) 'R = ', R WRITE (*,*) 'R**2 = ', R**2 END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Anhang
[Bearbeiten]PAUSE
[Bearbeiten]Die PAUSE
-Anweisung unterbricht die Programmausführung. Diese Anweisung wurde mit dem Fortran 90/95-Standard aus dem Fortran-Sprachumfang verbannt. Moderne Compiler geben deshalb teilweise bei Verwendung dieser Anweisung eine Warnmeldung (obsolete o.ä.) aus. Das Verfahren zur normalen Fortsetzung des infolge PAUSE
-Anweisung angehaltenen Programmes ist compilerabhängig, z. B.:
- gfortran und g77:
go
RETURN - g95: RETURN
- Intel Fortran Compiler 9.0:
continue
RETURN
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP WRITE (*,*) 'Hallo ' PAUSE WRITE (*,*) 'Welt!' END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Ausgabe bei Compilierung mit gfortran:
Hallo PAUSE To resume execution, type go. Other input will terminate the job.
Ausgabe bei Compilierung mit g95:
Hallo PAUSE statement executed. Hit Return to continue
Ausgabe bei Compilierung mit ifort:
Hallo FORTRAN PAUSE PAUSE prompt>
INCLUDE
[Bearbeiten]INCLUDE
ermöglicht das Einbinden einer Datei. INCLUDE
ist nicht explizit im FORTRAN 77-Standard angeführt, sondern wurde 1978 als Erweiterung des FORTRAN-Standards vom US-amerikanischen DoD im MilStd 1753 festgelegt (siehe auch Abschnitt MilStd 1753).
Beispiel:
Datei bsp.f:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP INCLUDE 'inc.f' WRITE(*,*) 'Fläche ist', 10**2*PI, 'cm2' C Ausgabe: Fläche ist 314.1593 cm2 END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Datei inc.f:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
REAL PI PARAMETER(PI=3.141593) |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Hollerith-Konstanten
[Bearbeiten]Eine veraltete Möglichkeit Zeichenketten anzugeben stellen die Hollerith[1]-Konstanten dar. Eine Hollerith-Konstante besteht aus
- Einer positiven Ganzzahl, welche die Zeichenkettenlänge angibt
- Dem Buchstaben H
- Der Zeichenkette
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP CHARACTER*5 C DATA C /5HUralt/ WRITE (*,*) C C Ausgabe: Uralt END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
Arithmetisches IF
[Bearbeiten]Schon in grauer Vorzeit fanden Programmierer arithmetische IF-Anweisungen sehr unterhaltsam, weil damit der Programmcode interessanter gestaltet werden konnte (Quelle: Ed Post - Real Programmers Don't Use PASCAL). Diese Aussage ist begreiflicherweise auch heute noch uneingeschränkt gültig.
IF(ausdruck) ziel1, ziel2, ziel3 |
mit
ausdruck | springe zu |
---|---|
< 0 | ziel1 |
= 0 | ziel2 |
> 0 | ziel3 |
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP INTEGER I I = -55 IF(I) 100, 200, 300 GOTO 999 100 WRITE(*,*) "Negative Zahl" C Ausgabe: Negative Zahl GOTO 999 200 WRITE(*,*) "Null" GOTO 999 300 WRITE(*,*) "Positive Zahl" 999 CONTINUE END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
ASSIGN und Assigned GOTO
[Bearbeiten]Noch wesentlich amüsanter als bei der unachtsamen Verwendung des arithmetischen IF können die Ergebnisse durch Verwendung von Assign-Anweisungen ausfallen.
ASSIGN weist eine Zielmarke einer INTEGER-Variablen zu:
ASSIGN zielmarke TO variable |
Verwendung finden kann dies neben anderem beim Assigned GOTO:
GOTO variable (liste) |
Beispiel:
0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 |
PROGRAM BSP INTEGER VAR C ... ASSIGN 200 TO VAR C ... C ... C ... GOTO VAR (100, 200, 300) 100 WRITE(*,*) "Negative Zahl" GOTO 999 200 WRITE(*,*) "Null" C Ausgabe: Null GOTO 999 300 WRITE(*,*) "Positive Zahl" 999 CONTINUE END |
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890 0 . | 1 . 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 | . 8 |
MilStd 1753, DoD Supplement To American National Standard X3.9-1978
[Bearbeiten]Nachfolgend stichwortartig die vom amerikanischen Department of Defense im Jahr 1978 ergänzend zu FORTRAN 77 geforderten Spracheigenschaften
- END DO (gelabelt, für DO-Schleifen)
- DO WHILE-Schleife
- INCLUDE
- IMPLICIT NONE
- Manipulation von Bitfeldern (IOR, IAND,ISHFT, ...)
- READ/WRITE-Verhalten nach EOF.
- ↑ Herman Hollerith (* 1860, † 1929), Erfinder des Hollerith-Lochkartenverfahrens, Herman Hollerith
Programmaufbau
[Bearbeiten]
Beispiel: Hallo Welt
[Bearbeiten]Fortran 90/95-Code (free source form) |
program hallo ! Das typische "Hallo Welt"-Programm write( *, * ) 'Hallo Welt!' end program hallo |
Dieses Programm besteht aus den gleichen Anweisungen wie ein entsprechendes FORTRAN 77-Programm und wurde in der sogenannten "free source form" verfasst. Aus diesem Grund ist die erste Spalte nicht mehr dem Kommentarzeichen vorbehalten. Kommentare werden hier durch ein Rufzeichen eingeleitet. Alles rechts vom Rufzeichen wird als Kommentar behandelt. Ein Kommentar kann also auch nach einer Anweisung stehen. Im Gegensatz zu einem FORTRAN 77-Programm wird in Fortran 90/95 oft die Kleinschreibung bevorzugt. Dies ist aber nicht zwingend erforderlich, da die Fortran-Compiler case-insensitiv sind. D.h. sie unterscheiden nicht zwischen Groß- und Kleinschreibung. Eine Einrückung von Blöcken ist nicht zwingend erforderlich, fördert aber die Übersichtlichkeit des Programmcodes.
Die Anweisung in der ersten Zeile kennzeichnet die Programmeinheit als Hauptprogramm und gibt ihr die Bezeichnung hallo
. Es folgt eine Kommentarzeile. Dann folgt die Anweisung, einen String auf die Standardausgabe zu schreiben. Und schließlich signalisiert die end
-Anweisung das Programmende.
Das Zeilenformat
[Bearbeiten]Fortran 90/95 bietet zwei verschiedene Programmaufbaumöglichkeiten:
- free source form
- fixed source form
Die "free source form" ist neu in Fortran 90/95. Sie bietet die Möglichkeit Programme ohne fixe Spaltenzuordnung zu schreiben, wie dies auch in den meisten anderen gebräuchlichen Programmiersprachen üblich ist. Zusätzlich ist in Fortran 90/95 aus Kompatibilitätsgründen auch das alte FORTRAN 77-Zeilenformat (fixed source form) enthalten. Dieses sollte in neuen Programmen aber nicht mehr verwendet werden.
Normalerweise gilt, dass jede Fortran-Anweisung in einer eigenen Zeile steht. Bei Verwendung der "free source form" gelten folgende Bedingungen. Eine Zeile darf maximal 132 Zeichen lang sein. Als Zeilenumbruchzeichen dient das Kaufmanns-Und (&). Das Kaufmanns-Und steht in diesem Fall immer am Ende der fortzuführenden Zeile, optional auch zusätzlich am Beginn der Fortsetzungszeile. Standardmäßig sind maximal 40 Fortsetzungszeilen erlaubt.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp ! Leerzeilen werden vom Compiler ignoriert ! Vereinbarungsteil implicit none ! implizite Datentypvereinbarung ausschalten integer :: a, b, c ! Variablendeklaration (Ganzzahlen) character(25) :: str ! Variablendeklaration (String mit einer Länge von 25 Zeichen) ! Aktionsteil a = 5 b = 7 c = a + & ! und jetzt kommt eine Fortsetzungszeile b write( *, * ) c ! auch Strings oder Schlüsselwörter können auf der nächsten Zeile fortgesetzt werden. ! Dabei ist unbedingt darauf zu achten, dass die Fortsetzungszeile auch mit einem ! Kaufmanns-Und eingeleitet wird, da ansonsten einige Compiler Fehlermeldungen liefern str = "Hal& &lo Welt!" wr& &ite( *, * ) str ! Ausgabe: ! 12 ! Hallo Welt! end program bsp |
Mehrere Anweisungen können in eine Zeile geschrieben werden, wenn eine Trennung durch jeweils ein Semikolon erfolgt.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer :: a, b, c a = 5; b = 7; c = a + b write( *, * ) c ! Ausgabe: ! 12 end program bsp |
Die Programmstruktur für das Hauptprogramm
[Bearbeiten]Ein Hauptprogramm weist in einfachster Darstellung immer folgende Struktur auf:
program
Name- Vereinbarungsteil
- Aktionsteil
end
[program
[Name]]
Die in eckigen Klammern angegebenen Bestandteile sind optional. Sie sollten dennoch stets mit angegeben werden. Genau eine end
-Anweisung (mit oder ohne optionale Bestandteile) ist obligatorisch. Bei Hauptprogramm und Unterprogrammen ist end
eine ausführbare Anweisung. Ein Fortran-Programm darf genau ein Hauptprogramm enthalten, es ist der Startbereich für die Programmausführung.
Der Fortran-Zeichenvorrat
[Bearbeiten]Fortran 95-Programme bestehen standardmäßig aus folgenden Zeichen:
- Großbuchstaben: A bis Z
- Kleinbuchstaben: a bis z
- Ziffern: 0 bis 9
- Den 13 FORTRAN 77-Sonderzeichen: + - * / = ( ) : , . ' $ und dem Leerzeichen
- Unterstrich (Underscore): _
- Weitere Sonderzeichen: ! ? " & ; < >
Ein Fortran 90/95-Compiler ist case-insensitiv: er unterscheidet nicht zwischen Groß- und Kleinbuchstaben. Stringkonstanten können natürlich alle ASCII-Zeichen beinhalten.
Symbolische Namen
[Bearbeiten]Standardmäßig dürfen symbolische Namen maximal 31 Zeichen lang sein. Das erste Zeichen muss immer ein Buchstabe sein. Anschließend sind alphanumerische Zeichen (Buchstabe oder Ziffer) und Unterstriche erlaubt. Im Gegensatz zu FORTRAN 77 dürfen nun keine Leerzeichen innerhalb eines symbolischen Namens auftreten.
Reservierte Schlüsselwörter?
[Bearbeiten]Im Fortran 95-Standard ist zwar die Rede von Schlüsselwörtern (statement keywords), wie z.B. if, do, real, write
. Allerdings wird eindeutig darauf hingewiesen, dass diese nicht reserviert sind. Das heißt, solche Schlüsselwörter können auch für eigene Bezeichner verwendet werden.
Beispiel:
Folgender Programmcode ist in Fortran 90/95 gültig, aber nicht empfehlenswert
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer :: integer, write, if integer = 6 write = 5 if = 1 write( *, * ) integer + write + if end program bsp |
Details zur Anordnungsreihenfolge von Anweisungen
[Bearbeiten]Fortran schreibt eine gewisse Anordnungsstruktur der einzelnen Programmelemente vor. So ist das folgende Programm
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program hallo write( *, * ) "Hallo Welt" implicit none end program hallo |
nicht standardkonform, da die implicit none
-Vereinbarung nicht nach einer ausführbaren Anweisung folgen darf. So müsste es richtig lauten
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program hallo implicit none write( *, * ) "Hallo Welt" end program hallo |
Im Fortran 90/95-Standard ist genau festgelegt wann bestimmte Programmelemente auftreten dürfen. Prinzipiell gilt, dass Vereinbarungs-Anweisungen (nichtausführbare Anweisungen) vor Aktions-Anweisungen (ausführbaren Anweisungen) stehen. Doch es gibt Ausnahmen, z.B. darf die nichtexekutierbare format
-Anweisung auch zwischen oder nach ausführbaren Anweisungen stehen. Eindeutig ist Folgendes geregelt. Die Programmeinheit beginnt mit dem charakteristischen Schlüsselwort, z.B. function
. Werden Module eingebunden (use ...
), so erfolgt dies vor jeder anderen Vereinbarung oder ausführbaren Anweisung. Danach folgt ein "Mischbereich" (im Fortran-Standard wird das natürlich nicht "Mischbereich" genannt). Vor dem end
-Statement darf ein contains
-Abschnitt mit Unterprogrammen stehen.
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program (, function, subroutine, ...) ... use ... ! Hier folgt nun der so genannte "Mischbereich" contains interne Unterprogramme oder Modul-Unterprogramme end ... |
Im "Mischbereich" ist die Anordnung einzelner Elemente zwar auch im Standard geregelt, jedoch gibt es Elemente die an jeder Stelle des Mischbereichs auftreten dürfen, bei anderen ist wiederum klar festgelegt , dass sie nur nach oder vor anderen Elementen auftreten dürfen. Hier soll deshalb nur eine vereinfachte Variante gezeigt werden. Für genauere Informationen wird auf den Fortran-Working-Draft verwiesen.
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program (, function, subroutine, ...) ... use ... ! --------- Beginn "Mischbereich" (mögliche Anordnungsreihenfolge) --------- implicit ... ! Definiton von Datenverbunden, Interface-Blöcke, benannte Konstanten, Variablendeklarationen ! ausführbare Anweisungen ... format ... ! --------- Ende "Mischbereich" -------------------------------------------- contains Interne Unterprogramme bzw. Modul-Unterprogramme end ... |
Nicht jede Anweisung ist in jeder Programmeinheit erlaubt. So dürfen z.B. keine format
-Anweisungen im Hauptteil eines Moduls (wohl aber in Modul-Unterprogrammen) verwendet werden.
Datentypen, Variablen, Wertzuweisungen, Konstanten
[Bearbeiten]
Dieses Kapitel handelt von Datentypen, Variablen, Konstanten und der Wertzuweisung.
Datentypen
[Bearbeiten]Arithmetische Datentypen
[Bearbeiten]Datentyp | Kommentar | Beispiele (Konstanten) |
---|---|---|
integer |
Ganzzahlen | 15, -6500, 200000000 |
real |
Gleitkommazahlen einfacher Genauigkeit | 3.1415, -5.5, .7e3, 12.5E-5 |
(double precision ) |
Gleitkommazahlen doppelter Genauigkeit (aus FORTRAN 77) | 3.1415D0, -5.5D0, .7d3, 12.5D-5 |
complex |
Komplexe Zahlen (zwei real -Zahlen) |
(3.1415, -5.5), (1.4, 7.1E4) |
double precision
ist in Fortran 95 nur noch aus historischen Gründen (FORTRAN 77) vorhanden. Fortran 95 bietet für Datentypen höherer Genauigkeit bzw. mit größerem Zahlenbereich andere Sprachmittel. Diese Thematik wird später erläutert (Datentypen höherer Genauigkeit).
Binär-, Oktal- oder Hexadezimalzahlen können als "boz literal constants" angegeben werden:
Schreibweise 1 | Schreibweise 2 | Kommentar |
---|---|---|
B"zahl" | B'zahl' | Binäre Zahl |
O"zahl" | O'zahl' | Oktalzahl |
Z"zahl" | Z'zahl' | Hexadezimalzahl |
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer :: a a = Z"AB1C" write(*,*) a ! Ausgabe: 43804 a = O"7134" write(*,*) a ! Ausgabe: 3676 a = B'101110110001' write(*,*) a ! Ausgabe: 2993 end program bsp |
Logischer Datentyp
[Bearbeiten]Datentyp | Kommentar | Mögliche Werte |
---|---|---|
logical | Logischer Datentyp (wahr oder falsch) | .TRUE., .FALSE. |
Zeichenketten
[Bearbeiten]Datentyp | Kommentar | Beispiel (Konstante) |
---|---|---|
character(n) | Zeichenkette (String) mit einer Länge von n Zeichen | 'Hallo, Welt!', "Hallo, Welt!" |
character(len=n) | -"- | |
character*n | -"- (FORTRAN 77-Stil, sollte nicht mehr verwendet werden) | |
character | Zeichenkette (String) mit einer Länge von einem Zeichen | 'H', "h" |
Beachte: Zeichenketten können in Fortran 95 in Apostrophe oder Anführungszeichen eingeschlossen werden.
Beispiel:
"Wie geht's?"
'Er sagte: "Hallo"'
Variablen
[Bearbeiten]Eine Variable ist charakterisiert durch einen
- symbolischen Namen
- Datentyp
- Wert
- Speicherplatz
Beim Programmstart hat eine Variable keinen definierten Wert. Eine Variable kann ihren Datentyp auf zwei Arten erhalten, durch implizite oder explizite Typanweisung.
Implizite Typanweisung
[Bearbeiten]Bei der impliziten Typanweisung bestimmt der Anfangsbuchstabe des Variablenbezeichners den Datentyp.
Datentyp | Anfangsbuchstabe der Variablen |
---|---|
integer | Buchstaben I bis N (oder i bis n) |
real | restliche Buchstaben |
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp b1 = 8.9 c1 = 3. i1 = B1/C1 write (*,*) i1 ! Das Ergebnis ist 2, da i1 implizit als integer definiert ist end program bsp |
Die Standardzuordnung der Anfangsbuchstaben kann durch das Schlüsselwort implicit
auch geändert werden. Infolge der durch implizite Typanweisung entstehenden Fehlermöglichkeiten ist es sinnvoll, die implizite Typanweisung komplett auszuschalten. Dies wird durch die Anweisung
implicit none
gleich nach der program
-Anweisung erreicht. Dann muss der Datentyp jeder Variablen explizit festgelegt werden.
Explizite Typanweisung
[Bearbeiten]Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none real :: b real :: c real :: i ! alternativ auch als real :: b, c, i b = 8.9 c = 3. i = b/c write (*,*) i ! Das Ergebnis ist 2.966666 end program bsp |
Benannte Konstanten
[Bearbeiten]Benannte Konstanten werden in Fortran 95 folgendermaßen festgelegt:
datentyp, parameter :: symname = wert |
Beispiele:
real, parameter:: PI = 3.1415, PIFAC = PI/2.0
character(5), parameter :: str = 'Hallo'
Der zugewiesene Wert kann eine Konstante (Literal) oder eine schon definierte benannte Konstante sein.
Für die Zeichenkettenlänge ist bei benannten Konstanten auch eine *-Schreibweise möglich. Dies erspart die explizite Angabe der Stringlänge.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none character(*), parameter :: a = 'Jetzt wird auch die Stringlaenge festgelegt' write(*,*) a ! Ausgabe: Jetzt wird auch die Stringlaenge festgelegt end program bsp |
Wertzuweisung
[Bearbeiten]Wertzuweisungen haben wir schon kennengelernt:
variable = ausdruck |
Beispiel:
k = 1 k = k + 2
Die Wertzuweisung an eine Variable ist, wie am vorigen und auch am nächsten Beispiel zu ersehen, nicht zu verwechseln mit einer mathematischen Gleichung. Der Ausdruck
k + 2 = 5
wäre zwar mathematisch korrekt. Als Wertzuweisung in einem Fortran-Programm ist dies aber keine mögliche Formulierung. k+2
ist kein zulässiger Ausdruck auf der linken Seite des Zuweisungsoperators (L-Wert).
In Fortran ist auch keine Kette von Wertzuweisungen möglich. Der folgende Ausdruck ist nicht erlaubt und liefert eine Fehlermeldung.
i = j = k = 1.5 ! Fehler
Felder
[Bearbeiten]Beispiel
[Bearbeiten]Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none real, dimension(10) :: arr ! ACHTUNG! Array startet mit dem Index 1 ! arr(0) waere ein Fehler! arr(1) = 1.5 arr(2) = 2.5 arr(10) = 10.5 write(*,*) arr(1) ! 1.500000 wird ausgegeben write(*,*) arr(10) ! 10.500000 wird ausgegeben end program bsp |
Eindimensionale Felder
[Bearbeiten]Statische Speicherallokation
[Bearbeiten]Variante 1: Die dimension
-Anweisung
[Bearbeiten]real, dimension(10) :: arr
Der Feldindex läuft von 1 bis 10.
Variante 2: Einfach
[Bearbeiten]real :: var(10)
Variante 3: Verwendung von benannten Konstanten
[Bearbeiten]integer, parameter :: MAXIND = 10 real, dimension(MAXIND) :: arr
Hier erfolgt die Festlegung der Feldgröße über eine benannte Konstante.
Variante 4: Explizite Angabe der Feldgrenzen
[Bearbeiten]real, dimension(0:9) :: arr
Hier wird Unter- und Obergrenze explizit angegeben. Der Index läuft nun von 0 bis 9. Die Feldgrenzen können auch negativ sein.
Dynamische Speicherallokation
[Bearbeiten]Mit Fortran 90/95 kann der benötigte Speicherplatz für ein Feld dynamisch angefordert werden. Zu diesem Zweck gibt es das Schlüsselwort allocatable
, welches unmittelbar bei der Felddeklaration die beabsichtigte dynamische Speicherallokation signalisiert.
datentyp, dimension(:), allocatable :: variablenbezeichner |
Die intrinsische Funktion allocate
dient dann der konkreten Speicherallokation im Aktionsteil des Programmes, also u.a. der Festlegung der konkreten Feldgröße. Der reservierte Speicherplatz kann mit der Funktion deallocate
auch wieder freigegeben werden.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none real, dimension(:), allocatable :: arr ! dynamisches eindimensionales Feld integer :: status ! Allokation allocate(arr(0:9), stat=status) ! Feld mit Werten belegen, ! .... ! .... ! Deallokation deallocate(arr, stat=status) end program bsp |
Die Statusvariable sollte nach Ausführung der Allokationsfunktionen jeweils den Wert 0 aufweisen. Andere Werte stehen für eine Fehlermeldung.
Die Funktion allocated()
hilft bei der Überprüfung des Allokationsstatus eines Feldes. Ist für das abgefragte Feld bereits Speicherplatz allokiert, dann liefert die Funktion .TRUE.
, ansonsten .FALSE.
! ... if (.not. allocated(arr)) then allocate(arr(groesse), stat=s) end if ! ...
Weitere Funktionen bezüglich Feldern sind im Kapitel Standardfunktionen aufgelistet.
Mehrdimensionale Felder
[Bearbeiten]Für mehrdimensionale Felder gelten die gleichen Varianten wie für eindimensionale Felder. Die Speicherreihenfolge ist spaltenorientiert. Das bedeutet, der erste Index variiert am schnellsten:
Ein mehrdimensionales Feld kann auch in Fortran 90/95 maximal 7-dimensional gestaltet werden.
Beispiel: Ein 2-dimensionales Feld
[Bearbeiten]Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none character(10), dimension(0:9, 2:5) :: arr arr(0, 2) = 'Hallo' arr(1, 2) = 'Welt' ! ... arr(9, 5) = 'Universum' write (*,*) arr(0, 2) ! Ausgabe: Hallo write (*,*) arr(9, 5) ! Ausgabe: Universum end program bsp |
Beispiel: Spaltenorientierte Speicherreihenfolge
[Bearbeiten]Die 3x3-Matrix soll in ein Fortran-Programm eingelesen und wieder komplett ausgegeben werden. Zusätzlich soll auch der Wert des Feldelementes a23 (2. Zeile, 3.Spalte, Wert=-2) separat ausgegeben werden.
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer, dimension(3,3) :: arr(3,3) ! Feldelemente einlesen write (*,*) 'Werte (spaltenorientierte Eingabe):' read (*,*) arr ! Komplettes Feld ausgeben write (*,*) 'Gesamtfeld = ' , arr ! a23 ausgeben write (*,*) 'a23 = ', ARR(2,3) end program bsp |
Ein-/Ausgabe:
Werte (spaltenorientierte Eingabe): 1 40 -1 -5 3 9 0 -2 65 Gesamtfeld = 1 40 -1 -5 3 9 0 -2 65 a23 = -2
Feldinitialisierung
[Bearbeiten]Felder lassen sich auch gleich bei der Deklaration mit Werten initialisieren.
Array constructor
[Bearbeiten]Bei eindimensionalen Feldern kann die Feldinitialisierung direkt mittels array constructor erfolgen.
Beispiel:
real, dimension(5) :: arr = (/1.1, 1.2, 1.3, 2.1, 2.4/)
Reshape
[Bearbeiten]Für mehrdimensionale Felder besteht die Möglichkeit der direkten Verwendung des array constructors nicht.
Stattdessen kann eine derartige Initialisierung über den Umweg der reshape
-Funktion geschehen.
Beispiel: Die Matrix
7 8 9 7 8 9
soll in einem 2D-Feld gespeichert werden.
integer, dimension(2,3) :: arr = reshape( (/7, 7, 8, 8, 9, 9/), (/2, 3/) )
Teilfelder
[Bearbeiten]Ähnlich wie das schon in FORTRAN 77 bei Zeichenketten möglich war, können nun auch Teilfelder direkt angesprochen werden.
Prinzip | Beschreibung |
---|---|
feldname (anfang:ende) | von anfang bis ende |
feldname (:ende) | vom 1. Feldelement bis ende |
feldname (anfang:) | von anfang bis zum letzten Feldelement |
|
Beispiel: Eindimensionale Felder
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none character(2), dimension(5) :: arr = (/'A1', 'A2', 'A3', 'A4', 'A5'/) integer, dimension(-3:1) :: i = (/-30, -20, -10, 0, 10/) write (*,*) arr(2:4) ! Ausgabe: A2A3A4 write (*,*) arr(2:) ! Ausgabe: A2A3A4A5 write (*,*) arr(:3) ! Ausgabe: A1A2A3 write (*,*) arr(1) ! Ausgabe: A1 write (*,*) arr ! Ausgabe: A1A2A3A4A5 write (*,*) i(-2:0) ! Ausgabe: -20 -10 0 end program bsp |
Arithmetische Ausdrücke
[Bearbeiten]
Arithmetische Operatoren
[Bearbeiten]Fortran 95 kennt wie FORTRAN 77 folgende arithmetische Operatoren
Operator | Kommentar |
---|---|
+ | Addition |
- | Subtraktion |
* | Multiplikation |
/ | Division |
** | Exponentiation |
Operatorenpriorität
[Bearbeiten]Die Prioriät der arithmetischen Operatoren entspricht den mathematischen Konventionen.
- Klammerung vor allem anderen, z.B.
(a+b)*c
a*c+b*c
- Exponentiation vor Punktrechnung, z.B.
a*b**c
a*(b**c)
- Punktrechnung vor Strichrechnung, z.B.
a+b*c
a+(b*c)
Berechnungsfolge bei gleicher Priorität
[Bearbeiten]- Klammerung, Punktrechnung und Strichrechnung:
Beispiel:a*b/c*d
((a*b)/c)*d
- Exponentiation:
Beispiel:a**b**c
a**(b**c)
Außerdem ist zu beachten, dass niemals zwei Operatoren direkt aufeinander folgen dürfen.
Beispiel: Der Ausdruck 1.5**-1
ist in Fortran 95 falsch und führt zu einer Fehlermeldung. Richtig ist 1.5**(-1)
Ergebnisdatentyp
[Bearbeiten]Operanden gleichen Datentyps
[Bearbeiten]Bei Operanden gleichen Datentyps erhält das Ergebnis den Datentyp der Operanden.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none real :: a a = 3/2 ! 3 ist ein integer und 2 ist auch ein integer, ! daher muss das Ergebnis auch ein integer sein, also 1. ! Die Zuweisung an die real-Variable a stellt das ! Ergebnis nicht mehr richtig. write(*,*) a ! Ausgabe: 1.00000 end program bsp |
Implizite Typumwandlung bei Operanden gemischten Datentyps
[Bearbeiten]Weisen die Operanden unterschiedliche Datentypen auf, so wird bei jeder Operation, falls nötig, das Ergebnis dem höherwertigen Datentyp angepasst.
integer real complex |
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none real :: a a = 3/2. ! 2. ist ein real. Jetzt stimmt das Ergebnis. write (*,*) a ! Ausgabe: 1.500000 end program bsp |
Explizite Typumwandlung
[Bearbeiten]Fortran 95 besitzt auch Funktionen zur expliziten Umwandlung des Datentyps. Diese werden im Kapitel Standardfunktionen näher beschrieben.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none real :: r complex :: c r = 2. c = cmplx(r) write (*,*) c ! Ausgabe: ( 2.000000 , 0.000000 ) end program bsp |
Logische Ausdrücke
[Bearbeiten]
Logische Ausdrücke können zwei Zustände annehmen, .TRUE.
oder .FALSE.
.
Logische Operatoren
[Bearbeiten]Operator | Kommentar |
---|---|
.NOT. | logisches NICHT |
.AND. | logisches UND |
.OR. | logisches ODER |
.EQV. | logische Äquivalenz |
.NEQV. | logische Antivalenz |
Wahrheitstafel
[Bearbeiten]a | b | .NOT. a | a .AND. b | a .OR. b | a .EQV. b | a .NEQV. b |
---|---|---|---|---|---|---|
.TRUE. | .TRUE. | .FALSE. | .TRUE. | .TRUE. | .TRUE. | .FALSE. |
.TRUE. | .FALSE. | .FALSE. | .FALSE. | .TRUE. | .FALSE. | .TRUE. |
.FALSE. | .TRUE. | .TRUE. | .FALSE. | .TRUE. | .FALSE. | .TRUE. |
.FALSE. | .FALSE. | .TRUE. | .FALSE. | .FALSE. | .TRUE. | .FALSE. |
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none logical :: l l = .TRUE. write(*,*) .NOT. l ! Ausgabe: F end program bsp |
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none logical :: a, b a = .TRUE. b = .FALSE. write (*,*) a .NEQV. b ! Ausgabe: T end program bsp |
Operatorenpriorität
[Bearbeiten]- Klammerung () bindet am stärksten
.NOT.
.AND.
.OR.
.EQV.
, bzw..NEQV.
Vergleichsausdrücke
[Bearbeiten]
Vergleichsoperatoren
[Bearbeiten]Zum Vergleichen zweier arithmetischer Ausdrücke oder von Strings gibt es Vergleichsoperatoren. Das Ergebnis eines Vergleichs ist ein logischer Wert (.TRUE.
oder .FALSE.
).
Operator in Fortran 95 | Operator in FORTRAN 77 | Kommentar |
---|---|---|
< | .LT. | less than (kleiner als, <) |
<= | .LE. | less equal (kleiner gleich, <=) |
> | .GT. | greater than (größer als, >) |
>= | .GE. | greater equal (größer gleich, >=) |
== | .EQ. | equal (gleich, ==) |
/= | .NE. | not equal (ungleich, !=) |
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer :: a, b a = 5 b = 6 write (*,*) A < B ! Ausgabe: T end program bsp |
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none character(len=5) :: a, b a = "Halli" b = "Hallo" write (*,*) a < b ! Ausgabe: T end program bsp |
Operatorenpriorität
[Bearbeiten]- Klammerung
- Arithmetische Operatoren
- Vergleichsoperatoren
- Logische Operatoren
Stringoperationen
[Bearbeiten]
Verknüpfungsoperator
[Bearbeiten]Operator | Kommentar |
---|---|
// | Operator zum Verknüpfen von Strings |
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none character(len=4) :: a character(len=10) :: b a = 'How ' b = 'do you do.' write(*,*) a // b ! Ausgabe: How do you do. end program bsp |
Teilketten
[Bearbeiten]Ein String ist ein character
-Feld. Auf die Stringelemente kann wie in einem Feld zugegriffen werden.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none character(10) :: a a='Hallo Welt' write(*,*) a(2:4) ! Ausgabe: all write(*,*) a(5:) ! Ausgabe: o Welt write (*,*) a(:3) ! Ausgabe: Hal end program bsp |
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none character(10) :: a a='Hallo Welt' a(7:) = 'XYZ' write(*,*) a ! Ausgabe: Hallo XYZ end program bsp |
Verzweigungen und Schleifen
[Bearbeiten]
Einleitung
[Bearbeiten]Neben der sequentiellen Programmausführung bietet Fortran 90/95 andere grundlegende Kontrollstrukturen zur Steuerung des Programmablaufs.
Verzweigungen | Schleifen | Terminierung |
---|---|---|
|
|
|
Zwecks komfortabler Manipulation von Feldinhalten stehen zusätzliche Spezialkonstrukte zur Verfügung:
|
All diese Programmelemente werden in diesem Kapitel detailliert dargestellt. Neben den genannten Steuerkonstrukten sind in Fortran 90/95 auch noch das berüchtigte goto
und einige als veraltet gekennzeichnete Sprunganweisungen möglich. Fortran 90 und Fortran 95 unterscheiden sich in Details bei Schleifen und Verzweigungen. Da Fortran 90 durch Fortran 95 bzw. beide durch den Fortran 2003-Standard abgelöst wurden, wird auf die Unterschiede nicht näher eingegangen.
if-Verzweigungen
[Bearbeiten]Der if-Einzeiler
[Bearbeiten]Form | Strukturbild | |
---|---|---|
|
Der if-Einzeiler oder das "if statement" ist die einfachste Form, um in Fortran-Programmen eine Verzweigung zu realisieren. Ist der angegebene logische Ausdruck wahr, dann wird die Anweisung ausgeführt, sonst nach dem if-Einzeiler mit der Programmausführung fortgesetzt. Dieses Konstrukt kann nur eine einzelne Anweisung verdauen!
Die gesamte if-Struktur inklusive Anweisung muss in einer Zeile angegeben werden. Eine konventionelle Zeilenfortsetzung mit dem &-Zeichen ist aber möglich. Einige Anweisungen sind nicht erlaubt. So kann die Anweisung nicht wieder ein "if statement" sein (geschachtelte if-Einzeiler). Ebenso darf der Anweisungsteil nicht aus end program
, end function
oder end subroutine
bestehen.
Beispiel:
program bsp
implicit none
integer :: i
i = 2
! Der logische Ausdruck ist .true. , "Hallo" wird ausgegeben
if (i == 2) print *, 'Hallo'
! Das funktioniert nicht und ist deshalb auskommentiert
! if (i == 2)
! print *, 'Hallo'
! So geht's aber
if (i == 2) &
print *, 'Hallo'
! Folgendes wiederum wird nicht das ev. erhoffte Resultat zeigen (= keine
! Ausgabe, da der logische Ausdruck .false.) Die durch Strichpunkt
! abgetrennte write-Anweisung gehört nicht mehr zum "if statement",
! sondern ist schon eine eigenständige Anweisung ausserhalb des
! if-statements
if (i == 3) print *, 'Hallo 1'; print *, 'Hallo 2'
! Ausgabe:
! Hallo
! Hallo
! Hallo 2
end program
if-then
[Bearbeiten]Kurzform | Langform | Strukturbild | ||
---|---|---|---|---|
|
|
Das if-then-Konstrukt erlaubt eine konventionelle einseitige Verzweigung. Im Gegensatz zum if-Einzeiler ist hier ein Anweisungsblock mit beliebig vielen Anweisungen erlaubt. Einem if-then-Konstrukt, wie auch den meisten nachfolgenden Verzweigungs- und Schleifentypen, kann eine Bezeichnung mitgegeben werden.
Beispiel:
program bsp
implicit none
integer :: i
i = 2
if (i == 2) then
print *, 'Hallo1'
end if
CHECKIT: if (i /= 3) then
print *, 'Hallo2'
exit CHECKIT
print *, 'Hallo3' ! <- wird nicht mehr ausgefuehrt
end if CHECKIT
! Ausgabe:
! Hallo1
! Hallo2
end program
if-then-else
[Bearbeiten]Dies ist eine typische zweiseitige Verzweigung. Je nachdem, ob die Bedingung zu wahr oder falsch ausgewertet wird, wird der if- oder der else-Anweisungsblock ausgeführt, um nach dem Verzweigungsende wieder den gleichen Programmcode abzuarbeiten. Bei der Langform (benanntes if-then-else-Konstrukt) ist übrigens auch noch eine andere Variante möglich. So könnte der Bezeichner name
nach else
auch weggelassen werden. Nach dem end if
ist er, sofern die benannte Form gewählt wurde, aber auf jeden Fall anzugeben.
Beispiel:
program bsp
implicit none
real :: t, tc, tr
character :: conv
print *, "Gib Temperatur in Kelvin ein:"
read (*,*) t
CHECKRANGE: if (t >= 0.0) then
print *, "Umrechnung (c -> in Celsius, anderes Zeichen -> in Rankine):"
read (*,*) conv
if (conv == "c") then
tc = t - 273.15
print *, tc
else
tr = 1.8 * t
print *, tr
end if
else CHECKRANGE
print *, "Fehler: t < 0.0 K"
end if CHECKRANGE
end program
else-if
[Bearbeiten]Kurzform | Langform | ||
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Strukturbild |
Das ist die allgemeinste Form der if-Verzweigung und wird im Fortran-Standard als "if construct" bezeichnet. Die vorher beschriebenen Formen sind nur vereinfachte Spezialfälle dieses Verzweigungstyps.
Beispiel:
program bsp
implicit none
integer :: i
print *, "Gib eine natuerliche Zahl ein:"
read (*,*) i
! *** Langform ***
I999: if (i == 1) then
print *, "A"
else if ((i > 1) .and. (i <= 5)) then I999
print *, "BCDE"
else if ((i > 5) .and. (i <= 11)) then I999
print *, "FGHIJK"
else I999
print *, "L-Z"
end if I999
! *** Das Gleiche in Kurzform ***
if (i == 1) then
print *, "A"
else if ((i > 1) .and. (i <= 5)) then
print *, "BCDE"
else if ((i > 5) .and. (i <= 11)) then
print *, "FGHIJK"
else
print *, "L-Z"
end if
end program
Die select case-Verzweigung
[Bearbeiten]Kurzform | Langform | Strukturbild | ||
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Eine andere Möglichkeit zur Erstellung von Verzweigungen stellt die "select case"-Steueranweisung (das "case construct") bereit. Die variable
kann vom Typ integer
, logical
oder character
sein. Die Fälle werden durch Konstanten repräsentiert. Es muss nicht jeder Fall einzeln angeschrieben werden. Fälle, die zwar die gleichen Aktionen ausführen sollen, aber durch verschiedene Konstanten dargestellt werden, können zu einem Fall zusammengezogen werden. Optional kann auch noch ein "Default"-Fall angegeben werden.
Möglichkeiten um Fälle festzulegen:
n | Einzelne Konstante | gleich n |
n1, n2, n3 | Fallliste | n1 oder n2 oder n3 |
n: | Bereich | von n bis ... |
:m | Bereich | von ... bis m |
n:m | Bereich | von n bis m |
Die in der Tabelle gelisteten Alternativen können natürlich auch kombiniert werden, z.B. eine Liste aus Einzelkonstanten und Bereichen. Bei logischem Datentyp ist die Angabe von Bereichen natürlich unsinnig.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer :: i read( *, * ) i select case( i ) case( :111 ) write( *, * ) 'Fall 1' case( 112:332, 334 ) write( *, * ) 'Fall 2' case( 333 ) write( *, * ) 'Fall 3' case default write( *, * ) 'unspezifiziertes Ereignis' end select ! Ausgabe (Eingabe: 222): ! Fall 2 ! Ausgabe (Eingabe: -5): ! Fall 1 ! Ausgabe (Eingabe: 333): ! Fall 3 ! Ausgabe (Eingabe: 5000): ! unspezifiziertes Ereignis end program bsp |
do-Schleifen
[Bearbeiten]Fortran kennt nur einen allgemeinen Schleifentyp – die do-Schleife. Diese do-Schleife gibt es aber in verschiedenen Ausprägungen, so dass damit ziemlich alle denkbaren Einsatzfälle abgedeckt sind.
Im Prinzip haben alle do-Schleifen die Form
do [...] ... end do |
do-if-exit
[Bearbeiten]Kurzform | Langform | Strukturbild | ||
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Lässt man den anweisungsblock1
weg, dann erhält man eine kopfgesteuerte Schleife. Entfällt der anweisungsblock2
, so ist die Schleife fußgesteuert. Ohne Abbruchbedingung ist dies eine Endlosschleife.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer :: i = 1 do write( *, * ) i i = i + 1 if( i > 10 ) exit end do write( * , * ) "Die do-Schleife wurde beendet" ! Ausgabe ! 1 ! 2 ! ... ! 10 ! Die do-Schleife wurde beendet end program bsp |
Die do-Zählschleife
[Bearbeiten]Kurzform | Langform | ||
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Strukturbild |
Zählvariable, Startwert, Endwert und Schrittweite müssen vom Typ integer
sein. Die Zählvariable darf in der Schleife nicht manipuliert werden. Wird die Schrittweite nicht explizit vorgegeben, so hat sie den Wert 1.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer :: i do i = 1, 10 write( *, * ) i end do ! Zeilenweise Ausgabe der Zahlen 1 bis 10 end program bsp |
do while
[Bearbeiten]Kurzform | Langform | Strukturbild | ||
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Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer :: i i = 0 do while( i < 5 ) write( *, * ) i i = i + 1 end do ! Die Zahlen 0 bis 4 werden ausgegeben end program bsp |
Die implizite do-Liste
[Bearbeiten]Bei Eingabe oder Ausgabe ist die Angabe einer impliziten do-Liste möglich.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer :: i write( *, * ) ( 'Hallo', i = 1, 10 ) ! Ausgabe: HalloHalloHalloHalloHalloHalloHalloHalloHalloHallo end program bsp |
Spezialkonstrukte für Felder
[Bearbeiten]where
[Bearbeiten]Sollen in Feldern Elemente manipuliert werden, so können die where
-Anweisungen (das "masked array assignment") hilfreich sein. Dabei lassen sich Feldelementen in Abhängigkeit von vorgegebenen Bedingungen (Maske) neue Werte zuweisen.
Der where-Einzeiler
[Bearbeiten]Form | |
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Das "where statement" muss komplett in eine Zeile geschrieben werden, wobei Zeilenumbrüche mit dem &-Zeilenumbruchsmarker jedoch erlaubt sind. Für komplexere Probleme ist das im nächsten Abschnitt vorgestellte "where construct" (where-elsewhere) vorgesehen.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer, dimension(5) :: arr = (/ 5, 1, -1, 1, 7 /) write( *, * ) arr ! Ausgabe: 5 1 -1 1 7 where( arr >= 3 ) arr = 99999 write(*,*) arr ! Ausgabe: 99999 1 -1 1 99999 end program bsp |
where-elsewhere
[Bearbeiten]Kurzform | Langform | ||
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Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer, dimension(10) :: arr = (/ 5, 1, -1, 1, 7, -3, 7, 6, -9, 8 /) where( arr <= 0 ) arr = 0 elsewhere( arr > 0 .and. arr <= 3 ) arr = 1 elsewhere arr = 2 end where write(*,*) arr ! Ausgabe: 2 1 0 1 2 0 2 2 0 2 end program bsp |
forall
[Bearbeiten]Auch die forall
-Schleife ist für den Einsatz bei Feldern gedacht. Im Gegensatz zum "where construct" werden hier die ausgewählten Feldelemente in erster Linie über die Indizes und erst in zweiter Linie über den Wert bestimmt.
Der forall-Einzeiler
[Bearbeiten]Formen | |
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Die erste angegebene Form ist für eindimensionale Felder gedacht, die zweite für mehrdimensionale Felder. Über subscript
kann der Indexbereich festgelegt werden. Das optionale stride
gibt die Schrittweite vor. Wird dieser Wert nicht angegeben, so ist die Schrittweite = 1.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer, dimension(5) :: a = (/ 1, 2, 3, 4, 5 /) integer, dimension(2, 2) :: b = reshape( (/ 0, 2, -1, 5 /), (/ 2, 2 /) ) integer :: i, j forall( i = 1:3 ) a(i) = 0 write( *, * ) a ! Ausgabe: 0 0 0 4 5 forall( i = 1:5:2 ) a(i) = -1 write( *, * ) a ! Ausgabe: -1 0 -1 4 -1 forall( i = 1:5 ) a(i) = max ( a(i), 3 ) write( *, * ) a ! Ausgabe: 3 3 3 4 3 forall( i = 1:2, j = 2:2 ) b(i, j) = -9 write( *, * ) b ! Ausgabe: 0 2 -9 -9 end program bsp |
Aber das ist nicht alles, was der forall-Einzeiler zustande bringt. Zusätzlich zur Feldelementbestimmung über Indexbereiche kann auch eine Maske vorgegeben werden. Die forall-Schleife ist also auch eine erweiterte where-Anweisung.
Form | |
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Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer, dimension(5) :: a = (/ 1, 2, 3, 4, 5 /) integer :: i, j forall( i = 1:4, a(i) > 2 ) a(i) = 0 write( *, * ) a ! Ausgabe: 1 2 0 0 5 end program bsp |
Bei der Verwendung von forall-Anweisungen sind einige Prämissen zu beachten. So müssen nebst anderem in Masken oder im Anweisungsbereich verwendete Funktionen pure
sein. Was das genau bedeutet wird später im Kapitel Unterprogramme erläutert
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer, dimension(5) :: a = (/ 1, 2, 3, 4, 5 /) integer :: i ! Die Funktion berechne_1() darf nicht innerhalb einer forall-Anweisung ! aufgerufen werden, da sie nicht "pure" ist ! forall( i = 1:4, a(i) > 2 ) a(i) = berechne_1( a(i) ) ! FEHLERMELDUNG ! Die Funktion berechne_2 macht das Gleiche wie berechne_1(), ! ist aber als "pure" gekennzeichnet und darf in der forall-Anweisung ! aufgerufen werden forall( i = 1:4, a(i) > 2 ) a(i) = berechne_2( a(i) ) ! OK write( *, * ) a ! Ausgabe: 1 2 9 12 5 contains integer function berechne_1( val ) integer, intent( in ) :: val integer :: res res = val * 3 berechne_1 = res end function berechne_1 pure integer function berechne_2( val ) integer, intent( in ) :: val integer :: res res = val * 3 berechne_2 = res end function berechne_2 end program bsp |
Das "forall construct"
[Bearbeiten]Kurzform |
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Langform |
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Es gilt im Prinzip das gleiche wie für den forall-Einzeiler. Es sind innerhalb der Schleife eben mehrere Anweisungen erlaubt. Es gelten auch die Formen für mehrdimensionale Felder und mit Vorgabe einer Maske. Diese sind in diesem Abschnitt aber nicht mehr explizit angeführt.
Terminierung
[Bearbeiten]stop
[Bearbeiten]Die stop
-Anweisung beendet das Programm.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none write( *, * ) 'Vor Stop-Statement' stop write( *, * ) 'Nach Stop-Statement' ! Ausgabe: ! Vor Stop-Statement end program bsp |
Der stop-Anweisung kann auch ein "stop-code" mitgegeben werden. Dieser "stop-code" kann eine Ganzzahl (maximal 5-stellig) oder eine Zeichenkette sein. Der "stop-code" wird bei der Programmtermination ausgegeben. Wo die Ausgabe erfolgt und wie sie aussieht ist aber betriebssystem- und compilerabhängig.
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer :: i read( *, * ) i if( i == 1 ) then stop 999 else stop "Sonstiger Stop" end if ! Ausgabe (bei Eingabe von 1): ! ifort (Linux): ! 999 ! gfortran, g95 (Linux): ! STOP 999 ! Sun f95 (Linux): ! STOP: 999 end program bsp |
exit
[Bearbeiten]Mit der Anweisung exit
kann eine do-Schleife verlassen werden. Wird eine do-Schleife mit einer Bezeichnung versehen, so kann bei der exit
-Anweisung explizit auf die benannte Schleife Bezug genommen werden. Wird kein Schleifenname angegeben, so bezieht sich die exit
-Anweisung immer auf die innerste Schleife, mit der sie im Zusammenhang steht.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer :: i, j outerloop: do i = 1, 5 write( *, * ) "Outer", i, "Beginn" innerloop: do j = 1, 3 if( i == 1 ) exit if( i == 2 ) exit innerloop if( i == 4 ) exit outerloop write( *, * ) "Inner", j end do innerloop write( *, * ) "Outer", i, "Ende" end do outerloop ! Ausgabe: ! Outer 1 Beginn ! Outer 1 Ende ! Outer 2 Beginn ! Outer 2 Ende ! Outer 3 Beginn ! Inner 1 ! Inner 2 ! Inner 3 ! Outer 3 Ende ! Outer 4 Beginn end program bsp |
cycle
[Bearbeiten]Mit cycle
wird der aktuelle do-Schleifendurchlauf beendet und wieder zum Schleifenkopf gesprungen. Wird eine do-Schleife mit einer Bezeichnung versehen, so kann bei der cycle
-Anweisung explizit auf die benannte Schleife Bezug genommen werden. Wird kein Schleifenname angegeben, so bezieht sich die cycle
-Anweisung immer auf die innerste Schleife, mit der sie im Zusammenhang steht.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer :: i, j outerloop: do i = 1, 5 write( *, * ) "Outer", i, "Beginn" innerloop: do j = 1, 3 if( i == 1 ) cycle outerloop if( i == 4 ) cycle innerloop if( i == 5 ) cycle write( *, * ) "Inner", j end do innerloop write( *, * ) "Outer", i, "Ende" end do outerloop ! Ausgabe: ! Outer 1 Beginn ! Outer 2 Beginn ! Inner 1 ! Inner 2 ! Inner 3 ! Outer 2 Ende ! Outer 3 Beginn ! Inner 1 ! Inner 2 ! Inner 3 ! Outer 3 Ende ! Outer 4 Beginn ! Outer 4 Ende ! Outer 5 Beginn ! Outer 5 Ende end program bsp |
Datentypen höherer Genauigkeit
[Bearbeiten]
Fortran 95 bietet für die Festlegung von Datentypen höherer Genauigkeit einen neuen Ansatz.
Einfache Variante
[Bearbeiten]Mittels kind
(dt.: Art, Sorte, Gattung, Wesen) kann die Genauigkeit bzw. der Wertebereich eines Datentyps festgelegt werden. Die einfache Variante ist aber system- und compilerabhängig.
datentyp (kind=wert) :: var |
Kurzform:
datentyp (wert) :: var |
Für wert
ist meist (aber nicht immer) die Anzahl der Bytes einzusetzen. Literale eines solchen Datentyps sind mit einem entsprechenden Anhängsel zu kennzeichnen, z.B.:
- 3.141592654_8
- -4.9e55_8
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none real(kind=8) :: variable ! variable ist nun vom Datentyp "double precision" variable = 1.55555555555_8 write(*,*) variable ! Ausgabe: 1.55555555555000 ! Hier wird nur eine gewöhnliche real-Zahl mit 7 Nachkommastellen ! zugewiesen variable = 1.55555555555 write(*,*) variable ! Ausgabe: 1.55555558204651 end program bsp |
System- und compilerunabhängige Variante
[Bearbeiten]Das kind
-Attribut darf über eine Konstante oder eine benannte Konstante belegt werden. So kann statt
real(kind=8) :: var
auch
integer, parameter :: dp = 8 real(kind=dp) :: var
geschrieben werden. Der entsprechende kind
-Wert ist auch per Funktion ermittelbar. Die Variable var
integer, parameter :: dp = kind(0.0d0) real(kind=dp) :: var
ist in diesem Beispiel somit vom Datentyp double precision
. Das ist schon compilerunabhängig verwendbarer Fortran-Code.
Nachfolgend wird die selected_real_kind(p, r)
-Funktion vorgestellt, die durch Vorgabe der gewünschten Nachkommastellen und/oder des Exponentenmaximalwertes einen potentiell geeigneten kind
-Wert für Gleitkommazahlen ermittelt.
selected_real_kind
[Bearbeiten]integer, parameter :: name = selected_real_kind(anzahl_nachkommastellen, max_exponentenwert) |
Die Funktion selected_real_kind
gibt einen Wert zurück, der alle Gleitkommazahlen mit mindestens anzahl_nachkommastellen
Dezimalstellen Genauigkeit und einem Exponentenbereich von max_exponentenwert
berücksichtigt. Gibt es keinen solchen systemspezifischen Wert, so wird einer der folgenden Werte zurückgegeben:
- -1 ... die geforderte Anzahl an Dezimalstellen ist nicht verfügbar
- -2 ... der Exponentenbereich ist nicht verfügbar
- -3 ... nichts von beidem ist verfügbar
Wird eine solche Konstante mit negativem Wert nachfolgend als kind-Wert bei der Deklaration einer Variablen, Konstanten etc. verwendet, so führt dies in aller Regel zu einer Fehlermeldung bereits beim Kompiliervorgang.
Es ist auch möglich die selected_real_kind
-Funktion mit nur einem Argument aufzurufen. Die Argumente sind mit p
(für precision) bzw. r
(für range) benannt.
Beispiele:
integer, parameter :: dp = selected_real_kind(r=60)
integer, parameter :: dp = selected_real_kind(p=15)
integer, parameter :: ultrap = selected_real_kind(1000, 5000) ! liefert höchstwahrscheinlich ! die negative Zahl -3
Variablendeklaration
[Bearbeiten]real (kind=name) :: variable |
Kurzform:
real (name) :: variable |
Beispiel:
integer, parameter :: dp = selected_real_kind(r=60) real(kind=dp) :: var
Konstanten
[Bearbeiten]zahl_name |
Literale eines solchen Datentyps sind mit dem im Programmcode festgelegten charakteristischen Anhängsel zu kennzeichnen, z.B.:
- 3.141592654_dp
- -4.9e55_dp
Beispiel
[Bearbeiten]Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer, parameter :: dp = selected_real_kind(15, 300) real(kind=dp) :: variable variable = 1.5555555555_dp / 2_dp write(*,*) variable ! Ausgabe: 0.777777777750000 write(*,*) kind(variable) ! Ausgabe: 8 end program bsp |
Datenverbund
[Bearbeiten]
Einleitung
[Bearbeiten]Datenelemente lassen sich auch zu eigenen zusammengesetzten Datentypen verbinden. Der Datenverbund ist in anderen Programmiersprachen auch als Struktur (structure, struct) bekannt. Der Fortran 95-Standard spricht vom "derived type", also einem abgeleiteten Datentyp. Zulässig als Komponenten eines Datenverbundes sind Skalare, Felder, Zeiger oder auch andere Datenverbunde. Ein Datenverbund ist durch das Schlüsselwort type
gekennzeichnet und kann in folgenden Formen auftreten
|
|
Die Elemente in eckigen Klammern sind optional. Die Angabe eines Zugriffsspezifizierers (public
, private
) ist nur bei Verwendung von Datenverbunden in Modulen erlaubt.
Einen Datenverbund anlegen
[Bearbeiten]type :: name [sequence] ! optional sequentielle Speicherplatzablage datentyp :: komponentenname_1 ! ... datentyp :: komponentenname_n end type [name] |
Beispiel (Programmausschnitt):
Fortran 90/95-Code (free source form) |
! ... type :: koord integer :: id real, dimension(3) :: x end type koord ! ... |
Eine Variable vom Typ "Datenverbund" anlegen
[Bearbeiten]Die Variablendeklaration erfolgt in der Form
type( name ) :: var |
Beispiel (Programmausschnitt):
Fortran 90/95-Code (free source form) |
! ... type :: koord integer :: id real, dimension(3) :: x end type koord type( koord ) :: k ! ... |
Zugriff auf Einzelkomponenten eines Datenverbunds
[Bearbeiten]Eine Einzelkomponente in einem Datenverbund lässt sich als Kombination des Datenverbundvariablenbezeichners und des Komponentennamen ansprechen. Verknüpft werden diese beiden Bezeichner mit dem %
-Zeichen.
var%komponentenname |
Beispiel (Programmausschnitt):
Fortran 90/95-Code (free source form) |
! ... type :: koord integer :: id real, dimension(3) :: x end type koord type( koord ) :: k k%id = 999 k%x(1) = 0.0 k%x(2) = 20.5 k%x(3) = 10.0 write( *, * ) k%x(2) ! ... |
Zugriff auf einen Datenverbund als Ganzes
[Bearbeiten]Ein Datenverbund kann in bestimmten Situation nicht nur komponentenweise angesprochen werden, sondern auch als Einheit, z.B. bei der Ein-/Ausgabe oder beim Zuweisen der Werte einer Datenverbundvariablen an eine andere.
Beispiel (Programmausschnitt):
Fortran 90/95-Code (free source form) |
! ... type :: koord integer :: id real, dimension(3) :: x end type koord type( koord ) :: k1, k2 read( *, * ) k1 k2 = k1 write( *, * ) k2 ! ... |
Elemente eines Datenverbunds initialisieren
[Bearbeiten]Default-Werte im Datenverbund setzen
[Bearbeiten]Innerhalb eines Datenverbundes lassen sich die einzelnen Variablen mit Vorgabewerten belegen, z.B.
integer :: i = 5 character, dimension( 2, 2 ) :: c = reshape( (/ "A", "B", "C", "D" /), (/ 2, 2 /) )
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none type :: koord integer :: id = -999999 real, dimension( 3 ) :: x = 0.0 end type koord type( koord ) :: k write( *, * ) k ! Ausgabe: ! -999999 0.0 0.0 0.0 end program bsp |
Der "structure constructor"
[Bearbeiten]Die Initialisierung der Datenverbundelemente bzw. eine spätere Wertzuweisung kann auch per "structure constructor" ("derived type value constructor") vorgenommen werden.
name( wertliste ) |
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none type :: koord integer :: id real, dimension( 3 ) :: x end type koord type( koord ) :: k = koord( 12, (/ 0.0, 1.5, 20.5 /) ) write( *, * ) k k = koord( 13, (/ 5.5, 0.0, 0.5 /) ) write( *, * ) k ! Ausgabe: ! 12 0.0 1.5 20.5 ! 13 5.5 0.0 0.5 end program bsp |
Enthält ein Datenverbund bereits Variablen mit Vorgabewerten, so werden diese durch die Werte im "structure constructor" überschrieben.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none type :: person character(25) :: vorname = 'NN' character(25) :: nachname = 'NN' integer :: alter end type person type(person), dimension(5) :: p p(1) = person('Harri', 'P.', 41) p(5) = person('Creszenzia', 'T.', 18) write(*, fmt=111) p ! Ausgabe: ! Harri P. 41 ! NN NN 0 ! NN NN 0 ! NN NN 0 ! Creszenzia T. 18 write(*,*) p(1)%vorname ! Ausgabe: ! Harri p(2)%vorname = 'Holger' write(*, '(A)') p%vorname ! Ausgabe: ! Harri ! Holger ! NN ! NN ! Creszenzia 111 format(2A, I3) end program bsp |
Beispiel: Verwendung eines Datenverbunds in einem anderen Datenverbund
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none type :: tripel real :: x, y, z end type tripel type :: koerper integer :: id type( tripel ) :: bezugskoordinate type( tripel ) :: orientierung end type koerper type( koerper ) :: k k = koerper( 1005, tripel( 10.5, 0.0, -6.5 ), tripel( 0.0, 0.0, -0.8 ) ) write( *, * ) k ! Ausgabe: ! 1005 10.50000 0.000000 -6.500000 0.000000 ! 0.000000 -0.8000000 end program bsp |
Das Attribut sequence
[Bearbeiten]Im Datenverbund kann zu Beginn auch das Attribut sequence
angegeben werden. Dieses spezifiziert, dass die Werte eines Datenverbunds sequentiell gespeichert werden. Wird dieses Attribut weggelassen, so ist nicht gewährleistet, dass die Werte von Datenverbundvariablen in der selben Reihenfolge, wie sie im Datenverbund gereiht wurden im Speicher wiederzufinden sind, oder dass sie zusammenhängend gespeichert werden. Oft wird die Speicherreihenfolge keine wesentliche Rolle spielen. Ein Spezialfall, wo die Speicherreihenfolge jedoch essenziell ist, wird anschließend dargestellt.
Die Verwendung eines Datenverbunds in separaten Programmeinheiten
[Bearbeiten]Ein Datenverbund kann über ein Modul verschiedenen Programmeinheiten bekannt gemacht werden. Dazu aber später. Es ist nämlich auch so möglich in komplett getrennten Programmeinheiten auf ein und denselben Datenverbund-Datentyp zuzugreifen.
Beispiel: Ein ähnliches Beispiel findet sich auch im J3/97-007R2 Working Draft, Note 4.31
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none type :: koord sequence integer :: id real, dimension( 3 ) :: x end type koord type( koord ) :: k = koord( 555, (/ 3.0, 4.0, 5.5 /) ) call ausgabe( k ) ! Ausgabe ! 555 3.0000000 4.0000000 5.5000000 end program bsp subroutine ausgabe( coord ) type :: koord sequence integer :: id real, dimension( 3 ) :: x end type koord type( koord ), intent( in ) :: coord write( *, * ) coord end subroutine ausgabe |
In diesem speziellen Fall muss der Datenverbund lt. Standard mit dem Attribut sequence
versehen werden. Des Weiteren muss der im Hauptprogramm deklarierte Datenverbund komplett identisch mit jenem im Unterprogramm sein (Datenverbundname, Variablenbezeichner, Reihenfolge, Datentypen). In der Praxis sehen das viele Compiler nicht so eng. Allerdings können bei Nichtbeachtung dieser Vorgaben spätestens beim Wechsel des Compilers oder auf andere Rechnerarchitekturen gröbere Probleme auftreten.
Standardfunktionen
[Bearbeiten]Allgemeine Hinweise
[Bearbeiten]Die in den nachfolgenden Abschnitten angeführten Tabellen und Listen geben die im Fortran 95-Working Draft gelisteten intrinsischen Funktionen in simplifizierter Form wieder. Einzelheiten stehen jeweils in Unterkapiteln.
Auch die Standard-Subroutinen wurden berücksichtigt. Die einzelnen Compiler kennen zum Teil wesentlich mehr Funktionen als im Standard vorgegeben. Bei Verwendung solcher Funktionen sind die Programme jedoch nicht mehr quellcodekompatibel. Auf die Wiedergabe solcher compilerspezifischen Funktionen wird hier deshalb verzichtet.
Tabellenlegende
[Bearbeiten]Abkürzung | Beschreibung |
---|---|
i | Integer-Datentyp (integer) |
r | Real-Datentyp (real) |
x | Complex-Datentyp (complex) |
d | Double-precision-Datentyp (real(z, kind(0.0D0))) |
z | beliebiger numerischer Datentyp (integer, real, complex) |
c | Zeichen (character) |
l | Logical-Datentyp (logical) |
any | beliebiger intrinsischer Datentyp |
arr | Feld (Array) |
aarr | dynamisches Feld |
ptr | Zeiger (Pointer) |
Datentypfunktionen
[Bearbeiten]- Umwandlung in INTEGER
- Umwandlung in REAL
- Umwandlung in DOUBLE PRECISION
- Umwandlung in COMPLEX
- Umwandlung in CHARACTER
- kind-Parameter
Einzelheiten siehe Datentypfunktionen
Mathematische Funktionen
[Bearbeiten]- Rundung
- Absolutwert
- Modulo
- Vorzeichentransfer
- Positive Differenz
- Maximum
- Minimum
- Komplexe Zahlen
- Quadratwurzel
- Exponentialfunktion
- Logarithmen
- Winkelfunktionen
- Arkusfunktionen
- Hyperbelfunktionen
Einzelheiten siehe Mathematische Funktionen
Stringfunktionen
[Bearbeiten]- Lexikalische Funktionen
- Sonstige
Einzelheiten siehe Stringfunktionen
Feldfunktionen
[Bearbeiten]- Konstruktion und Umgestaltung von Feldern
- Abfragen von Feldstatus, Felddaten und Feldmetadaten
- Funktionen für Vektoren und Matrizen
- Sonstige
Einzelheiten siehe Feldfunktionen
Zeigerfunktionen
[Bearbeiten]Einzelheiten siehe Zeigerfunktionen
Bitfunktionen
[Bearbeiten]Einzelheiten siehe Bitfunktionen
Weitere Funktionen
[Bearbeiten]Einzelheiten siehe Weitere Funktionen
Intrinsische Subroutinen
[Bearbeiten]Einzelheiten siehe Intrinsische Subroutinen
Unterprogramme
[Bearbeiten]
Werden Programme umfangreicher und komplexer oder werden einzelne Programmabschnitte öfter verwendet, dann ist es sinnvoll Unterprogramme (Prozeduren) zu verwenden. Fortran 95 kennt zwei Typen von Unterprogrammen:
- Funktionen (
function
) - Subroutinen (
subroutine
)
Darüber hinaus existiert in Fortran die Möglichkeit Unterprogramme und Daten mittels Modulen in das Programm einzubeziehen.
Das function
Unterprogramm
[Bearbeiten]Eine Funktion ist ein Unterprogramm, das genau einen Wert zurück gibt. Welcher Art von Datentyp der Wert ist, wird durch eine Zuweisung an den Funktionsnamen erreicht ( z. B. real
).
Die allgemeine Funktionsdeklaration lautet:
datentyp function funktionsname ( [formale parameter] ) Vereinbarungsteil Anweisungsteil funktionsname = wert [return] end function funktionsname |
Wird der Datentyp bei der Funktionsdeklaration nicht angegeben, so muss der Datentyp der Funktion im Vereinbarungsteil festgelegt werden:
function funktionsname ( [formale parameter] ) Vereinbarungsteil datentyp :: funktionsname Anweisungsteil funktionsname = wert [return] end function funktionsname |
Mittels return
kann zur aufrufenden Programmeinheit zurückgekehrt werden. Ein return
unmittelbar vor der end
-Anweisung ist nicht unbedingt erforderlich, da das Programm beim Erreichen der end
-Anweisung zur aufrufenden Programmeinheit zurück springt. Deswegen sollte bei allen neueren Programmen darauf verzichtet werden. Wichtig ist die return
-Anweisung für alternative Rücksprünge zur aufrufenden Programmeinheit.
Eine Funktion wird meist mittels folgender allgemeiner Anweisung von der ausführenden Programmeinheit aufgerufen:
variable = funktionsname( aktuelle parameter ) |
Dabei orientiert sich diese Unterprogrammtechnik direkt an mathematischen Funktionen. Im folgenden Beispiel ruft das Programm test
die Funktion funk
auf, führt das Unterprogramm aus und gibt den entsprechenden Rückgabewert an das Programm test
zurück:
Datei bsp.f95:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program test ! implicit none real :: funk real :: x, y write(*,*) 'x -> ' read(*,*) x y = funk( x ) write(*,*) 'funk -> ', y end program test real function funk( a ) ! implicit none real :: a funk = a**2 end function funk |
Das Unterprogramm funk
kann sich direkt unter der aufrufenden Programmeinheit in der selben Textdatei oder in einer separaten Datei befinden. Befindet sich das Unterprogramm in einer separaten Datei, so muss diese und die aufrufende Programmeinheit zusammen kompiliert werden:
Übersetzung mit gfortran im vorliegenden Fall:
gfortran -o bsp bsp.f95
Übersetzung mit gfortran bei separaten Dateien (bspw.):
gfortran -o bsp bsp.f95 funk.f95
Es ist aber auch möglich eine Funktion nur durch ihren Namen aufzurufen. Der Rückgabewert der Funktion wird dann direkt ausgegeben:
Datei bsp.f95:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program test ! implicit none real :: funk real :: x write(*,*) 'x -> ' read(*,*) x write(*,*) 'funk -> ', funk( x ) end program test real function funk( a ) ! implicit none real :: a funk = a**2 end function funk |
Das subroutine
Unterprogramm
[Bearbeiten]Eine subroutine
ist ein Unterprogramm, das mehr als einen Wert zurückgeben kann. Eine Subroutine besitzt im Gegensatz zu einer Funktion keinen Datentyp und Rückgabewert.
Die allgemeine Deklaration einer Subroutine lautet:
subroutine subroutinenname ([formale parameter]) Vereinbarungsteil Anweisungsteil [return] end subroutine subroutinenname |
Mittels return
kann zur aufrufenden Programmeinheit zurückgekehrt werden. Ein return
unmittelbar vor der end
-Anweisung ist nicht unbedingt erforderlich, da das Programm beim Erreichen der end
zur aufrufendenen Programmeinheit zurück springt. Deswegen sollte bei allen neueren Programmen darauf verzichtet werden. Wichtig ist die return
Anweisung für alternative Rücksprünge zur aufrufenden Programmeinheit.
Aufgerufen wird eine Subroutine aus der aufrufenden Programmeinheit mittels der call
-Anweisung:
call subroutinenname [([aktuelle parameter])] |
Im folgenden Beispiel wird die Subroutine sub
aufgerufen. Diese gibt dann zwei Werte zurück:
Datei bsp.f95
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp ! implicit none real :: x, y, z write( *, * ) 'x -> ' read( *, * ) x call sub( x, y, z ) write( *, * ) 'y -> ', y, 'z -> ', z end subroutine sub( a, b, c ) ! implicit none real :: a, b, c b = a**2 c = a**2 + b end subroutine sub |
Weitere Anweisungen für die Unterprogrammtechnik
[Bearbeiten]Das intent
-Attribut
[Bearbeiten]Im Vereinbarungsteil der Funktion wird der Parameterdeklaration das Schlüsselwort intent
mitgegeben.
datentyp, intent( in ) :: var
Mit intent( in )
wird angezeigt, dass der Parameter var
in der Funktion nicht geändert wird und kein Rückfluss der Information in die aufrufende Programmeinheit stattfindet. Ein intent( out )
oder intent( inout )
wie bei Subroutinen wäre meist auch möglich, widerspricht aber dem Grundgedanken des Fortran-Funktionsbegriffs und der strukurierten Programmierung. Bei einer Funktion soll der Informationsrückfluss über den Rückgabewert stattfinden und nicht über Parameter.
Bei der Parameterübergabe bietet eine Subroutine folgende intent
-Möglichkeiten:
- datentyp, intent(in) :: var ... Informationfluss von der aufrufenden Programmeinheit in die Funktion
- datentyp, intent(out) :: var ... Informationfluss von der Subroutine zur aufrufenden Programmeinheit
- datentyp, intent(inout) :: var ... beidseitiger Informationsfluss
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none real :: a, b, c a = 1.0 b = 2.0 c = 3.0 call sub(a, b, c) write (*,*) 'Hauptprogramm: ', a, b, c ! Ausgabe: 1.000000 22.20000 33.30000 end subroutine sub(x, y, z) implicit none real, intent(in) :: x real, intent(out) :: y real, intent(inout) :: z write (*,*) 'Unterprogramm: ', x, y, z ! Ausgabe: 1.000000 2.000000 3.000000 y = 22.2 z = 33.3 end subroutine sub |
Die aktuellen und formalen Parameter müssen hinsichtlich Datentyp, Anzahl, Reihenfolge übereinstimmen.
Die pure
Anweisung
[Bearbeiten]Ein Unterprogramm welches keine Seiteneffekte hat ist ein bloßes bzw. reines (pure) Unterprogramm. Ein Unterprogramm erzeugt dann keine Seiteneffekte, wenn es weder seine Eingabedaten, noch die Daten verändert, die außerhalb des Unterprogrammes liegen, es sei denn, es wären seine Ausgabedaten. In einem reinen Unterprogramm haben die lokalen Variablen keine save
Attribute, noch werden die lokalen Variablen in der Datendeklaration initialisiert.
Reine Unterprogramme sind für das forall
-Konstrukt notwendig: das forall
-Konstrukt wurde für das parallele Rechnen konzipiert, weshalb hier der Computer entscheidet, wie das Konstrukt abgearbeitet werden soll. Dazu ist es aber notwendig, das es egal ist in welcher Reihenfolge das Konstrukt abgearbeitet wird. Gilt dies nicht - hat das Unterprogramm also Seiteneffekte - so kann das forall
-Konstrukt nicht verwendet werden.
Jedes Ein- und Ausgabeargument in einem reinen Unterprogramm muss mittels des intent
-Attributs deklariert werden. Darüberhinaus muss jedes Unterprogramm, das von einem reinen Unterprogramm aufgerufen werden soll, ebenfalls ein reines Unterprogramm sein. Sonst ist das aufrufende Unterprogramm kein reines Unterprogramm mehr.
Die elemental
Anweisung
[Bearbeiten]Ein Unterprogramm ist elementar, wenn es als Eingabewerte sowohl Skalare als auch Felder akzeptiert. Ist der Eingabewert ein Skalar, so liefert ein elementares Unterprogramm einen Skalar als Ausgabewert. Ist der Eingabewert ein Feld, so ist der Ausgabewert ebenfalls ein Feld.
Die return
Anweisung
[Bearbeiten]Eine return
-Anweisung darf nur im Gültigkeitsbereich von Unterprogrammen verwendet werden. Sie bewirkt einen Abbruch der Unterprogrammausführung und eine Rückkehr zum Aufrufpunkt, wo mit der nächsten Anweisung fortgesetzt wird.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program main implicit none call xyz( -2 ) write( *, * ) "UP-Ende" stop write( *, * ) "Programmende" contains subroutine xyz( n ) integer, intent( in ) :: n integer :: k do k = n, n+20 write( *, * ) k if( k == 5 ) return end do write( *, * ) "k_max =", k end subroutine xyz ! Ausgabe: ! -2 ! -1 ! 0 ! 1 ! 2 ! 3 ! 4 ! 5 ! UP-Ende end program main |
Einige Compiler erlauben zwecks Programmabbruch auch ein return
anstelle des stop
im Hauptprogramm. Das ist aber nicht standardkonform. Andere Compiler würden solchen Code mit einer Fehlermeldung abweisen, das Programm wäre somit nicht mehr uneingeschränkt portabel.
Ein exit
in der Schleife anstelle der return
-Anweisung würde nur den Schleifendurchlauf abbrechen und die Unterprogrammausführung würde nach der Schleife fortgesetzt.
Felder als Parameter
[Bearbeiten]Beispiel: Übergabe eines ganzen Feldes
Datei bsp.f95:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer, dimension(3,3) :: feld integer :: cnt, i, j cnt = 1 do i = 1, 3 do j = 1, 3 feld(j,i) = cnt cnt = 1 + cnt end do end do ! Unterprogrammaufruf call sub(feld) ! Ausgabe: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 end program bsp |
Datei sub.f95
Fortran 90/95-Code (free source form) |
subroutine sub(arr) implicit none integer, dimension(3,3), intent(in) :: arr write(*,*) arr end subroutine sub |
Beispiel: Übergabe einer Feld-Teilkette
Datei bsp.f95:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer,dimension(3,3) :: feld integer :: cnt, i, j cnt = 1 do i = 1, 3 do j = 1, 3 feld(j,i) = cnt cnt = 1 + cnt end do end do ! Unterprogrammaufruf call sub(feld(1:2,2:3)) ! Ausgabe: 4 5 7 8 end program bsp |
Datei sub.f95
Fortran 90/95-Code (free source form) |
subroutine sub(arr) implicit none integer, dimension(0:1, 0:1), intent(in) :: arr write(*,*) arr end subroutine sub |
Beispiel: Übergabe eines Feld-Einzelelements
Datei bsp.f95:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer, dimension(3,3) :: feld integer cnt, i, j cnt = 1 do i = 1, 3 do j = 1, 3 feld(j,i) = cnt cnt = 1 + cnt end do end do ! Unterprogrammaufruf call sub(feld(1,2)) ! Ausgabe: 4 end program bsp |
Datei sub.f95
Fortran 90/95-Code (free source form) |
subroutine sub(arr) implicit none integer, intent(in) :: arr write(*,*) arr end subroutine sub |
Prozeduren als Parameter
[Bearbeiten]Auch Prozeduren können als Parameter übergeben werden.
Standardfunktionen (intrinsic functions) werden dazu folgendermaßen im Vereinbarungsteil gekennzeichnet:
intrinsic namensliste |
oder
datentyp, intrinsic :: namensliste |
Eigene Unterprogramme oder Unterprogramme aus Bibliotheken mit:
external namensliste |
oder
datentyp, external :: namensliste |
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp real, parameter :: PI=3.1415927 ! intrinsic functions intrinsic sin, cos ! Unterprogrammaufrufe call sub(sin, PI) ! Ausgabe: 0.000000 call sub(cos, PI) ! Ausgabe: -1.000000 end program bsp subroutine sub(funk, x) implicit none real :: funk, x write(*,*) nint(funk(x)*1000)/1000.0 end subroutine sub |
Optionale Parameter
[Bearbeiten]Ab Fortran 90 sind auch optionale Parameter für Unterprogramme erlaubt. Solche Parameter sind durch das Attribut optional
zu kennzeichnen. Auch der aufrufenden Programmeinheit muss diese Parameter-Optionalität bekannt gegeben werden, z.B. über ein Interface. Das aktuelle Vorhandensein eines als optional markierten Parameters beim Unterprogrammaufruf kann im Unterprogramm selbst durch die Funktion present
geprüft werden.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none interface subroutine ab(a, b) integer, intent( in ) :: a integer, intent( in ), optional :: b end subroutine ab end interface call ab( 1 ) call ab( 8, 12 ) ! Ausgabe: ! Nur a gegeben 1 ! Beide Parameter gegeben 8 12 end program bsp subroutine ab(a, b) integer, intent( in ) :: a integer, intent( in ), optional :: b if( present( b ) ) then write (*,*) "Beide Parameter gegeben", a, b else write (*,*) "Nur a gegeben", a end if end subroutine ab |
Module
[Bearbeiten]Module ersetzen in Fortran 95 die FORTRAN 77-COMMON
-Blöcke. In einem Modul können Variablen, Konstanten und auch Unterprogramme abgelegt werden. Diese können dann von verschiedenen Programmeinheiten angesprochen werden.
module modulname [implicit none] [save] Deklaration von Variablen, Konstanten [contains Unterprogramme ] end module modulname |
Das Einbinden eines Moduls in eine Programmeinheit geschieht mittels der Anweisung
use modulname [, only liste] |
only
signalisiert, dass nur die in liste
angegebenen Variablen oder Konstanten verwendet werden sollen.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
module m1 implicit none save real, parameter :: PI=3.1415 real :: a end module m1 program bsp use m1 implicit none a = 1.5 write(*,*) 'Hauptprogramm 1: ', PI, a ! Ausgabe: Hauptprogramm 1: 3.141500 1.500000 call sub write(*,*) 'Hauptprogramm 2: ', PI, a ! Ausgabe: Hauptprogramm 2: 3.141500 2.500000 end program bsp subroutine sub use m1 implicit none write(*,*) 'Unterprogramm: ', PI, a ! Ausgabe: Unterprogramm: 3.141500 1.500000 a = 2.5 end subroutine sub |
Das save
-Statement in Modulen stellt sicher, dass die aktuellen Werte von Modulvariablen beim Wechsel zwischen den verschiedenen Programmeinheiten sicher erhalten bleiben.
Rekursiver Unterprogrammaufruf
[Bearbeiten]In Fortran 95 können Unterprogramme (Funktionen, Subroutinen) auch rekursiv aufgerufen werden. Rekursion bedeutet, dass ein Unterprogramm sich selbst wieder aufruft (lat. recurrere oder en. recur ... wiederkehren, zurückkommen).
Beispiel: Berechnung von n! (vereinfacht)
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer :: zahl, ergebnis, fac write(*,*) "Gib eine Ganzzahl ein: " read(*,*) zahl ergebnis = fac(zahl) write(*,*) "Ergebnis ist: ", ergebnis end program bsp recursive function fac(n) result(zerg) implicit none integer, intent(in) :: n integer :: zerg ! Vereinfacht: Keine Überprüfung ob Überlauf, negative Zahl, etc. zerg = n if (n > 1) then zerg = n * fac(n-1) end if return end function fac |
Der Funktionskopf ist bei diesem Beispiel etwas anders gestaltet als üblich. Während der Intel-Fortran-Compiler auch ein
recursive integer function fac(n)
oder ein
integer recursive function fac(n)
problemlos akzeptiert, wirft der gfortran-Compiler bei diesen Varianten einen Syntaxfehler.
Ein- und Ausgabe
[Bearbeiten]
read
[Bearbeiten]Die read
-Anweisung dient dem Einlesen von Daten. Typisches Beispiel ist die Dateneingabe mittels Tastatur. Formal sieht eine read
-Anweisung so aus:
read([unit=]unit, [fmt=]fmt [, iostat=iostat] [, advance=advance]) [eingabeliste] |
- unit ... Nummer der Eingabeeinheit (ist systemabhängig), Sternoperator oder auch die einer Datei mittels
open
-Anweisung zugeordnete Nummer. - fmt ... Anweisungsnummer zu einer
format
-Anweisung, Sternoperator oder Formatliste - iostat ... read-Status
- advance ... siehe write
Listengesteuerte Eingabe auf der Standardeingabe (normalerweise die Tastatur):
read (*,*) a, b, c
Alternativ kann das auch so geschrieben werden:
read (unit=*, fmt=*) a, b, c
Beim Intel Fortran Compiler, gfortran und g95 ist auch unit = 5
als stdin
(Tastatur) vorbelegt. Das Einlesen aus Dateien und die Einstellung des Formates werden später erläutert.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer :: i(5) ! Einlesen in ein Feld (unit ... Standardeingabe, fmt ... listengesteuert) read (*,*) i ! ... end program bsp |
Kurze Erläuterung zu iostat
:
Wert | Erläuterung |
---|---|
0 | kein Fehler |
positiver Wert (systemabhängig) | Fehler |
negativer Wert (systemabhängig) | End Of File und kein Fehler |
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer :: i, st ! Einlesen eines Wertes read (*, *, iostat=st) i ! Ausgabe des IO-Status write (*,*) 'IO-Status:', st end program bsp |
- Ausgabe:
- Für Eingabe: 5 → 0
- Für Eingabe: 5.3 → Positiver Wert = Fehler
Das Einlesen aus Dateien und die Einstellung des Formates werden später erläutert.
write
[Bearbeiten]Die write
-Anweisung dient der Datenausgabe. Typisches Beispiel ist die Anzeige von Daten auf dem Bildschirm. Formal sieht eine write
-Anweisung so aus:
write([unit=]unit, [fmt=]fmt [, iostat=iostat] [, advance=advance]) [ausgabeliste] |
- unit ... Nummer der Ausgabeeinheit (ist systemabhängig), Sternoperator oder auch die einer Datei mittels
open
-Anweisung zugeordnete Nummer. - fmt ... Anweisungsnummer zu einer
format
-Anweisung, Sternoperator oder Formatliste - iostat ... write-Status
- advance ... nur bei sequentieller formatierter I/O. Formatspezifizierer muss explizit gegeben sein.
'no'
... kein Vorschub des file position pointers zum nächsten Datensatz (z.B. kein Zeilenvorschub).'yes'
... mit Vorschub des file position pointers zum nächsten Datensatz (voreingestellt)
Listengesteuerte Ausgabe auf der Standardausgabe (normalerweise der Bildschirm):
write (*,*) a, b, c
Alternativ kann das auch so geschrieben werden:
write (unit=*, fmt=*) a, b, c
Beim Intel Fortran Compiler, gfortran und g95 sind auch
unit
=0 als stderr (Bildschirm) undunit
=6 als stdout (Bildschirm)
vorbelegt. Bezüglich iostat
gilt auch hier der im vorigen Abschnitt kurz geschilderte Sachverhalt.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer :: i(5) = (/ 5, 4, 1, -1, -7 /) ! ... ! Ausgabe der Feldwerte (unit ... Standardausgabe, fmt ... listengesteuert) write (*,*) i ! ... end program bsp |
Beispiel: advance
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none character(10) :: ch integer :: st write(*, '(A)', advance='YES') "Hallo" write(*, '(A)', advance='YES') "Welt" write(*, *) "ABCDEFGHIJKLMN" end program bsp |
Ausgabe:
advance='YES' | advance='NO' |
---|---|
Hallo Welt ABCDEFGHIJKLMN |
HalloWelt ABCDEFGHIJKLMN |
Die Ausgabe in Dateien und die Einstellung des Formates werden etwas später erläutert.
Kürzer: print
, read
, write
und Namenslisten
[Bearbeiten]Für die listengesteuerte Ein- und Ausgabe existieren auch vereinfachte Formen. Für Eingaben wird wieder der read
-Befehl verwendet, für Ausgaben gibt es die print
-Anweisung.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer :: a, b real :: r complex :: z character( len = 10 ) :: str read *, a, b, r, z, str ! Eingabe per Tastatur: ! 10, 30, 55.5, (10.8,7.0), Hallo print *, str, a, b, r, z ! Ausgabe am Bildschirm: ! Hallo 10 30 55.5 (10.8,7.) end program bsp |
Bei mehrfachem Aufruf gleicher Ein- bzw. Ausgabeanweisungen kann durch Verwendung von Namenslisten der Programmcode kürzer gestaltet werden. Die Dateneingabe wird dadurch aber etwas komplizierter:
- eingeleitet wird die Eingabe durch ein &-Zeichen, unmittelbar gefolgt vom Namenslistenbezeichner
- danach folgen ein oder mehrere Leerzeichen
- es folgen die Zuweisungen von Werten zu den Variablennamen
- abgeschlossen wird die Eingabe durch einen Slash /
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer :: a, b real :: r complex :: z character( len = 10 ) :: str namelist / LISTEA / a, b, r, z, str namelist / LISTEB / str, r, z read( *, nml = LISTEA ) ! Eingabe per Tastatur: ! &LISTEA b = 30, a = 10, r = 55.5, z = (10.8,7.0), str = "Hallo" / write( *, nml = LISTEB ) ! Ausgabe auf dem Bildschirm (Intel 9.1): ! &LISTEB ! STR = Hallo , ! R = 55.50000 , ! Z = (10.80000,7.000000) ! / end program bsp |
Formatierung
[Bearbeiten]Die Ein- und Ausgabeformatierung kann beeinflusst werden. Zu diesem Zweck gibt es die format
-Anweisung.
... (..., fmt = marke, ...) ... marke format (formatliste) |
Alternativ kann die Formatliste auch direkt in die read
- oder write
-Anweisung eingebunden werden
... (..., fmt = '(formatliste)', ...) ... |
Formatlistenelemente
[Bearbeiten]Formatspezifizierer | Kommentar |
---|---|
Ix[.z] | Ganzzahl mit einer Feldlänge von x Zeichen. z gibt die Mindestanzahl der auszugebenden Zeichen an (Feld wird, wenn nötig, mit führenden Nullen aufgefüllt). |
Bx[.z] | Ganzzahl, Ausgabe als Binärzahl. |
Ox[.z] | Ganzzahl, Ausgabe als Oktalzahl. |
Zx[.z] | Ganzzahl, Ausgabe als Hexadezimalzahl. |
Fx.y | Fixkommazahl mit einer Gesamtfeldlänge von x Zeichen. y ist die Anzahl der Nachkommastellen (Vorzeichen und Dezimalpunkt müssen in der Gesamtfeldlänge berücksichtigt werden). F0.y führt zu einer variablen Feldlänge in Abhängigkeit vom minimalen Platz der für die Vorkommastellen nötig ist. |
Ex.y | Gleitkommazahl mit einer Gesamtfeldlänge von x Zeichen. y ist die Anzahl der Nachkommastellen. (Vorzeichen, Dezimalpunkt und die Zeichen für den Exponenten müssen in der Gesamtfeldlänge berücksichtigt werden). |
Dx.y | Gleitkommazahl, doppelte Genauigkeit |
A | Eine Zeichenkette. |
Ax | Eine Zeichenkette mit x Zeichen. |
Lx | Ein logischer Wert, T (wahr) bzw. F (falsch). |
xX | x Leerzeichen. |
/ | Zeilenvorschub |
Tx | Tabulator (an der Position x) |
Obige Tabelle der Formatlistenelemente ist nicht vollständig; es gibt z.B. noch »G« für ein »generelles« Ausgabeformat, das aber wenig gebräuchlich ist. Die Ausgabe erfolgt normalerweise rechtsbündig. Reicht die Gesamtfeldlänge bei numerischen Werten nicht aus, so werden anstelle einer Zahl Sternchen angezeigt.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer :: a a = 999 write(*, 3333) a ! Ausgabe: 999 a = -999 write (*, 3333) a ! Ausgabe: *** 3333 FORMAT (I3, /, /) ! / ... nach jeder 3333-write-Anweisung werden zwei Leerzeilen eingefügt end program bsp |
Alternativ könnte die Formatliste auch so in die write
-Anweisung eingebaut werden:
write(*, '(I3, /, /)') a
Oder mittels benannter Konstante auch so:
character(*), parameter :: fs = '(I3, /, /)' print fs, a
Hier wurde statt der write
-Anweisung der print
-Befehl verwendet. Der Effekt ist derselbe, es erfolgt eine formatierte Ausgabe.
Weitere Formatierungsbeispiele:
Code | Ausgabe |
---|---|
WRITE(*, 999) 1234 WRITE(*, 999) 1234567 WRITE(*, 999) 1234567890 999 FORMAT(I9.6) |
001234 1234567 ********* |
WRITE(*, 999) 555.6666 WRITE(*, 999) +5.6 WRITE(*, 999) -55.666E7 WRITE(*, 999) -55555.666 999 FORMAT(F9.3) |
555.667 5.600 ********* ********* |
WRITE(*, 999) 555.6666 WRITE(*, 999) +5.6 WRITE(*, 999) -55.666E7 WRITE(*, 999) -55555.666 999 FORMAT(E9.3) |
0.556E+03 0.560E+01 -.557E+09 -.556E+05 |
WRITE(*, 999) 'Hallo' WRITE(*, 999) 'ABCDEFGHIJKL' WRITE(*, 888) 'ABCDEFGHIJKL' 888 FORMAT(A) 999 FORMAT(A10) |
Hallo ABCDEFGHIJ ABCDEFGHIJKL |
WRITE(*, *) 'FORTRAN', '77' WRITE(*, 999) 'FORTRAN', '77' 999 FORMAT(A, 1X, A) |
FORTRAN77 FORTRAN 77 |
WRITE(*, 888) 'FORTRAN', '77' WRITE(*, 999) 'FORTRAN', '77' 888 FORMAT(A, T3, A) 999 FORMAT(A, T20, A) |
FO77RAN FORTRAN 77 |
WRITE(*, 999) 'FORTRAN', '77' 999 FORMAT(A, /, A) |
FORTRAN 77 |
WRITE(*, 999) 34.56 WRITE(*, *) 34.56 C SP ... Sign Plus (+) 999 FORMAT(SP, F12.3) |
+34.560 34.56 |
Wiederholung von Formatteilen
[Bearbeiten]Beispiel:
write(*, 100) 'abc', 10.3, 'xxx', 23.4 100 format (2(A3, F6.1))
write etwas anders
[Bearbeiten]Beispiel:
write (*, 100) 100 format ('Hallo', X, 'Welt!')
Dynamische Mehrfachformatierung
[Bearbeiten]Formatierungsanweisungen können auch als String bearbeitet werden, indem man z.B. die Anzahl der auszugebenden Variablen per write-Befehl in die Formatierung schreibt.
Mehrfachformatierung - Beispiel:
character(5) :: formatierung integer, dimension(1:4) :: einsen = 1 integer :: anzahl anzahl = 4 formatierung = '( I1)' write(formatierung(2:2), '(I1)') anzahl write(*, formatierung) einsen
Dateien
[Bearbeiten]Datensatz
[Bearbeiten]Datensätze können in folgender Form auftreten:
- Formatierter Datensatz: Textdatensatz
- Unformatierter Datensatz: Datensatz in einer maschineninternen Form.
- Dateiendesatz
Datei
[Bearbeiten]Für Fortran ist alles eine Datei, das durch read
oder write
bearbeitbar ist.
Zugriffsmethoden:
- Sequentieller Zugriff: Lesen ab Beginn der Datei (file) und dann immer den nächsten Datensatz einlesen. Geschrieben wird jeweils ans Dateiende. Auf interne Dateien kann nur sequentiell zugegriffen werden.
- Direkter Zugriff: Bearbeiten in beliebiger Reihenfolge durch Angabe der Satznummer.
- Binärer Zugriff: Bearbeiten von Dateien, die binäre Daten enthalten, z. B. Bilder von CCD-Kamera, Scilab/Matlab
save
-Dateien
Dateitypen:
- Externe Datei: Eine konventionelle Datei
- Interne Datei: character-Variable oder -Feld.
Dateien haben im Betriebsystem einen Dateinamen. In Fortran wird eine Datei über eine Dateinummer (unit) angesprochen. Die Zuordnung erfolgt mit dem Befehl open
.
open
[Bearbeiten]Zum Öffnen einer externen Datei dient die open
-Anweisung.
open (liste) |
mit folgender liste
Element | Kommentar |
---|---|
[unit =] x | x ist eine Dateinummer (Ganzzahl, sollte über 10 liegen, da oft Nummern unter 10 fix zugeordnet sind, z.B. der Standardein-, ausgabe). |
file = x | x ist der externe Dateiname |
iostat = x | x ist 0 wenn open fehlerfrei ausgeführt wurde, ansonsten eine systemabhängige Fehlernummer |
status = x | Dateistatus: 'old' ... Datei existiert bereits 'new' ... Datei wird neu erzeugt 'scratch' ... namenlose temporäre Datei 'unknown' ... System bestimmt Dateistatus selbst 'replace' ... der Inhalt einer bereits vorhandenen Datei wird gelöscht. |
access = x | Zugriffsmethode: 'sequential' ... Sequentielle Datei 'direct' ... direkter Zugriff 'stream' ... binärer Zugriff |
position = x | Den Dateisatzzeiger beim Öffnen der Datei an eine bestimmte Position setzen. ('asis', 'rewind', 'append') |
form = x | Format: 'formatted' oder 'unformatted' |
action = x | 'read' ... nur Lesezugriff 'write' ... nur Schreibzugriff 'readwrite' ... Lesen und Schreiben |
recl = x | Datensatzlänge (positive Zahl, access='direct', in Bytes) |
err = x | Im Fehlerfall Sprung zur Marke x |
blank = x | 'null' oder 'zero' (nur für form='formatted') |
delim = x | 'apostrophe' 'quote' 'none' |
pad = x | 'yes' oder 'no' (nur für form='formatted') |
Eingestellte Vorgabewerte sind:
- status = 'unknown'
- position = 'asis'
- access = 'sequential'
- form = 'formatted'
Wird access='direct'
gesetzt, so gilt form='unformatted'
als Vorgabewert.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer :: stat character(80) :: str open(20, file='/tmp/testdatei.txt', iostat=stat) if(stat == 0) then write(*,*) 'Das Öffnen der Datei war ein voller Erfolg' do read(20, '(A)', iostat=stat) str ! Bei EOF wird stat /= 0 if (stat /= 0) exit write(*,*) str end do else write(*,*) 'Datei konnte nicht geöffnet werden' end if close(20) end program bsp |
close
[Bearbeiten]Geschlossen wird die Verbindung zur externen Datei mit dem close
-Befehl.
close (liste) |
liste:
Element | Kommentar |
---|---|
[unit =] x | wie bei open |
iostat = x | wie bei open |
err = x | wie bei open |
status = x | 'keep' ... Datei erhalten (voreingestellt) 'delete' ... Datei löschen |
Lesen und Schreiben
[Bearbeiten]Gelesen oder geschrieben wird mit den bereits bekannten read
- und write
-Anweisungen.
Element | Kommentar |
---|---|
[unit =] x | Dateinummer bzw. CHARACTER-Variable oder Feld (interne Datei) |
[fmt =] x | siehe Formatierung |
[nml] = x | x ... namelist-group-name |
rec = x | Datensatznummer bei Direktzugriff (siehe Abschnitt Direktzugriff) |
iostat = x | wie bei read
|
err = x | Bei Fehler Sprung zur Anweisungsnummer x |
end = x | Bei Dateiende Sprung zur Anweisungsnummer x (nicht erlaubt bei Direktzugriff, nicht bei write) |
advance = x | 'yes' oder 'no' |
eor = x | Bei End of Record Sprung zur Marke x (nicht bei write) |
size = x | x ... Zeichenzähler (nicht bei write, advance='no') |
Es existiert eine Menge von Einschränkungen, wann welche Elemente erlaubt sind, bzw. welche nur kombiniert auftreten sollen, z.B.
- wenn der
rec
-Spezifizierer Verwendung findet, dann darf keinend
-Element angegeben werden - Bei Dateneingabe nur dann ein
size
-Spezifizierer, wennadvance='no'
gesetzt ist.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none character (len = 80) :: a integer :: st = 0 open (20, file='/tmp/testdatei.txt', status='OLD', iostat=st) if (st /= 0) then stop "open-Fehler!" end if ! Aus Datei lesen do read (20, 888, iostat=st) a ! Auf Standardausgabe schreiben if (st == 0) then write (*, 888) a else if (st > 0) then write (*,*) "read-Fehler!" exit else if (st < 0) then exit end if end do close(20) 888 format(A) end program bsp |
Direktzugriff
[Bearbeiten]OPEN:
Element | Kommentar |
---|---|
access = x | x ... 'DIRECT' |
recl = x | x ... Datensatzlänge (positive Zahl, access='DIRECT', in Bytes bzw. bei formatierten Dateien in Characters) |
fmt = x | x ... Formatangabe (wird eine Datei 'FORMATTED' geöffnet, dann muss auch eine konkrete Formatliste angegeben werden, ansonsten tut's auch der Sternoperator) |
READ/WRITE:
Element | Kommentar |
---|---|
REC = x | x ... Satznummer bei Direktzugriff |
Beispiel: Gegeben ist die Textdatei /tmp/testdatei.txt
mit dem Inhalt
Die WRITE-Anweisung dient der Datenausgabe aus einem FORTRAN-Programm auf ein externes Gerät. Typisches Beispiel ist die Anzeige von Daten auf dem Bildschirm. Formal sieht eine WRITE-Anweisung so aus:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none character (len = 10) :: c integer :: st open (20, file='/tmp/testdatei.txt', status='OLD', form='FORMATTED', & access='DIRECT', recl=15, iostat=st) if (st /= 0) then stop "open-Fehler!" end if read (20, fmt='(A)', rec=4, iostat=st) c if (st /= 0) then write (*,*) "read-Error" else write (*,*) c end if close (20) end program bsp |
Ausgabe:
s einem FO
Positionieren bei sequentiellen Dateien
[Bearbeiten]Datensatzzeiger um einen Datensatz zurücksetzen:
backspace ([unit=]x [,iostat=y] [,err=z]) |
Positionieren an den Dateibeginn:
rewind ([unit=]x [,iostat=y] [,err=z]) |
Schreiben eines Dateiendsatzes:
endfile ([unit=]x [,iostat=y] [,err=z]) |
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none character (len = 100), dimension(3) :: c integer :: st = 0 open (20, file='/tmp/testx.txt', status='NEW', iostat=st) call checkStatus(st, "open-") write (20,*) 'Das ist eine Testdatei' write (20,*) 'Dies ist Zeile 2 der Testdatei' write (20,*) 'Jenes die Zeile 3 der Testdatei' write (20,*) "Jetzt ist's aber genug" endfile (20) rewind (20, iostat=st) call checkStatus(st, "rewind-") read (20, fmt=555, iostat=st) c call checkStatus(st, "read-") write (*, fmt=555) c backspace (20, iostat=st) call checkStatus(st, "backspace-") read (20, fmt=555, iostat=st) c(1) call checkStatus(st, "read-") write (*, fmt=555) c(1) close (20) 555 format (A) end program bsp subroutine checkStatus(st, ch) integer, intent (in) :: st character (*), intent (in) :: ch if (st /= 0) then close(20) write (*,*) ch // "Fehler!" stop end if end subroutine checkStatus |
Ausgabe:
Das ist eine Testdatei Dies ist Zeile 2 der Testdatei Jenes die Zeile 3 der Testdatei Jenes die Zeile 3 der Testdatei
inquire
[Bearbeiten]Die Anweisung inquire
dient der Abfrage einiger Eigenschaften von Dateien oder I/O-Units.
inquire (file = x, liste) |
mit x ... Dateiname (inkl. Pfad)
inquire ([unit =] x, liste) |
mit x ... Nummer der I/O-Unit.
liste:
Element | Kommentar |
---|---|
access = x | x:
|
action = x | x:
|
blank = x | x:
|
delim = x | x:
|
direct = x | x:
|
err = x | Bei Fehler Sprung zur Anweisungsnummer x |
exist = x | x:
|
form = x | x:
|
formatted = x | x:
|
iostat = x | x ist 0 wenn OPEN fehlerfrei ausgeführt wurde, ansonsten eine systemabhängige positive Fehlernummer |
name = x | Der Dateiname wird der Zeichenketten-Variablen x zugewiesen. Hat die Datei keinen Namen, dann ist das Ergebnis undefiniert. |
named = x | x:
|
nextrec = x | x ... Nummer des nächsten Datensatzes |
number = x | x ... Nummer der mit einer externen Datei verbundenen I/O-Unit. |
opened = x | x:
|
pad = x | x:
|
position = x | x:
|
read = x | x:
|
readwrite = x | x:
|
recl = x | x ... Datensatzlänge bei Direktzugriff |
sequential = x | x:
|
unformatted = x | x:
|
write = x | x:
|
Beispiel: Datei vorhanden?
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none logical :: l integer :: st inquire (file='/tmp/testdatei.txt', exist=l, iostat=st) if (st == 0) then write (*,*) "Datei existiert?", l else write(*,*) "Fehler!" end if ! wenn Datei existiert: Datei existiert? T ! wenn Datei nicht existiert: Datei existiert? F ! wenn aus irgendeinem ein inquire-Fehler auftrat: Fehler! end program bsp |
Beispiel: Infos zu einer geöffneten Datei
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none logical :: ex character (15) :: di, fo, ac, se integer :: nu, st open (25, file='/tmp/testdatei.txt', status='old', iostat=st) if(st /= 0) stop "open-Fehler!" inquire (25, exist = ex, direct = di, sequential = se, formatted = fo, & access = ac, number = nu, iostat=st) if(st == 0) then write (*,*) 'EXIST? ', ex write (*,*) 'DIRECT? ', di write (*,*) 'SEQUENTIAL? ', se write (*,*) 'FORMATTED? ', fo write (*,*) 'ACCESS? ', ac write (*,*) 'NUMBER? ', nu else write (*,*) "inquire-Fehler!" end if close(25) ! Ausgabe, z.B. ! EXIST? T ! DIRECT? YES ! SEQUENTIAL? YES ! FORMATTED? YES ! ACCESS? SEQUENTIAL ! NUMBER? 25 end program bsp |
Interne Dateien
[Bearbeiten]- Interne Dateien sind vom Datentyp
character
(Zeichen oder Zeichenketten) - Das Lesen aus bzw. das Schreiben in interne Dateien erfolgt immer sequentiell
Beispiel: Schreiben in eine interne Datei
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp character(15) :: ch real :: r = 12.5678 ! Interne Datei "ch" write (ch, *) r write (*,*) 'r lexikalisch groesser als Buchstabe "A"? ', lge(ch, 'A') end program bsp |
Beispiel: Lesen aus einer internen Datei
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp character(15) :: ch = '12.5678' real :: r ! Interne Datei "ch" read (ch, '(F15.5)') r write (*,*) 'r = ', r write (*,*) 'r**2 = ', r**2 end program bsp |
Zeiger
[Bearbeiten]
Was sind Zeiger?
[Bearbeiten]Ein Zeiger (Pointer) ist eine Variable, die Adresse und (Daten-)Typ enthält – ähnlich wie bei einem Array, das rank und shape enthält. Der Zeiger (Pointer) charakterisiert Position, Länge und Organisation des Speicherabschnitts, an dem die Variable (Target) gehalten wird.
Zeiger in Fortran 95
[Bearbeiten]In Fortran 95 werden Zeiger durch Zufügen des Attributes pointer
bei der Deklaration von Variablen erzeugt.
datentyp, pointer :: variable |
Ein so deklarierter Zeiger kann auf andere Zeiger oder auf mittels target
gekennzeichnete Variablen verweisen.
datentyp, target :: variable |
Die Zeigerzuordnung erfolgt durch das Symbol
=> |
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none real, pointer :: ptr real, target :: trg trg = 5.5 ptr => trg write(*,*) ptr ! Ausgabe: 5.50000 ! Zeiger werden bei Bedarf automatisch dereferenziert end program bsp |
Assoziationsstatus
[Bearbeiten]Ein Zeiger kann einen der folgenden Assoziationzustände annehmen:
- undefiniert (dangling)
- nicht zugeordnet (disassociated, null)
- zugeordnet (associated)
Der Zuordnungsstatus eines Zeigers ist unmittelbar nach der Deklaration undefiniert. Mittels zeiger => null()
oder nullify(zeiger)
kann ein Zeiger auf einen nicht zugeordneten Status gesetzt werden. Verweist ein Zeiger auf einen anderen zugeordneten Zeiger oder ein Target, so ist sein Zustand zugeordnet.
Der Assoziationsstatus eines Zeigers lässt sich über die Funktion
associated (zeiger [, ziel])
abfragen. Sinnvoll ist eine derartige Abfrage nur dann, wenn der Zuordnungsstatus nicht undefiniert ist.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer, pointer :: ptr1 => null() character(20), pointer :: ptr2 character(20), target :: str str = "Hallo, Welt!" ptr2 => str write(*,*) associated(ptr1) ! Ausgabe: F write(*,*) associated(ptr2) ! Ausgabe: T write(*,*) associated(ptr2, ptr1) ! Ausgabe: F write(*,*) associated(ptr2, str) ! Ausgabe: T end program bsp |
Speicherplatz dynamisch reservieren und freigeben
[Bearbeiten]Für normale Variablen läuft die Speicherplatzverwaltung automatisch ab. Bisher wurden Zeiger immer solchen normalen (Target)Variablen, für die bereits Speicherplatz reserviert war, zugeordnet. Aber auch für Zeiger selbst kann Speicherplatz reserviert werden. Bei der Zeigerdeklaration ist der Zeigerstatus undefiniert oder nicht zugeordnet. Eine Wertzuweisung an eine solche Zeigervariable würde zur Laufzeit einen Speicherzugriffsfehler ergeben. Die Funktion
allocate (zeiger1, [zeiger2, ...] [,stat=integervar])
reserviert in Abhängigkeit des Zeiger-Datentyps Speicherplatz für die einzelnen Zeiger. Die Funktion
deallocate (zeiger1, [zeiger2, ...] [,stat=integervar])
gibt diesen Speicherplatz wieder frei.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer, pointer :: ptr1 => null(), ptr2 => null() integer :: status allocate(ptr1, stat = status) ptr1 = 2222 write (*,*) "Status = ", status ! Wenn status = 0, dann wurde erfolgreich Speicherplatz reserviert write (*,*) ptr1 ! Ausgabe: 2222 ptr2 => ptr1 ptr1 = 5555 write (*,*) ptr1, ptr2 ! Ausgabe: 5555 5555 deallocate(ptr1) end program bsp |
Zeiger und Felder
[Bearbeiten]Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer, dimension(:), pointer :: ptr => null() integer, dimension(5:10), target :: arr = (/55, 66, 77, 88, 99, 111/) ptr => arr write(*,*) ptr ! Ausgabe: 55 66 77 88 99 111 ptr => arr(7:) write(*,*) ptr ! Ausgabe: 77 88 99 111 end program bsp |
Beispiel: "ragged array"
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none type element integer, dimension(:), pointer :: ptr end type element integer, dimension(5), target :: a = (/ 1, 2, 3, 4, 5 /) integer, dimension(2), target :: b = (/ 99, 55 /) integer, dimension(4), target :: c = (/ -11, -12, -13, -14 /) integer :: i type( element ), dimension(3) :: rarr rarr(1)%ptr => a rarr(2)%ptr => b rarr(3)%ptr => c do i = 1,3 write (*,*) "rarr(", i, "): ", rarr(i)%ptr end do ! Ausgabe ! rarr( 1 ): 1 2 3 4 5 ! rarr( 2 ): 99 55 ! rarr( 3 ): -11 -12 -13 -14 end program bsp |
Verkettete Listen
[Bearbeiten]In der Regel ist die Größe einer Liste vor ihrer Erstellung (zum Bsp. durch Einlesen einer Datei) nicht bekannt, was die Verwendung von Array erschwert. Dies lässt sich durch Pointer vereinfachen. Man unterscheidet dabei viele verschiedene Listentypen:
- linear und einfach verkettet: Diese Liste lässt sich nur in eine Richtung durchlaufen und das Ende hat keinen Bezug zum Anfang.
- zyklisch und einfachverkettet: Nur eine Durchlaufrichtung, aber das Ende ist mit dem Anfang verpointert. Nach dem vollständigen Durchlaufen beginnt man wieder am Anfang.
- linear und doppelt verkettet: Lineare Liste, in der jedes Element auf das nächste UND das vorherige zeigt. Der Durchlauf der Liste ist so in zwei Richtungen möglich. Der Anfang ist dabei nicht mit den Ende verpointert.
- zyklisch und doppelt verkettet: Zyklische Liste innerhalb derer zwei Durchlaufrichtungen zur Verfügung stehen.
Die Wahl des Listentyps richtet sich nach dem Verwendungszweck. Einfach verkettete Listen sind auch einfach in der Implementierung. Für den Zugriff entgegen der Durchlaufrichtung muss die Liste jedoch einmal vollständig durchlaufen werden, was den Rechenaufwand und vor allem die Rechenzeit erhöht. Sie eignen sich daher gut für einfache Aufgaben mit gerichteter Abarbeitung. Doppelt verkettete Listen lassen mehr Freiraum hinsichtlich ihr Durchlaufrichtung. Sie sind jedoch komplexer in Ihrer Implementierung und erhöhen den Speicheraufwand.
Anfügen von Listenelementen
[Bearbeiten]Beispiel: Lineare, einfach verkettete Liste (LIFO)
Fortran 90/95-Code (free source form) |
module m1 implicit none type node integer :: id character(5) :: value type(node), pointer :: next => null() end type type(node), pointer :: first => null() private ! Auf alle nachfolgenden Anweisungen kann von aussen nicht zugegriffen werden public :: add_node, write_all, free_all ! Auf die Subroutinen add_node, write_all und free_all ! kann von aussen explizit zugegriffen werden, ! jedoch nicht auf innerhalb der Subroutinen ! deklarierte Datentypen contains subroutine add_node(id, str) implicit none integer, intent(in) :: id character(5), intent(in) :: str type(node), pointer :: new, tmp ! Speicher reservieren allocate(new) ! Werte setzen new%id = id new%value = str ! Am Beginn der Liste einfügen if (.not. associated(first)) then first => new else tmp => first first => new first%next => tmp end if end subroutine add_node subroutine write_all() implicit none type(node), pointer :: tmp tmp => first do if (associated(tmp) .eqv. .FALSE.) exit write(*,*)tmp%id, tmp%value tmp => tmp%next end do end subroutine write_all subroutine free_all() implicit none type(node), pointer :: tmp do tmp => first if (associated(tmp) .eqv. .FALSE.) exit first => first%next deallocate(tmp) end do end subroutine free_all end module m1 program bsp use m1 implicit none call add_node (1, "AAAAA") call add_node (2, "BBBBB") ! ... call add_node (150, "ZZZZZ") call write_all ! Ausgabe: ! 150 ZZZZZ ! 2 BBBBB ! 1 AAAAA call free_all ! Die verkettete Liste wird wieder freigegeben end program bsp |
Beispiel: Zyklische einfach verkettete Liste:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
module m1 implicit none private public: ... type node integer :: id character(5) :: value type(node), pointer :: next => null() end type type(node), pointer :: last => null() !externer Zeiger auf die zyklische Liste ... ! Vergleich oben, subroutine add_node(id, str) subroutine add_node(id, str) implicit none integer, intent(in) :: id character(5), intent(in) :: str type(node), pointer :: new, tmp ! Speicher reservieren allocate(new) ! Werte setzen new%id = id new%value = str ! Listen Elemente werden in Reihenfolge des Einlesen verpointert if (.not. associated(last)) then last => new new%next => new ! das erste Element muss auf sich selbst zeigen für den zkylus else tmp => last last => new new%next => tmp%next tmp%next => new end if end subroutine ... |
Löschen von Listenelementen
[Bearbeiten]Für das Löschen eines Elementes aus einer Liste lässt sich eine kurze Subroutine schreiben, welche die Zeiger neu setzt und das Element löscht. Man kann dabei in einfach verketteten Listen nicht ohne größeren Aufwand das Element löschen, welches soeben in der Liste betrachtet wird, sondern nur das nachfolgende Element.
Fortran 90/95-Code (free source form) |
SUBROUTINE del_next(pntr) TYPE(liste),POINTER :: pntr !Subroutine bekommt einen externen Pointer übergeben TYPE(liste),POINTER :: tmp => NULL() tmp => pntr ! pntr wird in tmp zwischengespeichert pntr => pntr%next ! pntr wird um zwei Positionen weitergesetzt pntr => pntr%next DEALLOCATE(tmp%next) ! tmp%next wird gelöscht tmp%next => pntr ! Verbindung wird neu gesetzt END SUBROUTINE |
Vektoren- und Matrizenrechnung
[Bearbeiten]
In Fortran95 können einige elementare Vektoren- und Matrizenoperationen sehr einfach ausgeführt werden.
Beispiel: Addition und Subtraktion von Vektoren (Matrizen)
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none real, dimension(3) :: a = (/3, 2, -5/), b = (/1, -3, -1/) write(*,*) "a+b: ", a+b ! Ausgabe: a+b: 4. -1. -6. write(*,*) "a-b: ", a-b ! Ausgabe: a-b: 2. 5. -4. end program bsp |
Beispiel: Multiplikation eines Vektors (einer Matrix) mit einem Skalar
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none real, dimension(3) :: a = (/3, 2, -5/) write(*,*) "3.5*a: ", 3.5*a ! Ausgabe: 3.5*a: 10.5 7. -17.5 end program bsp |
Beispiel: Skalarprodukt
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none real, dimension(3) :: a = (/3, 2, -5/), b = (/1, -3, -1/) real :: dot_product write(*,*) "a.b: ", dot_product(a, b) ! Ausgabe: 2 end program bsp |
Beispiel: Euklidische Norm eines Vektors
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none real, dimension(3) :: x = (/3, 2, -5/) real :: x_n ! Norm des Vektors x x_n = sqrt(sum(x**2)) write(*,*) "Die Norm des Vektors (", x, ") beträgt: ", x_n ! Ausgabe: Die Norm des Vektors ( 3.0 2.0 -5.0 ) beträgt: 6.164414 end program bsp |
Beispiel: Matrizenmultiplikation
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none real, dimension(3,2) :: A = reshape( (/3., 2., 1., 1., 1., 2.5/), (/3, 2/) ) real, dimension(2,2) :: B = reshape( (/1., -3., -1., 5./), (/2, 2/) ) real, dimension(3,2) :: C C = matmul(A, B) write(*,*) "Matrix C =" write(*,*) C(1, :) write(*,*) C(2, :) write(*,*) C(3, :) ! Ausgabe: Matrix C = ! 0.000000 2.000000 ! -1.000000 3.000000 ! -6.500000 11.50000 end program bsp |
Beispiel: Transponierte Matrix
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none real, dimension(2,2) :: A = reshape( (/3., 2., 1., -1.5/), (/2, 2/) ), AT AT = transpose(A) write(*,*) "A =" write(*,*) A(1, :) write(*,*) A(2, :) ! Ausgabe: A = ! 3.000000 1.000000 ! 2.000000 -1.500000 write(*,*) "AT =" write(*,*) AT(1, :) write(*,*) AT(2, :) ! Ausgabe: AT = ! 3.000000 2.000000 ! 1.000000 -1.500000 end program bsp |
Systemroutinen
[Bearbeiten]
Datum und Zeit
[Bearbeiten]Die Subroutine
date_and_time(datum,zeit)
liefert die Systemzeit in der Form YYYYMMTT und HHMMSS.SSS zurück. datum
und zeit
sind Character von mindestens 8 bzw. 10 Zeichen Länge.
Die vom Programm verbrauchte Rechenzeit (Prozessorzeit) in Sekunden liefert die
Subroutine (zeit
ist vom Typ Real)
cpu_time(zeit)
Zufallszahlen
[Bearbeiten]Die Subroutine
random_number(r)
schreibt gleichverteilte Zufallszahlen im Intervall [0,1) in eine Variable r
vom Typ Real (Skalar oder Feld). Mit der Subroutine
random_seed()
kann der Zufallszahlengenerator (zufällig) initialisiert werden.
Kommandozeilenargumente
[Bearbeiten]Nicht unbedingt Standard, aber bei etlichen Fortran-Compilern doch als Standardfunktion implementiert, sind die Prozeduren iargc
und getarg
zum Erfragen der beim Programmstart mitgegebenen Kommandozeilenargumente.
Die Funktion
i = iargc()
liefert die Anzahl der Kommandozeilenargumente. Der Programmname selbst wird dabei nicht mitgezählt.
Die Subroutine
getarg(i, c)
liefert den Wert eines bestimmten Kommandozeilenargumentes. i
gibt die Position vor (0 ...Programmname, 1 ... 1.Argument, etc.).
Der Parameter c
ist vom Typ Character. Dort findet sich nach Abarbeitung der Subroutine der zu i
gehörende Wert des Kommandozeilenargumentes.
Von der modularen zur objektorientierten Programmierung
[Bearbeiten]Module im Detail
[Bearbeiten]Die Bezeichnung des Schlüsselworts module
weist schon darauf hin, dass Fortran 90/95 eine modulare Softwareentwicklung ermöglicht.
Modulare Programmierung
[Bearbeiten]Was ist modulare Programmierung? Modulare Programmierung
Das Modul-Konzept in Fortran 90/95 unterstützt diesen Ansatz vollständig. Das module
-Konstrukt gliedert sich schematisch so
module ... |
|
|
end module ... |
Vor dem Datenbereich können noch einige Deklarationen (implicit none, save
, etc.) eingefügt sein. Der Methodenbereich wird durch das Schlüsselwort contains
angekündigt oder als Interface deklariert. Aber prinzipiell gilt, dass zusammengehörende Daten und die dazugehörenden Methoden (Unterprogramme) in einem Modul zusammengefasst werden.
Zugriffsteuerung
[Bearbeiten]Durch Angabe des Schlüsselworts private
lässt sich die Sichtbarkeit von Datenelementen einschränken. Auf solcherart deklarierte Variablen läßt sich außerhalb des Moduls nicht zugreifen. public
erlaubt den Zugriff auf entsprechend deklarierte Variablen auch von außerhalb. Zweiteres ist Standardverhalten und das Schlüsselwort public
muss somit nicht explizit angegeben werden.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
module mod_bsp implicit none save ! Datenbereich real, private :: x = 1.2 real :: y = 9.8 contains ! Methodenbereich real function addX (a) real, intent (in) :: a addX = x + a end function addX end module mod_bsp program bsp use mod_bsp implicit none write (*,*) "Ergebnis1 = ", addX (2.1) write (*,*) "Ergebnis2 = ", y + 2.1 ! Ausgabe: ! Ergebnis1 = 3.300000 ! Ergebnis2 = 11.90000 ! Folgendes geht nicht -> Fehlermeldung: ! write (*,*) "Ergebnis3 = ", x + 2.1 ! 1) x ist private und somit außerhalb des Moduls nicht bekannt ! 2) auch im Hauptprogramm selbst ist kein x deklariert (implicit none, ! es wäre ohnehin nicht die gleiche Variable wie im Modul mod_bsp) end program bsp |
Rein formal läßt sich der Zugriff auf die Daten und/oder Methoden eines Moduls (module procedures) auch auf andere Arten einschränken, z.B.
module mod_bsp implicit none save private :: x ! , .... real :: x = 1.2, y = 9.8 ! ...
oder
module mod_bsp implicit none save private public :: y, addX ! , ... real :: x = 1.2, y = 9.8 ! ...
Datenkapselung, COMMONS
-Ersatz: Module als Datenbereich
[Bearbeiten]Module als reinen Datenbereich zu nutzen ist vor allem dann interessant, wenn aus mehreren Programmeinheiten auf die gleichen Daten zugegriffen werden muss, jedoch die zugreifenden Unterprogramme nicht wirklich modulspezifisch sind und dementsprechend nicht als Bestandteil des Moduls angelegt werden.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
module konstanten real, parameter :: PI = 3.141593 real, parameter :: E = 2.718282 end module konstanten ! Hauptprogramm program bsp use konstanten implicit none real :: kreisflaeche write(*,*) 'PI = ', PI write(*,*) 'E = ', E write(*,*) 'Kreisflaeche fuer r=2.1 = ', kreisflaeche(2.1) call calcPiMalE end program bsp ! Unterprogramm 1 real function kreisflaeche(r) use konstanten implicit none real, intent (in) :: r kreisflaeche = r**2 * PI end function kreisflaeche ! Unterprogramm 2 subroutine calcPiMalE() use konstanten implicit none write (*,*) 'PI * E = ', PI * E end subroutine calcPiMalE ! Ausgabe: ! PI = 3.141593 ! E = 2.718282 ! Kreisflaeche fuer r=2.1 = 13.85442 ! PI * E = 8.539735 |
Datenabstraktion: Zusammenfassung von Daten und Methoden in einem Modul
[Bearbeiten]Sind Daten und Unterprogramme als zusammengehörend zu betrachten, so ist es sinnvoll diese auch gemeinsam in einem Modul abzulegen. Ein Vorteil dabei ist, dass somit die Zugriffssteuerung gezielt eingesetzt werden kann. Moduldaten, die nicht von außerhalb des Moduls geändert werden dürfen, werden als private
deklariert. Der Zugriff auf diese Daten kann dann nur noch mittels Methoden des Moduls erfolgen.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
module kreis implicit none save real, parameter :: PI = 3.141593 real, private :: r = 0.0 contains subroutine setR(val) real, intent(in) :: val r = val end subroutine setR real function getR() getR = r end function getR real function kreisflaeche() kreisflaeche = r**2 * PI end function kreisflaeche end module kreis ! Hauptprogramm program bsp use kreis implicit none call setR(5.0) write (*,*) "r = ", getR() write (*,*) "Flaeche = ", kreisflaeche() call sub1(5.0) end program bsp ! Unterprogramm subroutine sub1(val) use kreis implicit none real, intent(in) :: val call setR(val*2.56) write (*,*) "r = ", getR() write (*,*) "Flaeche = ", kreisflaeche() end subroutine sub1 ! Ausgabe: ! r = 5. ! Flaeche = 78.539825 ! r = 12.799999 ! Flaeche = 514.7185 |
Modul und Datenverbund
[Bearbeiten]Das Schlüsselwort private
darf in einem Datenverbund nur in Verbindung mit einem Modul Anwendung finden. Einerseits kann die Sichtbarkeit aller Variablen im Datenverbund eingeschränkt werden. Anderseits kann auch der Datenverbund selbst als private
deklariert werden. Ein Zugriff auf derart deklarierte Datenelemente ist dann nur noch durch Unterprogramme des gleichen Moduls möglich. Standardmäßig sind sowohl Datenverbund als auch seine Einzelkomponenten, so wie alle anderen nicht zugriffsbeschränkten Datenelemente, in einem Modul öffentlich (public).
Beispiel: Öffentlicher Datenverbund
Fortran 90/95-Code (free source form) |
module mod1 save type :: tripel real:: x, y, z end type tripel end module mod1 program bsp use mod1 implicit none type(tripel) :: tr = tripel(10.5, 0.0, -6.5) write(*, *) tr ! Ausgabe: ! 10.5 0.0 -6.5 end program bsp |
Beispiel: Öffentlicher Datenverbund mit privaten Datenelementen
Fortran 90/95-Code (free source form) |
module mod1 save type :: tripel private real:: x, y, z end type tripel contains subroutine createTripel(this, valX, valY, valZ) type(tripel) :: this real, intent(in) :: valX, valY, valZ this%x = valX this%y = valY this%z = valZ end subroutine createTripel subroutine writeTripel(this) type(tripel) :: this write(*,*) this end subroutine writeTripel end module mod1 program bsp use mod1 implicit none type(tripel) :: tr call createTripel(tr, 10.5, 0.0, -6.5) call writeTripel(tr) ! Ausgabe: ! 10.50000 0.000000 -6.500000 end program bsp |
Beispiel: Privater Datenverbund
Fortran 90/95-Code (free source form) |
module mod1 save type, private :: tripel real :: x = 0.0, y=0.0, z=0.0 end type tripel type(tripel), private :: t contains subroutine changeTripel(valX, valY, valZ) real, intent(in) :: valX, valY, valZ t = tripel(valX, valY, valZ) end subroutine changeTripel subroutine writeTripel() write (*,*) t end subroutine writeTripel end module mod1 program bsp use mod1 implicit none ! Hier könnte z.B. keine Variable vom Typ "triple" angelegt werden, da in dieser PE nicht ! sichtbar (privater Datenverbund des Moduls mod1) call writeTripel ! Ausgabe: ! 0.0 0.0 0.0 call changeTripel(10.5, -5.0, -3.5) call writeTripel ! Ausgabe: ! 10.5 -5. -3.5 call unterprogramm ! Ausgabe: ! 10.5 -5. -3.5 end program bsp subroutine unterprogramm use mod1 call writeTripel end subroutine unterprogramm |
- Dieses Beispiel scheint auf den ersten Blick im Gegensatz zu den beiden vorherigen Varianten unnötige Einschränkungen aufzuweisen. Im Haupt- und Unterprogramm können keine Variablen des Typs
tripel
angelegt werden. Im Modul wird immer auf die gleiche Variablet
zugegriffen. Das gewählte Beispiel könnte somit als Singleton beschrieben werden. Es ist außerhalb des Moduls sichergestellt, dass immer nur ein Tripel existiert. Singletons werden auch in der objektorientierten Softwareentwicklung verwendet. Daneben sind auch andere Situationen vorstellbar, in denen sich das Konzept eines privaten Datenverbunds als nützlich erweisen kann.
Die Schnittstelle: Das Modul als Unterprogrammbibliothek
[Bearbeiten]Ein Modul kann als Sammelstelle für Unterprogramme dienen - quasi eine Bibliothek für häufig und in verschiedenen Kontexten benötigte Prozeduren.
Vorteile:
- Ordnung
- Modul kann in eine eigenständige Datei ausgelagert werden.
- Parameter-Datentypüberprüfung.
Beispiel: Parameter-Datentypüberprüfung
ohne Modul | mit Modul |
---|---|
program bsp implicit none integer :: zahl = 5 call unterprogramm(zahl) end program bsp subroutine unterprogramm(a) implicit none real, intent(in) :: a write (*,*) a end subroutine unterprogramm |
module test contains subroutine unterprogramm(a) implicit none real, intent(in) :: a write (*,*) a end subroutine unterprogramm end module test program bsp use test implicit none integer :: zahl = 5 call unterprogramm(zahl) end program bsp |
Die Datenausgabe zur Programmlaufzeit liefert jeweils einen fehlerhaften Wert. |
Bereits beim Compilieren tritt eine Fehlermeldung auf, z.B. bei g95: In file ....f90:20 call unterprogramm(zahl) 1 Error: Type mismatch in parameter 'a' at (1). Passing INTEGER(4) to REAL(4) Das Programm lässt sich so nicht compilieren. |
Der Schnittstellenblock: interface
[Bearbeiten]Fortran 90/95 kennt das Sprachkonstrukt interface
, welches sich in vielerlei Hinsicht nutzbringend verwenden läßt. Schnittstellenblöcke sind modulunabhängig verwendbar.
interface [name] [interface-Spezifikationsteil] end interface [name] |
Der interface-Spezifikationsteil beinhaltet nur diejenigen Informationen, die für die Deklaration der Schnittstelle relevant sind (z.B. Unterprogrammbezeichnung, Variablendeklaration). Die genaue Festlegung der Unterprogramme (inkl. Ausführungsteil) erfolgt dann außerhalb des Schnittstellenblocks. Ein wesentliches Merkmal des Schnittstellenblocks ist die penible Überprüfung der Unterprogrammparameterdatentypen, so wie das auch beim Einsatz von Modulen geschieht.
Beispiel: Parameter-Datentypüberprüfung
ohne Schnittstellenblock | mit Schnittstellenblock |
---|---|
program bsp implicit none integer :: zahl = 5 call unterprogramm(zahl) end program bsp subroutine unterprogramm(a) implicit none real, intent(in) :: a write (*,*) a end subroutine unterprogramm |
program bsp implicit none integer :: zahl = 5 interface subroutine unterprogramm(a) real, intent(in) :: a end subroutine unterprogramm end interface call unterprogramm(zahl) end program bsp subroutine unterprogramm(a) implicit none real, intent(in) :: a write (*,*) a end subroutine unterprogramm |
Die Datenausgabe zur Programmlaufzeit liefert jeweils einen fehlerhaften Wert. |
Bereits beim Compilieren tritt eine Fehlermeldung auf, z.B. bei gfortran: In file ....f90:15 call unterprogramm(zahl) 1 Error: Type/rank mismatch in argument 'a' at (1) Das Programm lässt sich so nicht compilieren. |
Generische Unterprogrammschnittstelle
[Bearbeiten]Fortran 90/95 ermöglicht generische Methoden. Die im Schnittstellenblock deklarierten Unterprogramme können damit über den gleichen Unterprogrammnamen aufgerufen werden. Intern erfolgt dann der Aufruf des jeweils passenden Unterprogramms durch die Unterschiede der Datentypen der Unterprogrammparameter. Mittel zum Zweck ist der benannte Schnittstellenblock.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none interface gensub subroutine writeReal(val) real, intent(in) ::val end subroutine writeReal subroutine writeInteger(val) integer, intent(in) ::val end subroutine writeInteger subroutine writeCharacter(val) character, intent(in) :: val end subroutine writeCharacter end interface gensub call gensub(5.5) call gensub(3) call gensub("H") call writeCharacter("X") ! Ausgabe: ! Real-Wert = 5.500000 ! Integer-Wert = 3 ! Zeichen = H ! Zeichen = X end program bsp subroutine writeReal(val) real, intent(in) ::val write (*,*) "Real-Wert = ", val end subroutine writeReal subroutine writeInteger(val) integer, intent(in) ::val write (*,*) "Integer-Wert = ", val end subroutine writeInteger subroutine writeCharacter(val) character, intent(in) ::val write (*,*) "Zeichen = ", val end subroutine writeCharacter |
Operatorüberladung
[Bearbeiten]Fortran 90/95 verwendet von Haus aus Operatorüberladung. So können z.B. Variablen arithmetischen Datentyps einfach miteinander addiert werden:
c = a + b
Dieser Ausdruck funktioniert unabhängig davon, ob die Variablen vom Typ Ganzzahl oder Gleitkommzahl sind. Und auch für Felder funktioniert diese einfache Form der Addition. Die einzelnen Feldkomponenten werden korrekt addiert. Das ist in anderen Programmiersprachen nicht selbstverständlich. Zusätzlich kann in Fortran 90/95 auch der Programmierer mit Hilfe von Schnittstellenblöcken sogenannte defined operations festlegen.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none interface operator (.PLUS.) function charAdd(c1, c2) character, intent(in) :: c1, c2 character(len=2) :: charAdd end function charAdd end interface operator (.PLUS.) ! "Addition" mittels definiertem .PLUS.-Operator write (*,*) "c1 .PLUS. c2 = ", "A" .PLUS. "B" ! oder auch mittels Funktion write (*,*) "charAdd () = ", charAdd("A", "B") ! Ausgabe: ! c1 .PLUS. c2 = AB ! charAdd () = AB end program bsp function charAdd(c1, c2) implicit none character, intent(in) :: c1, c2 character(len=2) :: charAdd charAdd = c1 // c2 end function charAdd |
Beispiel: nur mit gfortran compilierbar, nicht mit g95 oder ifort
Fortran 90/95-Code (free source form) |
module mod type :: tripel real x, y, z end type end module mod program bsp use mod implicit none interface operator (*) function tripelMult(t1, t2) type(tripel), intent(in) :: t1, t2 type(tripel) :: tripelMult end function tripelMult end interface operator (*) ! Multiplikation mittels überladenem *-Operator write (*,*) "t1 * t2 =", tripel(2.0, 3.0, 4.0) * tripel(1.5, 0.5, 2.0) ! oder auch mittels Funktion write (*,*) "tripelMult () =", tripelMult(tripel(2.0, 3.0, 4.0), tripel(1.5, 0.5, 2.0)) ! Ausgabe: ! t1 * t2 = 3.000000 1.500000 8.000000 ! tripelMult () = 3.000000 1.500000 8.000000 end program bsp function tripelMult(t1, t2) use mod implicit none type(tripel), intent(in) :: t1, t2 type(tripel) :: tripelMult tripelMult = tripel(t1%x * t2%x, t1%y*t2%y, t1%z*t2%z) end function tripelMult |
Bei der Verwendung von defined operations sind jedoch einige Bedingungen zu beachten.
Neben den defined operations (interface operator
) gibt es auch noch defined assignments (interface assignment
) für die Überladung des Zuweisungsoperators.
Schnittstellenblock und Modul
[Bearbeiten]Beim vorigen Beispiel bestand das Problem, dass nur einer der getesteten Compiler eine ausführbare Datei zu Stande brachte. Abhilfe schaffen kann die Verlagerung des Schnittstellenblocks in das Modul unter Zuhilfenahme von module procedure
.
Beispiel: Diesen Programmcode schlucken sowohl gfortran, g95 als auch ifort problemlos
Fortran 90/95-Code (free source form) |
module mod type :: tripel real x, y, z end type interface operator (*) module procedure tripelMult end interface operator (*) contains function tripelMult(t1, t2) implicit none type(tripel), intent(in) :: t1, t2 type(tripel) :: tripelMult tripelMult = tripel(t1%x * t2%x, t1%y*t2%y, t1%z*t2%z) end function tripelMult end module mod program bsp use mod implicit none ! Multiplikation mittels überladenem *-Operator write (*,*) "t1 * t2 =", tripel(2.0, 3.0, 4.0) * tripel(1.5, 0.5, 2.0) ! oder auch mittels Funktion write (*,*) "tripelMult () =", tripelMult(tripel(2.0, 3.0, 4.0), tripel(1.5, 0.5, 2.0)) ! Ausgabe: ! t1 * t2 = 3.000000 1.500000 8.000000 ! tripelMult () = 3.000000 1.500000 8.000000 end program bsp |
Unterprogramme: Die Übergabe optionaler und benannter Parameter
[Bearbeiten]Der Einsatz optionaler Parameter wurde bereits im Kapitel Unterprogramme abgehandelt. Zusätzlich unterstützt Fortran 90/95 auch die Verwendung von benannten Parametern (argument keywords). Dazu ist es erforderlich, dass das Unterprogramm ein explizites Interface aufweist, wie das z.B. bei Einbindung von Unterprogrammen in Module automatisch der Fall ist.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
module m1 contains subroutine abc( var1, var2 ) implicit none integer, intent( in ) :: var1, var2 write( *, * ) var1, var2 end subroutine abc end module m1 program bsp use m1 implicit none call abc( 12, 99 ) call abc( var2 = 99, var1 = 12 ) call abc( var2 = 12, var1 = 99 ) call abc( 12, var2 = 99 ) ! call abc( var1 = 12, 99 ) ! so funktioniert das nicht ! Ausgabe: ! 12 99 ! 12 99 ! 99 12 ! 12 99 end program bsp |
Sonstiges
[Bearbeiten]use modulbezeichnung, only : modulelemente
use modulbezeichnung => bezeichnung
Objektorientierte Programmierung
[Bearbeiten]Modulares Programmieren reißt heutzutage niemanden mehr vom Hocker und selbst objektorientierte Konzepte sind seit spätestens Ende der 80-Jahre des vergangenen Jahrhunderts Stand der Technik. Im akademischen Bereich waren diese Dinge natürlich schon früher bekannt. Fortran hat in diesem Bereich also nie eine Vorreiterrolle inne gehabt. Nach jeweils kurzen Nachdenkphasen haben aber die Fortran-Leute unerschrocken auch in diesem Bereich nachgezogen.
Fortran bildet also aufgrund seiner langen Geschichte ein weites Spektrum der Programmierparadigmen ab: vom prozeduralen Programmieren (FORTRAN 77) über das modulare Programmieren (Fortran 90/95) hin zum objektorientierten Programmieren (Fortran 2003).
Fortran 90/95 ist keine typisch objektorientierte Sprache. Trotzdem lässt sich mit den modularen Spracheigenschaften von Fortran 90/95 bereits in weiten Bereichen Objektorientierung simulieren beziehungsweise nachbauen. Aber erst mit Fortran 2003 lässt sich wirklich komfortabel objektorientiert programmieren. Diese Fortran-Version wirbt dann auch „offiziell“ mit diesem Merkmal.
Welche Eigenschaften verbindet man typischerweise mit Objektorientierung? Da wären
- Klassen - Datenkapselung und Datenabstraktion
- Objekte
- Vererbung
- Statische Polymorphie: Überladen von Funktionen (und Operatoren)
- Run-Time-Polymorphie
Welche dieser Merkmale bietet Fortran 90/95 von Haus aus und was läßt sich relativ einfach nachbauen?
Klassen - Datenkapselung und Datenabstraktion
[Bearbeiten]Was ist eine Klasse?
Ein Fortran 90/95-Modul sieht sehr ähnlich aus wie eine Klasse in der objektorientierten Programmierung und ist dementsprechend auch Ausgangspunkt für den objektorientierten Ansatz in Fortran 90/95.
Klasse | Fortran 90/95 | |||
---|---|---|---|---|
|
module ... ! Datenbereich contains ! Methodenbereich end module ... |
Einen grundlegenden Mechanismus zum Schreiben objektorientierter Programme stellt Fortran 90/95 somit in Form der Module zur Verfügung. Jetzt stellt sich aber die Frage, wie diese Klasse instantiiert werden soll. Das wird im Abschnitt Objekte gezeigt.
Objekte
[Bearbeiten]Was sind Objekte? Objekt (Programmierung)
Ein einfaches Modul mit ein paar konventionellen Datenelementen und Prozeduren ist noch keine Klasse, aus der Objekte zu erzeugen wären. Dazu bedarf es noch eines Unterscheidungskriteriums zwischen den einzelnen Objekten. Dieses Unterscheidungskriterium kann, wie auch schon früher im Teilkapitel Modul und Datenverbund gezeigt, mittels Datenverbund hergestellt werden. Die Objekte werden somit nicht über den Modulnamen als Klasse angesprochen, sondern über die Datenverbund-Bezeichnung. Auch das ist keine neue Erkenntnis, sondern eine geschickte Ausnutzung eines Mechanismus, den Fortran 90/95 standardmäßig mit Modulen und Datenverbund zur Verfügung stellt.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
module tripelClass implicit none save type :: tripel real:: x, y, z end type tripel contains subroutine write(this) type(tripel), intent(in) :: this write(*, *) "********** Tripel **********" write(*, *) this end subroutine end module tripelClass program bsp use tripelClass implicit none type(tripel) :: obj1 = tripel(1.5, 0.0, -6.5) type(tripel) :: obj2 = tripel(2.5, 1.0, -4.5) type(tripel) :: obj3 = tripel(3.5, 2.0, -2.5) call write(obj1) call write(obj2) call write(obj3) ! Ausgabe: ! ********** Tripel ********** ! 1.500000 0.000000 -6.500000 ! ********** Tripel ********** ! 2.500000 1.000000 -4.500000 ! ********** Tripel ********** ! 3.500000 2.000000 -2.500000 end program bsp |
Weitere wichtige Elemente beim Erzeugen und Zerstören von Objekten sind in der OOP die sogenannten Konstruktoren und Destruktoren.
Was sind Konstruktoren und Destruktoren? Konstruktoren und Destruktoren
Konstruktoren und Destruktoren kennt Fortran 90/95 natürlich nicht. Im Bedarfsfall sind diese Elemente also mittels konventioneller Unterprogramme nachzubilden und dann jeweils explizit in den entsprechenden Programmabschnitten, nach Erzeugung beziehungsweise beim Abbau des jeweiligen Objektes, manuell aufzurufen.
Vererbung
[Bearbeiten]Was ist Vererbung? Vererbung (Programmierung)
Das OOP-Prinzip „Vererbung“ ist in Fortran 90/95 nur über Umwege realisierbar. Fortran 90/95 kennt konzeptionsbedingt für diesen Zweck keinen einfachen programmtechnischen Mechanismus. Nachfolgend wird anhand eines kleinen und überschaubaren Beispiels eine mögliche Lösung demonstriert.
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
module tripelClass implicit none save type :: tripel real:: x, y, z end type tripel contains subroutine write(this) type(tripel), intent(in) :: this write(*, *) "********** Tripel **********" write(*, *) this end subroutine end module tripelClass module coordClass use tripelClass implicit none save type :: coord type(tripel) :: tr integer :: id end type contains subroutine constructCoord(this, t, i) implicit none type(coord), intent(out) :: this type(tripel), intent(in) :: t integer :: i this%tr = t this%id = i end subroutine constructCoord subroutine writeCoord(this) implicit none type(coord), intent(in) :: this write(*, "(A, I5, A)") "******************* KOORDINATE ", this%id, " *******************" call write(this%tr) end subroutine writeCoord end module coordClass program bsp use coordClass implicit none type(coord) :: obj1 = coord(tripel(1.5, 0.0, -6.5), 1005) type(coord) :: obj2 = coord(tripel(2.5, 1.0, -4.5), 1006) type(coord) :: obj3 = coord(tripel(3.5, 2.0, -2.5), 1007) call writeCoord(obj1) call writeCoord(obj2) call writeCoord(obj3) ! Ausgabe: ! ******************* KOORDINATE 1005 ******************* ! ********** Tripel ********** ! 1.500000 0.000000 -6.500000 ! ******************* KOORDINATE 1006 ******************* ! ********** Tripel ********** ! 2.500000 1.000000 -4.500000 ! ******************* KOORDINATE 1007 ******************* ! ********** Tripel ********** ! 3.500000 2.000000 -2.500000 end program bsp |
Statische Polymorphie: Überladen von Funktionen (und Operatoren)
[Bearbeiten]Das Überladen von Funktionen und Operatoren unterstützt Fortran 90/95 wiederum standardmäßig. Diese Konzepte wurden schon in den Abschnitten
kurz erläutert.
Run-Time-Polymorphie
[Bearbeiten]Polymorphie zur Laufzeit eines Programmes ist mit den Mitteln von Fortran 90/95 nur einigermaßen aufwendig und kompliziert nachzubauen, jedoch prinzipiell möglich. Es sei zu diesem Thema auf die weiterführende Literatur verwiesen.
Ausblick
[Bearbeiten]Sind die Methoden zur Nachbildung objektorientierter Mechanismen auch in Fortan 2003 verwendbar? Prinzipiell schon, jedoch bietet Fortran 2003 bessere und erweiterte Möglichkeiten zur Behandlung dieses Themas. Dort wurde nämlich das Prinzip des Datenverbunds wesentlich erweitert. Ein type
-Block kann dann neben den Datenelementen auch Unterprogramme beinhalten, das Schlüsselwort extends
zwecks Vererbungmechanismus ist vorhanden, etc. Das in Fortran 90/95 als Datenbund/Struktur verwendbare type
-Konstrukt wurde also in Fortran 2003 zu einer Klasse, ähnlich wie es in anderen Programmierspachen unter der Bezeichnung class
bekannt ist, aufgerüstet.
Literatur
[Bearbeiten]Quellen
[Bearbeiten]Weiterführende Literatur
[Bearbeiten]- Decyk, Norton, Szymanski: Introduction to Object-Oriented Concepts Using Fortran90, 1996
- Decyk, Norton, Szymanski: How to Express C++ Concepts in Fortran90. 1997
- Decyk, Norton, Szymanski: How to Support Inheritance and Run-Time Polymorphism in Fortran90, 1998
- Decyk, Norton: A Simplified Method for Implementing Run-Time Polymorphism in Fortran95, 2004
- Decyk, Gardner: Object-Oriented Design Patterns in Fortran95, 2006
Offizielle Fortran 95-Erweiterungen
[Bearbeiten]
Hier sind jene ISO/IEC-Standards angeführt, die nicht Teil des Original-Fortran 95-Standards sind, sondern erst später als offizielle Fortran 95-Erweiterungen formuliert wurden. Etliche Fortran 95-Compiler bieten diese Features derzeit noch nicht oder nur teilweise.
Zeichenketten variabler Länge
[Bearbeiten]- Offizielle Bezeichnung: Fortran, Part 2, Varying length character strings
- Standards:
- Referenzmodul-Download-Adressen:
- Sample_Module iso_vst.f95 (pointer-Variante) - programmiert in Standard-Fortran 95 und daher portabel
- Sample_Module iso_vsta.f95 (allocatable-Variante) - verwendet Sprachmittel gem. Fortran 95-Erweiterung ISO/IEC TR 15581 : 1999 bzw. 2001 (enhanced data type facilities). Dieses Modul soll effizienter als iso_vst.f95 sein und Speicherlecks vermeiden
Diese Fortran 95-Erweiterung ermöglicht in einfacher Weise das Arbeiten mit Zeichenketten variabler Länge. Die notwendigen Datenelemente und Funktionen sind im Modul iso_varying_string
hinterlegt. Die nötigen Programmabläufe zur dynamische Anpassung des jeweils erforderlichen Speicherplatzes übernehmen somit die Unterprogramme dieses Moduls. Eine explizite Begrenzung der maximalen Zeichenkettenlänge ist nicht vorgesehen. Einschränkungen ergeben sich nur durch Hardwarerestriktionen bzw. die Programmkomplexität.
In den getesteten aktuellen Fortran 95-Compilern (gfortran, g95 und ifort) ist mit Stand 01.01.2007 diese Funktionalität noch nicht inkludiert. Zur Nutzung dieses Features mit diesen Compilern ist deshalb der Download und die Einbindung einer der o.a. Moduldateien erforderlich (oder man schreibt selbst ein entsprechendes standardkonformes Modul).
Beispiel:
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp use iso_varying_string implicit none type( varying_string ) :: str str = "Wiki" write (*,*) len(str) write (*,*) char(str) str = str // "books" write (*,*) len(str) write (*,*) char(str) ! Ausgabe ! 4 ! Wiki ! 9 ! Wikibooks end program bsp |
Compilieren, Linken:
gfortran -o bsp iso_vsta.f95 bsp.f90
Prinzipiell gelten für Zeichenketten mit variabler Länge die gleichen generisch-intrinsischen Funktionsbezeichner wie für normale Zeichenketten. Auch Stringkonkatenation, Zuweisung und Vergleichsoperationen sind wie gewohnt erlaubt. Zuätzlich kommen noch einige neue Funktionen hinzu:
Funktionsbezeichner | Kommentar |
---|---|
var_str | Datentypkonvertierung. character → varying_string
|
get, put, put_line | I/O |
insert | Einfügen eines Teilstrings |
replace | Ersetzen eines Teilstrings |
remove | Entfernen eines Teilstrings |
extract | Extrahierung eines Teilstrings |
split | Einen String in zwei Strings splitten. |
Bedingte Compilierung
[Bearbeiten]Mannigfaltig sind die Gründe, welche den Einsatz bedingter Compilierung (conditional compilation, Kurzform: coco) erstrebenswert erscheinen lassen. Seien es die unterschiedlichen Betriebssystemkonventionen zur Vergabe von Pfad- und Dateinamen, unterschiedliche Anforderungen an Entwickler- und Releaseversionen eines Programmes oder auch spezielle internationale Marktbedürfnisse, die Programmvarianten erfordern. All diese Bedürfnisse und noch viel mehr kann coco befriedigen.
Weder g95, noch gfortran oder ifort bieten bisher von Haus aus die Möglichkeit zur "conditional compilation". Es gibt aber externe Tools zur ISO/IEC 1539-3, die als Präprozessor fungieren können und somit das gewünschte Verhalten erzeugen, z.B. das Programm coco.
Beispiel:
Die Datei bsp.fpp:
?? integer, parameter :: varianteA = 1, varianteB = 2 ?? integer :: flag = 1 program bsp ?? if ( flag == varianteA ) then write (*,*) "Variante A" ?? else if (flag == varianteB) then write (*,*) "Variante B" ?? endif end program bsp
mit der Set-Datei bsp.set:
?? integer :: flag = 2 ?? alter: delete
ergibt nach einem Präprozessorlauf coco bsp
folgendes Fortran-Programm bsp.f90
program bsp write (*,*) "Variante B" end program bsp
Beispiel:
Wird die coco-Anweisung alter: delete
in der Set-Datei weggelassen, so werden die überflüssigen Zeilen nicht gelöscht, sondern nur auskommentiert (shift). Standardmäßig entspricht dies beim coco-Präprozessor einer alter: shift3
-Set-Anweisung (!?>). Die Set-Datei bsp.set
?? integer :: flag = 2
würde mit der obigen bsp.fpp-Datei nach einem coco bsp
also diesen Fortran-Code liefern
!?>?? integer, parameter :: varianteA = 1, varianteB = 2 !?>?? integer :: flag = 1 program bsp !?>?? if ( flag == varianteA ) then !?> write (*,*) "Variante A" !?>?? else if (flag == varianteB) then write (*,*) "Variante B" !?>?? endif end program bsp !?>?? This was produced using the following SET file !?>?? integer :: flag = 2
Floating-point Exceptions
[Bearbeiten]Im Fortran 2003-Standard sind Module betreffend IEEE 754-Standard (IEEE Standard for Binary Floating-Point Arithmetic) enthalten. Näheres dazu wird im Fortran 2003-Kapitelabschnitt Die intrinsischen IEEE-Module beschrieben.
Allocatable Components
[Bearbeiten]Diese Erweiterung bezieht sich auf das Schlüsselwort allocatable
. In Standard-Fortran 90/95 ist die dynamische Allokation von Speicherplatz für Felder mit dem Attribut allocatable
eigentlich nur in einem lokalen Kontext möglich. Der Technical Report 15581 fordert, dass solche Felder darüber hinaus auch in den Anwendungsbereichen
- Rückgabewert von Funktionen
- Unterprogrammparameter
- Feldelemente in Datenverbunden
uneingeschränkt verwendbar sein sollen.
Die Enhanced Data Type Facilities werden bereits standardmäßig vom aktuellen g95-, gfortran-, ifort- und Sun-Fortran-Compiler unterstützt.
Beispiel: Rückgabewert
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none write ( *, * ) fun_all( 5 ) write ( *, * ) fun_all( 7 ) ! Ausgabe: ! 1 2 3 4 5 ! 1 2 3 4 5 6 7 contains function fun_all( n ) implicit none integer, dimension( : ), allocatable :: fun_all integer, intent( in ) :: n integer :: j, st allocate( fun_all( n ), stat = st ) if( st == 0 ) then forall( j = 1 : n ) fun_all(j) = j end forall else write( *, * ) "Allocate-Fehler" end if end function fun_all end program bsp |
Beispiel: Unterprogrammparameter
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none integer, dimension( : ), allocatable :: dynarr integer :: j allocate( dynarr( 3 ) ) forall( j = 1 : 3 ) dynarr( j ) = j * 2 end forall call fun_all( dynarr ) write( *, * ) "Out: ", dynarr deallocate( dynarr ) allocate( dynarr( 5 ) ) forall( j = 1 : 5 ) dynarr( j ) = j * 3 end forall call fun_all( dynarr ) deallocate( dynarr ) ! Ausgabe: ! Argument: 2 4 6 ! (De)Allocate im UP: 88 99 ! Out: 88 99 ! Argument: 3 6 9 12 15 ! (De)Allocate im UP: 88 99 contains subroutine fun_all( a ) implicit none integer, dimension( : ), allocatable, intent( inout ) :: a write( *, * ) "Argument:", a deallocate( a ) allocate( a (2) ) a(1) = 88 a(2) = 99 write( *, * ) "(De)Allocate im UP:", a end subroutine fun_all end program bsp |
Mit Standard-Fortran 90/95 könnten sie zwar das allozierte Feld als Parameter aus dem Hauptprogramm an das Unterprogramm übergeben, dort wäre es aber nicht als allocatable
kennzeichenbar und somit im Unterprogramm nicht in der gezeigten Art und Weise (de)allozierbar. Mittels Standardkonformitäts-Compileroptionen, z.B.
- Intel Fortran Compiler:
-stand
- g95, gfortran:
-std=f95
ist überprüfbar, welche Möglichkeiten Standard-Fortran 95 bietet und welche Eigenschaften den Erweiterungen zuschreibbar sind.
Beispiel: allocatable array im Datenverbund
Fortran 90/95-Code (free source form) |
program bsp implicit none type struktur integer :: nr integer, dimension( : ), allocatable :: arr end type struktur type( struktur ) :: a1, a2 allocate( a1%arr( 5 ) ) allocate( a2%arr( 2 ) ) a1%nr = 9453 a1%arr(1) = 1 a1%arr(5) = 5 a2%nr = 9454 a2%arr(1) = 11 a2%arr(2) = 22 write ( *, * ) "a1 =" , a1%nr, a1%arr write ( *, * ) "a2 =", a2%nr, a2%arr ! Ausgabe: ! a1 = 9453 1 0 0 0 5 ! a2 = 9454 11 22 end program bsp |
Programmaufbau
[Bearbeiten]
Programmaufbau und Zeilenformat
[Bearbeiten]Der grundlegende Programmaufbau und das Zeilenformat von Fortran 90/95 wurden in Fortran 2003 beibehalten. Neben der free source form ist aus Kompatibilitätsgründen auch noch immer die alte, aus FORTRAN 77 bekannte, fixed source form gültig.
Eine Zeile darf auch in Fortran 2003 bei Verwendung der free source form standardmäßig maximal 132 Zeichen beinhalten. Ein symbolischer Name darf nun höchstens 63 Zeichen lang sein. Eine Anweisung darf sich maximal über 256 Zeilen erstrecken. Das Zeilenfortsetzungszeichen ist wie in Fortran 90/95 das Kaufmanns-Und: &
. Mit Fortran 2023 wurden diese Beschränkungen deutlich aufgeweicht. Eine Zeile darf nun 10000 Zeichen enthalten. Eine Anweisung darf nun insgesamt aus 1 Mio. Zeichen bestehen.
Zeichenvorrat
[Bearbeiten]Der Fortran 2003-Zeichenvorrat wurde gegenüber Fortran 90/95 erweitert:
Großbuchstaben: | A bis Z |
Kleinbuchstaben: | a bis z |
Ziffern: | 0 bis 9 |
FORTRAN 77-Sonderzeichen: | + - * / = ( ) : , . ' $ und Leerzeichen |
Fortran 90/95-Sonderzeichen: | _ ! ? " & ; < > |
Fortran 2003-Sonderzeichen: | \ [ ] { } ~ ` ^ | # @ |
|
Anwendungsgebiet der neu hinzugekommenen Zeichen
[Bearbeiten]Von den in Fortran 2003 neu zugefügten Zeichen haben nur die eckigen Klammern einen konkreten Anwendungsbereich als Kennzeichnung von Feldkonstruktoren. Ein Feldkonstruktor darf neben der aus Fortran 95 bekannten Form
(/ werte /)
nun auch mit eckigen Klammern geschrieben werden
[ werte ]
Beispiel:
Fortran 2003 (oder neuer)-Code |
! bsp.f03 program bsp implicit none integer, dimension( 3 ) :: a = [ 20, 33, 55 ] integer, dimension( 2 ) :: b = (/ 44, 55 /) write( *, *) a write( *, *) b ! Ausgabe: ! 20 33 55 ! 44 55 end program bsp |
Kompilieren, linken:
gfortran -o bsp bsp.f03
Der Block
[Bearbeiten]Beispiel:
Fortran 2003 (oder neuer)-Code |
program block implicit none real a a = 3.1415 block real a a = 2.7182 print *, a end block print *, a end program block |
Ausgabe:
2.71819997 3.14150000
Datentypen
[Bearbeiten]
Intrinsische Datentypen
[Bearbeiten]Die aus Fortran 90/95 bekannten intrinsischen Datentypen sind weiterhin uneingeschränkt gültig.
Datentyp | Kommentar |
---|---|
integer | Ganzzahlen |
real | Reelle Zahlen einfacher Genauigkeit |
(double precision) | Reelle Zahlen doppelter Genauigkeit |
complex | Komplexe Zahlen |
logical | Logischer Datentyp (.true., .false.) |
character | Zeichen(kette) |
Im Umfeld des character
-Datentyps gab es einige Ergänzungen:
- Unterstützung internationaler Zeichensätze in Rahmen der ISO 10646-Norm (Universal Coded Character Set). Im Kapitel iso_fortran_env ist ein kleines Beispiel zu diesem Thema zu finden.
- Die Funktion
selected_char_kind
ist neu. Ihre Funktionsweise ist äquivalent zu den bereits aus Fortran 90/95 bekannten Funktionenselected_int_kind
undselected_real_kind
. - Zeichenkette (String) mit variabler Länge von Zeichen:
character(:), allocatable
Ein Beispiel mit einem String variabler Länge:
Fortran 2003 (oder neuer)-Code |
program bsp implicit none character(:), allocatable :: str str = "Hallo" print *, str print *, "Laenge = ", len(str), " Zeichen" ! Ausgabe: ! Hallo ! Laenge = 5 Zeichen str = "Hallo, Welt" print *, str print *, "Laenge = ", len(str), " Zeichen" ! Ausgabe: ! Hallo, Welt ! Laenge = 11 Zeichen end program bsp |
Ab Fortran 2008 kann auf den Real- und Imaginärteil von komplexen Zahlen mittels %-Datenverbund-Zeichen zugegriffen werden:
Fortran 2003 (oder neuer)-Code |
program bsp implicit none complex img img%re = 1.5 img%im = img%re + 2.5 print *, img ! Ausgabe ! (1.50000000,4.00000000) end program bsp |
Enumeration
[Bearbeiten]Mit Fortran 2003 sind auch in dieser Programmiersprache Enumerationen (Aufzählungstypen) möglich. Die Werte in einer solchen Enumeration besitzen einen integer
-Datentyp.
enum, bind( C ) enumerator :: wert(e) // ... end enum |
Die von C-Enumerationen bekannten Eigenschaften gelten gleichermaßen für Fortran-Enumerationen, z.B.:
- ohne explizite Zuweisung von Werten wird mit dem Wert 0 gestartet.
- ohne explizite Zuweisung von Werten wird in der Anordnungsreihenfolge der Elemente sukzessiv immer um 1 hochgezählt.
- Wurde dem Vorgängerelement eine Ganzzahl zugewiesen, dem Element jedoch nicht, so ist der Wert dieses Elementes die dem Vorgängerelement zugeordnete Ganzzahl + 1.
Beispiel:
Fortran 2003 (oder neuer)-Code |
program bsp implicit none integer :: wert enum, bind( C ) enumerator :: MON, DIE, MIT = 3, DON, FRE = 5, SAM = 66, SON = 77 end enum write( *, * ) MON write( *, * ) MIT write( *, * ) SAM wert = 4 if( wert == MIT + 1 ) then write( *, * ) "Donnerstag" endif ! Ausgabe: ! 0 ! 3 ! 66 ! Donnerstag end program bsp |
Obwohl der Fortran 2003-Working Draft J3/04-007 durch das bind(c)
eine zwingende Anbindung an einen Aufzählungstyp in der Programmiersprache C vorgaukelt, ist dies nicht der Fall. Fortran-Enumerationen funktionierten auch ohne entsprechendes C-Gegenstück. Sie werden im Fortran 2003-Working Draft auch nicht im Abschnitt Interoperability with C geführt, sondern direkt im Abschnitt über die Fortran-Datentypen. Diese Tatsache dürften die Compilerbauer auch unterschiedlich interpretieren. So wäre beim g95-Compiler das Attribut bind(C)
nicht unbedingt erforderlich, ist jedoch möglich. Beim Einsatz des gfortran ist der Zusatz bind(C)
obligatorisch. Aus Kompatibilitätsgründen ist somit immer die strikte Schreibweise nach Fortran 2003-Standard empfehlenswert. Der Intel Fortran Compiler 9.1 unterstützt dieses Sprachmerkmal ohnehin noch nicht.
Derived Type
[Bearbeiten]Der Derived Type wurde in Fortran 2003 wesentlich erweitert. Er ist nun kein reiner Datenverbund wie noch in Fortran 90/95, sondern eine richtige Klasse. Genauer beschrieben wird dieser Typ später im Kapitel zur OOP, hier zunächst nur einige einfache Erweiterungsmerkmale gegenüber Fortran 90/95.
Benannte Parameter
[Bearbeiten]Beispiel:
Fortran 2003 (oder neuer)-Code |
program bsp implicit none type test integer :: i character( 20) :: str end type type( test ) :: t1 = test ( i = 1, str = "Wiesenfeld" ) write( *, *) t1 ! Ausgabe: ! 1 Wiesenfeld end program bsp |
Die Verwendung von benannten Parametern bei der Konstruktion einer Derived Type-Variable kann vor allem in Verbindung mit Vorgabewerten sinnvoll sein.
Vorgabewerte
[Bearbeiten]Ab Fortran 2003 dürfen Variablen in einem Derived Type auch mit Vorgabewerten (default values) belegt werden.
Beispiel:
Fortran 2003 (oder neuer)-Code |
program bsp implicit none type test integer :: i = -1 character( 20) :: str = "NN" end type type( test ) :: t1 = test () type( test ) :: t2 = test ( str = "Wiesenfeld" ) type( test ) :: t3 = test ( str = "Walddorf", i = 1 ) write( *, *) t1 write( *, *) t2 write( *, *) t3 ! Ausgabe: ! -1 NN ! -1 Wiesenfeld ! 1 Walddorf end program bsp |
Felder
[Bearbeiten]Ein mehrdimensionales Feld kann ab Fortran 2008 maximal 15-dimensional gestaltet werden.
Ein benanntes konstantes Feld kann wie folgt initialisiert werden. Die obere Feldgrenze wird durch den Stern (*) ersetzt. Durch den array constructor wird die Feldgröße automatisch festgelegt:
Fortran 2003 (oder neuer)-Code |
program bsp implicit none integer, parameter, dimension(1:*) :: arr1 = [1, 2, 3, 4, 5] integer, parameter :: arr2(0:*) = [0, 1, 2] print *, arr1 print *, arr1(2) print *, arr2 print *, arr2(2) ! Ausgabe: ! 1 2 3 4 5 ! 2 ! 0 1 2 ! 2 end program bsp |
Zeiger
[Bearbeiten]
Prozedurenzeiger
[Bearbeiten]Einführung
[Bearbeiten]Mit dem 2003er-Standard unterstützt auch Fortran Zeiger auf Prozeduren (procedure pointer, Funktionszeiger). Diese spielen auch eine wichtige interne Rolle bei der Realisierung objektorientierter Mechanismen und beim C-Binding. Schematisch wird ein Prozedurenzeiger so deklariert:
procedure( [name] ), pointer :: zeigername |
Die Angabe von name
ist optional. Wird an dieser Stelle ein Name, z.B. ein Unterprogrammbezeichner angegeben, so bedeutet dies, dass der Prozedurenzeiger mit allen Unterprogrammen, die das gleiche Interface aufweisen, kompatibel ist. Prozedurenzeiger können wie normale Zeiger gehandhabt werden.
Beispiel:
Fortran 2003 (oder neuer)-Code |
program bsp implicit none procedure(up), pointer :: pptr => null() pptr => ooops call pptr ! Ausgabe: ! ooops contains subroutine ooops() write( *, * ) "ooops" end subroutine ooops subroutine up() end subroutine up end program bsp |
Prozedurenzeiger mit implizitem Interface
[Bearbeiten]Bei der Deklaration eines Prozedurenzeigers muss keine explizite Schnittstelle angegeben werden. Im Folgenden wird dies am Beispiel eines mit pptr2
benannten Prozedurenzeigers demonstriert.
Beispiel:
Fortran 2003 (oder neuer)-Code |
program bsp implicit none procedure( up ) , pointer :: pptr1 => null() procedure( ) , pointer :: pptr2 => null() procedure( add ), pointer :: pptr3 => null() pptr1 => ooops pptr2 => ooops call pptr1 call pptr2 ! Ausgabe: ! ooops ! ooops pptr3 => add write( *, * ) pptr3( 5 , 12 ) ! Ausgabe: ! 17 ! Folgende auskommentierte Zuordnung waere nicht erlaubt: ! pptr1 => add contains subroutine up() end subroutine up subroutine ooops() write( *, * ) "ooops" end subroutine ooops function add( a, b ) integer :: add integer, intent( in ) :: a, b add = a + b end function add end program bsp |
Abstraktes Interface
[Bearbeiten]Das bei der Deklaration eines Prozedurenzeigers als Schnittstelle genannte Unterprogramm muss nicht real implementiert sein. Es können statt dessen auch abstrakte Interfaces Verwendung finden. Diese sind gleich wie konventionelle Interface-Blöcke aufgebaut, mit dem Unterschied, dass sie als abstract interface
gekennzeichnet sind. Ein mit einem abstrakten Interface deklarierter Prozedurzeiger passt dann für jedes Unterprogramm, welches mit identer Schnittstelle ausgestattet ist.
Fortran 2003 (oder neuer)-Code |
program bsp implicit none abstract interface function afunc( x, y ) integer :: afunc integer, intent( in ) :: x, y end function afunc end interface procedure( afunc ), pointer :: pptr1 => null() procedure( add ) , pointer :: pptr2 => null() pptr1 => add write( *, * ) pptr1( 5 , 12 ) ! Ausgabe: 17 pptr1 => mult write( *, * ) pptr1( 3 , 2 ) ! Ausgabe: 6 ! Folgendes funktioniert uebrigens auch, da add() und mult() das gleiche Interface ! aufweisen: pptr2 => mult write( *, * ) pptr2( 5 , 5 ) ! Ausgabe: 25 contains function add( a, b ) integer :: add integer, intent( in ) :: a, b add = a + b end function add function mult( a, b ) integer :: mult integer, intent( in ) :: a, b mult = a * b end function mult end program bsp |
Zeiger und das intent
-Attribut
[Bearbeiten]Nun ist bei der Übergabe von Zeigern an Unterprogramme auch die Angabe eines intent
-Attributs möglich. Das war mit Fortran 90/95 noch nicht erlaubt. Diese intent
-Angaben beziehen sich aber nicht auf die Variablenwerte an sich, sondern beschränken nur die Möglichkeiten zur Zeigerzuordnung im Unterprogramm selbst.
Beispiel:
Fortran 2003 (oder neuer)-Code |
program bsp implicit none integer, target :: x = 15 integer, pointer :: ptr1 => null(), ptr2 => null() ptr1 => x ptr2 => x call mult( ptr1, ptr2) write( *, *) "Zuordnungsstatus ptr1:", associated( ptr1 ) write( *, *) "Zuordnungsstatus ptr2:", associated( ptr2 ) write( *, *) "Wert ptr1:", ptr1 write( *, *) "Wert x:", x ! Ausgabe: ! Zuordnungsstatus ptr1: T ! Zuordnungsstatus ptr2: F ! Wert ptr1: 45 ! Wert x: 45 contains subroutine mult( a, b ) integer, pointer, intent( in ) :: a integer, pointer, intent( inout ) :: b integer, target :: val = 3 ! Folgendes waere nun nicht erlaubt, da a nur intent( in ) ! a => null() ! Das auch nicht: ! a => val ! Das allerdings ist erlaubt: a = a * val ! b ist mit intent( inout ) spezifiziert, also ist hier eine Zeigerzuordnung ! erlaubt: b => null() end subroutine mult end program bsp |
Zeiger und Felder
[Bearbeiten]Auch im Zusammenspiel von Zeigern mit Feldern bringt der Fortran 2003-Standard einige Ergänzungen.
Ein- und Ausgabe
[Bearbeiten]
Streams
[Bearbeiten]Fortran 2003 bietet zusätzlich zum altbekannten datensatzbasierten I/O nun auch Dateieingabe und -ausgabe in Form von Streams, wie das z.B. in der Programmiersprache C seit jeher üblich ist.
Unterschied zum alten I/O-Konzept?
[Bearbeiten]- Streams ermöglichen das Lesen und Schreiben von Binärdateien, ohne sich mit den auf Datensätzen aufbauenden Strukturen der konventionellen Fortran-I/O herumschlagen zu müssen.
- Bei der Ein-/Ausgabe mit Streams wird die Datei als kontinuierliche Byte-Sequenz betrachtet.
- Stream-I/O ist logischerweise nicht für interne Dateien gedacht.
Anwendung
[Bearbeiten]Auch wenn Stream-I/O in Fortran 2003 ein neues Konzept ist, so sind die altbekannten open
-, read
-, write
-und close
-Befehle dafür zuständig.
- Öffnen eines Streams:
open( ..., access = "STREAM", ... ) |
- Lesen und Schreiben:
read( ... ) ... write( ... ) ... |
- Schließen eines Streams:
close( ... ) |
Unformatierte Stream-I/O
[Bearbeiten]Beispiel:
Fortran 2003 (oder neuer)-Code |
program bsp implicit none real :: a = 55.678 real :: b character( len = 3 ) :: str open( 50, file = "test", access = "STREAM", status = "REPLACE") write( 50 ) "Hallo Welt" write( 50 ) "Hello World" ! Ausgabe in Datei: siehe Bild 1 write( 50, pos = 100 ) "Greetings" ! Ausgabe in Datei: siehe Bild 2 write( 50, pos = 60 ) a ! Ausgabe in Datei: siehe Bild 3 read( 50, pos = 60 ) b write( *, * ) b ! Ausgabe: ! 55.678 read( 50, pos = 8 ) str write( *, * ) str ! Ausgabe: ! elt close( 50 ) end program bsp |
Da es sich um eine unformatierte Ein-/Ausgabe handelt, darf natürlich kein Formatspezifizierer bei den read
- und write
-Anweisungen angegeben werden, auch kein *
. Mittels pos
-Spezifizierer kann an eine bestimmte Position in der Datei gesprungen werden.
Bild 1 | |
---|---|
Bild 2 | |
Bild 3 |
Formatierte Stream-I/O
[Bearbeiten]Beispiel:
Fortran 2003 (oder neuer)-Code |
program bsp implicit none real :: a = 55.678 real :: b = 13.9876 character( len = 20 ) :: str1, str2, str3 integer :: fposition open( 50, file = "test", access = "STREAM", form = "FORMATTED", status = "REPLACE") write( 50, "(2A20)" ) "Hallo Welt", "Hello World" inquire( 50, pos = fposition ) write( *, * ) fposition write( 50, * ) a, new_line( "x" ), b, " abcdef" read( 50, *, pos = fposition ) a write( *, * ) a read( 50, *, pos = 1 ) str1, str2, str3 write( *, * ) str1, str2, str3 read( 50, * ) str1, a write( *, * ) str1, a ! Ausgabe in Datei: ! Hallo Welt Hello World ! 55.678 ! 13.9876 abcdef ! Ausgabe auf Bildschirm: ! 42 ! 55.678 ! Hallo Welt Hello ! 55.678 13.9876 close( 50 ) end program bsp |
Asynchrone I/O
[Bearbeiten]Rekursive I/O
[Bearbeiten]Sonstiges
[Bearbeiten]Weblinks
[Bearbeiten]
Intrinsische Funktionen und Subroutinen
[Bearbeiten]
Die Fortran 90/95-Funktionen und -Subroutinen sind natürlich auch in Fortran 2003 uneingeschränkt gültig. Einige Unterprogramme wurden neu aufgenommen, andere in ihrer Funktionalität etwas erweitert. Mit Fortran 2008 wurde eine Reihe von Funktionen neu aufgenommen (z.B. für die Bit-Verarbeitung, Bessel-, Gamma- und Fehlerfunktion, euklidische Vektornormen). Neu in Fortran 2023 sind u.a. etliche Winkel- und Arkusfunktionen, sowie String-Unterprogramme.
Neu
[Bearbeiten]Datentypfunktionen
[Bearbeiten]Funktion | Beschreibung |
---|---|
i = selected_char_kind ( c ) |
Gibt den kind-Wert des Parameters zurück. Der Rückgabewert ist von Datentyp Parameter:
Rückgabewert:
Beispiel: i = selected_char_kind( "ASCII" ) i => 1 |
Kommandozeile und Environment
[Bearbeiten]Funktion | Beschreibung |
---|---|
i = command_argument_count ( ) | Anzahl der übergebenen Kommandozeilenargumente (der Programmname selbst wird nicht mitgezählt). Der Rückgabewert ist vom Typ integer .
Beispiel: Programmaufruf mit: ./a.out opt1 opt2 i = command_argument_count( ) i => 2 |
Subroutine | Beschreibung |
---|---|
get_command ( [c, i, i] ) | Übergebene Kommandozeilenargumente (ohne Programmname)
Parameter:
Beispiel: Programmaufruf mit: ./a.out opt1 opt2 call get_command( str, len, st ) str => opt1 opt2 len => 9 st => 0 |
get_command_argument ( i, [c, i, i] ) | Ein bestimmtes Kommandozeilenargument (inkl. Programmname)
Parameter:
Beispiel: Programmaufruf mit: ./a.out opt1 opt2 call get_command_argument( 1, str, len, st ) str => opt1 len => 4 st => 0 |
get_environment_variable ( c1, [c2, i, i, l] ) | Wert einer bestimmten Umgebungsvariable.
Parameter:
Beispiel: call get_environment_variable( "PWD", str, len, st, .TRUE. ) str => /usr/bin len => 8 st => 0 |
Mathematische Funktionen
[Bearbeiten]Trigonometrische Funktionen
[Bearbeiten]Funktion | Beschreibung |
---|---|
r = acosd ( r ) |
Ab Fortran 2023. Berechnet den Arkus-Cosinus. Gibt den berechneten Wert in Grad (und nicht in Radiant wie bei acos) zurück. |
r = asind ( r ) |
Ab Fortran 2023. Berechnet den Arkus-Sinus. Gibt den berechneten Wert in Grad (und nicht in Radiant wie bei asin) zurück. |
r = atand ( r ) |
Ab Fortran 2023. Berechnet den Arkus-Tangens. Gibt den berechneten Wert in Grad (und nicht in Radiant wie bei atan) zurück. |
r = atan2d ( r1, r2 ) |
Ab Fortran 2023. Berechnet den Arkus-Tangens. Gibt den berechneten Wert in Grad (und nicht in Radiant wie bei atan) zurück. |
r = atand ( r1, r2 ) |
Ab Fortran 2023. Berechnet den Arkus-Tangens. Gleich wie atan2d( r1, r2 ). |
r = cosd ( r ) |
Ab Fortran 2023. Berechnet den Cosinus. Das Argument ist in der Einheit Grad anzugeben (und nicht in Radiant wie bei cos). |
r = sind ( r ) |
Ab Fortran 2023. Berechnet den Sinus. Das Argument ist in der Einheit Grad anzugeben (und nicht in Radiant wie bei sin). |
r = tand ( r ) |
Ab Fortran 2023. Berechnet den Tangens. Das Argument ist in der Einheit Grad anzugeben (und nicht in Radiant wie bei tan). |
Fehler- und Gamma-Funktion
[Bearbeiten]Funktion | Beschreibung |
---|---|
r = erf ( r ) | Ab Fortran 2008. Berechnet die Fehler-Funktion |
r = erfc ( r ) | Ab Fortran 2008. Berechnet |
r = erfc_scaled ( r ) | Ab Fortran 2008. Berechnet |
r = gamma ( r ) | Ab Fortran 2008. Berechnet die Gamma-Funktion für |
r = log_gamma ( r ) | Ab Fortran 2008. Berechnet den natürlichen Logarithmus der Gamma-Funktion |
Besselsche Funktion
[Bearbeiten]Die Bessel-Funktion erster Art -ter Ordnung ist definiert als (Details siehe Bessel-Funktion)
Funktion | Beschreibung |
---|---|
r = bessel_j0 ( r ) | Ab Fortran 2008. Berechnet die Bessel-Funktion 1 .Art und 0. Ordnung |
r = bessel_j1 ( r ) | Ab Fortran 2008. Berechnet die Bessel-Funktion 1. Art und 1. Ordnung |
r = bessel_jn ( i, r ) | Ab Fortran 2008. Berechnet die Bessel-Funktion 1. Art und i. Ordnung () |
Die Bessel-Funktion zweiter Art -ter Ordnung ist definiert als
Funktion | Beschreibung |
---|---|
r = bessel_y0 ( r1 ) | Ab Fortran 2008. Berechnet die Bessel-Funktion 2. Art und 0. Ordnung () |
r = bessel_y1 ( r1 ) | Ab Fortran 2008. Berechnet die Bessel-Funktion 2. Art und 1. Ordnung () |
r = bessel_yn ( i, r1 ) | Ab Fortran 2008. Berechnet die Bessel-Funktion 2. Art und i. Ordnung (, ) |
Euklidische Vektornormen
[Bearbeiten]Funktion | Beschreibung |
---|---|
r = norm2 ( ra ) | Ab Fortran 2008. Gibt die euklidische Vektornorm () zurück. ra sei ein Array mit reellen Elementen.
Bsp.: program main implicit none print *, norm2([2., 3., 1.]) end program main Ausgabe: 3.741657 |
r = hypot ( r1, r2 ) | Ab Fortran 2008. Gibt die euklidische Vektornorm () zurück. r1 und r2 seien reelle Zahlen. hypot steht vermutlich als Abkürzung für "Hypotenuse"
|
Bit-Verarbeitung
[Bearbeiten]Funktion | Beschreibung |
---|---|
l = bge ( i1, i2 ) | Ab Fortran 2008. Gibt den Wert true zurück, wenn i1 bitweise größer oder gleich i2 ist, z.B.
program main implicit none print *, bge( B'101110110001', B'11001' ) print *, bge( B'101', B'11001' ) print *, bge( 10, -1 ) end program main Ausgabe: T F F Warum ist -1 bitweise größer als 10? Antwort: -1 entspricht binär B'11111111111111111111111111111111' und 10 entspricht binär B'1010' (siehe auch Zweierkomplement) |
l = bgt ( i1, i2 ) | Ab Fortran 2008. Gibt den Wert true zurück, wenn i1 bitweise größer i2 ist |
l = ble ( i1, i2 ) | Ab Fortran 2008. Gibt den Wert true zurück, wenn i1 bitweise kleiner oder gleich i2 ist |
l = blt ( i1, i2 ) | Ab Fortran 2008. Gibt den Wert true zurück, wenn i1 bitweise kleiner i2 ist |
i = leadz ( i1 ) | Ab Fortran 2008. Gibt die Anzahl der führenden Null-Bits in i1 zurück. Bsp.:
program main implicit none print *, leadz( 20 ) end program main Ausgabe: 27 Die Dezimalzahl 20 entspricht der binären Zahl B'10100'. D.h. bei einer 32-bit-Zahl sind 27 führende Null-Bits vorhanden (27 + 5 = 32). |
i = popcnt ( i1 ) | Ab Fortran 2008. Gibt die Anzahl der 1-Bits in i1 zurück . Bsp.:
program main implicit none print *, popcnt( 25 ) print *, popcnt( B'11001' ) end program main Ausgabe: 3 3 |
Zeichenketten-Verarbeitung
[Bearbeiten]Erweitert
[Bearbeiten]system_clock(i1, ir, i2)
... Das zweite Argument (count_rate
) darf nun vom Datentypinteger
oderreal
sein.max, maxloc, maxval, min, minloc, minval
... Funktionieren nunmehr auch für Werte vom Datentypcharacter
.atan2(r1, r2), log(rx), sqrt(rx)
... Unterscheidung von positiven und negativen Nullen im Argument.
Intrinsische Module
[Bearbeiten]
Grundlegendes
[Bearbeiten]Module gab es bereits mit Fortran 90/95. Neu in Fortran 2003 sind die sogenannten "intrinsischen Module". Das sind jene Module, die bereits standardmäßig von Fortran-2003-Compilern bereitgestellt werden. Werden Datenelemente oder Funktionen aus solchen intrinsischen Modulen benötigt, so ist das entsprechende Modul mittels
use, intrinsic :: modulname |
in die jeweilige Programmeinheit einzubinden.
Der Unterschied zu konventionellen (nonintrinsischen) Modulen ist das Wörtchen intrinsic
, das dem Compiler mitteilt, dass er das Modul bereits mitbringt und nicht irgendwo extern danach suchen soll. Wird nach dem use
-Schlüsselwort kein entsprechendes Attribut oder das non_intrinsic
-Attribut angegeben, so zeigt dies an, dass ein nonintrinsisches Modul benutzt wird.
Das intrinsische Modul iso_fortran_env
[Bearbeiten]Das iso_fortran_env
-Modul enthält einige Fortran-umgebungsspezifische Konstanten.
Beispiel:
Fortran 2003 (oder neuer)-Code |
program bsp use, intrinsic :: iso_fortran_env implicit none write( *, * ) INPUT_UNIT write( *, * ) OUTPUT_UNIT write( *, * ) ERROR_UNIT write( *, * ) IOSTAT_END write( *, * ) IOSTAT_EOR write( *, * ) NUMERIC_STORAGE_SIZE write( *, * ) CHARACTER_STORAGE_SIZE write( *, * ) FILE_STORAGE_SIZE ! Ausgabe, z.B.: ! 5 ! 6 ! 0 ! -1 ! -2 ! 32 ! 8 ! 8 end program bsp |
Erläuterung:
Konstante | Anmerkung |
---|---|
INPUT_UNIT | Standard-Eingabeeinheit (entspricht unit=* bei read )
|
OUTPUT_UNIT | Standard-Ausgabeeinheit (entspricht unit=* bei write )
|
ERROR_UNIT | Standard-Fehlerausgabeeinheit |
IOSTAT_END | end-of-file (EOF) |
IOSTAT_EOR | end-of-record (EOR) |
NUMERIC_STORAGE_SIZE | Speicherplatzbedarf (in bits) |
CHARACTER_STORAGE_SIZE | Speicherplatzbedarf (in bits) |
FILE_STORAGE_SIZE | Speicherplatzbedarf (in bits) |
All diese Konstanten sind Skalare vom Datentyp integer
.
Des Weiteren können mittels INTEGER_KINDS, REAL_KINDS, LOGICAL_KINDS
und CHARACTER_KINDS
die auf dem jeweiligen System verfügbaren kind-Parameter ermittelt werden.
Beispiel:
Fortran 2003 (oder neuer)-Code |
program bsp use, intrinsic :: iso_fortran_env implicit none print *, "integer_kinds = ", INTEGER_KINDS print *, "real_kinds = ", REAL_KINDS print *, "logical_kinds = ", LOGICAL_KINDS print *, "character_kinds = ", CHARACTER_KINDS ! Ausgabe, z.B.: ! integer_kinds = 1 2 4 8 ! real_kinds = 4 8 10 16 ! logical_kinds = 1 2 4 8 ! character_kinds = 1 4 end program bsp |
Beispiel (Ausgabe eines Unicode-Zeichens, siehe auch Programming in Modern Fortran - Unicode):
Fortran 2003 (oder neuer)-Code |
program bsp use, intrinsic :: iso_fortran_env, only: output_unit implicit none integer, parameter :: iso_10646 = selected_char_kind('ISO_10646') character(kind=iso_10646) :: c ! Das €-Zeichen c = iso_10646_'\u20AC' open (output_unit, encoding='UTF-8') print *, c ! Ausgabe: ! € end program bsp |
Compiler-Aufruf:
gfortran.exe bsp.f08 -fbackslash
Die Compiler-Option -fbackslash
übersetzt u.a. \xnn, \unnnn
und \Unnnnnnnn
(n sind hexadezimale Ziffern) in Unicode-Zeichen. Steht diese Option in einem Compiler nicht zur Verfügung, so gibt es auch noch andere Möglichkeiten Unicode-Zeichen zu verarbeiten. Details dazu siehe unter obenstehenden Link.
Das intrinsische Modul iso_c_binding
[Bearbeiten]Das iso_c_binding
-Modul liefert die Konstanten und Unterprogramme, die für die Einbindung von C-Bibliotheken in Fortran-Programme erforderlich sind. Näheres dazu findet sich im Kapitel Fortran 2003 und C.
Die intrinsischen IEEE-Module
[Bearbeiten]Die bereits aus dem dem TR 15580 : 1998 (floating-point exception handling) bekannten Module
ieee_exceptions
ieee_arithmetic
ieee_features
wurden in Fortran 2003 in Form von intrinsischen Modulen aufgenommen. Diese Module decken den IEEE 754-1985-Standard (auch IEC 559:1989) ab.
Wovon handelt der IEEE 754-1985-Standard?
[Bearbeiten]Im Bereich der Gleitkommazahlen (real
, float
, ...) herrschte bis in die 1980er-Jahre Anarchie. Es gab keine verbindlichen Regeln wie Gleitkommazahlen repräsentiert werden, wie gerundet wird, wie Under- und Overflows gehandhabt werden, wie mit Unendlich und NaN verfahren wird, etc. Das führte dazu, dass das gleiche Computerprogramm auf unterschiedlichen Rechnerarchitekturen und mit verschiedenen Compilern unterschiedliche Resultate liefern konnte. Um diesem Manko zu begegnen wurde in den frühen 1980er-Jahren eine Standardisierung angestrebt. Resultat war die Verabschiedung des IEEE 754-1985-Standards (IEEE Standard for Binary Floating-Point Arithmetic for microprocessor systems).
Dieser Standard regelt im Wesentlichen
- die Repräsentation von Gleitkommazahlen:
Darstellung:
s | ... | Vorzeichen |
m | ... | Mantisse |
b | ... | Basis (2 für normalisierte Zahlen) |
e | ... | Exponent |
Zahlenformate:
single | ... | 4 Bytes |
double | ... | 8 Bytes |
double-extended | ... | ≥10 Bytes, optional |
- die Darstellung normalisierter und denormalisierter Zahlen:
- Normalisierte Zahlen: Gleitkommazahlen#Normalisierung
- Denormalisierte Zahlen: Bereich zwischen der kleinsten darstellbaren normalisierten Zahl und Null (Exponent hat einen reservierten Wert, führende Bit der Mantisse ist 0)
- NaN (Not a Number), ,
- Rundungen (zur nächstgelegenen darstellbaren Zahl, in Richtung Null, in Richtung oder in Richtung )
- das Verhalten verschiedener Operationen (Grundrechenarten, Wurzelberechnung, Konvertierung Gleitkommazahl → Ganzzahl, Binär-Dezimal-Konvertierung, Vergleiche mit Nan und , etc.)
- Exception-Handling (Overflow, Underflow, Division by Zero, Inexact, Invalid)
Weiterführende Weblinks:
- IEEE 754
- Kahan, W.: Why do we need a floating-point arithmetic standard?, UC Berkeley, 1981, [4]
- Kahan, W.: Lecture Notes on the Status of IEEE Standard 754 for Binary Floating-Point Arithmetic, UC Berkeley, 1996, [5]
Implementierung in Fortran 2003
[Bearbeiten]Wie bereits erwähnt, besitzt Fortran 2003 intrinsische Module, mit denen der Zugriff auf bestimmte IEEE-Eigenschaften erfolgen kann. Dazu stehen eine Reihe von Funktionen, Subroutinen, Verbundtypen und Konstanten zur Verfügung. Merkmal ist, dass diese immer mit dem Präfix ieee
beginnen.
ieee_arithmetic
[Bearbeiten]Das aus Programmiersicht umfangreichste Modul ist sicherlich ieee_arithmetic
. Dieses enthält zahlreiche Funktionen, Subroutinen und Konstanten.
Abfragefunktionen für die Unterstützung bestimmter IEEE-Elemente, z.B.:
l = ieee_support_datatype( [x] ) |
Prüft ob die IEEE-Arithmetik für einen speziellen real -Datentyps, charakterisiert durch x (Zahl oder Feld), unterstützt wird. Wird kein Argument angegeben, so wird geprüft, ob die IEEE-Arithmetik für alle real -Datentypen unterstützt wird.
|
l = ieee_support_nan( [x] ) |
Prüft, ob NaN-Werte unterstützt werden |
l = ieee_support_rounding( round_value, [x] ) |
Prüft, ob ein bestimmter IEEE-Rundungsmodus unterstützt wird. Mögliche Rundungsmodi sind:
|
Elementare Funktionen, z.B.:
l = ieee_is_finite( x ) |
Prüft, ob der Wert x endlich ist
|
r = ieee_next_after( x, y ) |
Liefert die nächste darstellbare Zahl von x in Richtung y
|
r = ieee_rint( x ) |
Rundet gemäß eingestelltem Rundungsmodus zu einer Ganzzahl und liefert diese Zahl mit dem Datentyp von x zurück.
|
Die Kind-Funktion:
r = ieee_selected_real_kind( [p, r] ) |
Liefert einen kind-Wert |
Nichtelementare Subroutinen, z.B.:
ieee_get_underflow_mode( gradual ) |
Liefert den aktuellen Underflow-Modus |
ieee_set_rounding_mode( round_value ) |
Setzt den IEEE-Rundungsmodus, mögliche Werte für round_value
|
ieee_exceptions
[Bearbeiten]Das ieee_exceptions
-Modul enthält zwei Funktionen, mit denen abgefragt werden kann, welche Exceptions unterstützt werden bzw. inwieweit IEEE-Halting unterstützt wird:
l = ieee_support_flag( flag, [x] ) l = ieee_support_halting( flag )
Mögliche Flags sind
ieee_invalid
ieee_overflow
ieee_divide_by_zero
ieee_underflow
ieee_inexact
Des Weiteren sind in diesem Modul einige Subroutinen zum Setzen bzw. Abfragen diverser Flags enthalten:
ieee_get_status( status_value ) ieee_set_flag( flag, flag_value ) ieee_set_halting_mode( flag, halting ) ieee_set_status( status_value )
Bei Einbindung des ieee_arithmetic
-Moduls ist auch automatisch Zugriff auf die public
-Elemente des Moduls ieee_exceptions
gegeben.
ieee_features
[Bearbeiten]Das ieee_features
-Modul liefert einige benannte Konstanten, z.B. ieee_datatype
, ieee_inf
, ieee_sqrt
.
Beispiel: Rundungsmodus
[Bearbeiten]IEEE-Subroutinen:
ieee_get_rounding_mode( val ) ieee_set_rounding_mode( flag )
Mögliche Wert für flag
sind:
|
... | default, Rundung zur nächstgelegenen Zahl (wenn das nicht eindeutig möglich ist, dann Rundung zur nächstgelegenen geraden Zahl) |
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... | Rundung in Richtung 0 |
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... | Rundung Richtung |
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... | Rundung Richtung |