Uvod u Fortran-90

7/30/2019 Uvod u Fortran-90

1/42

Uvod u FORTRAN-90 Numericke metode

Ivo Batistic

Fizicki odsjek, PMFSveucilite u Zagrebu

predavanja 2005/2006, dopunjeno 2007
http://find/


2/42

Pregled predavanja

Uvod

Primjer FORTRANskog programa

Prevodenje u izvrni program

Fortran-90 i Fortran-77

Prevodenje fortranskog programa

Objektni zapis i izvrni program

Naredbe u FORTRANskom programu

Automatizacija poslova
http://find/


3/42

Uvod

Fortran je prvi tz. programski jezik vie razine. Programski jezici

vie razine su: C, C++, Ada, Pascal, Cobol, . . . .(programski jezik nie razine je npr. Assembler ili Assemblylanguage)

Fortran je razvijen 50-tih godina prolog sto-ljeca u IBM-u.Ocem Fortrana smatra se John Backus.(http://www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/Biographies/Backus.html)

Fortran postaje komercijalno dostupan 1957. godine.(2007. je pedesetogodinjica Fortrana.)

Fortran je skracenica od The IBM MathematicalFormulaTranslating System.
http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://find/


4/42

Razvoj Fortrana

Fortran kao jezik za programiranje definiran je nizom pravila koja

se vremenom nadograduju. Nadogradnja je motiviranaprilagodavanju Fortrana suvremenim konceptima u programiranju(objektno programiranje) kao i olakavanju uporabe Fortrana urazvijanju aplikacija.

Postoji medunarodno tijelo (povjerenstvo) koje se donosi odluke ipreporuke o nadogradnji Fortrana(http://www.nag.co.uk/sc22wg5/).

Razvoj Fortrana moe se podjeliti u nekoliko stadija:

FORTRAN (1957) FORTRAN II (1958) FORTRAN IV (1961) FORTRAN 66 (1966)

FORTRAN 77 (1977) Fortran 90 (1992) Fortran 95 Fortran 2003 Fortran 2008
http://-/?-http://-/?-http://find/


5/42

Razvoj Fortrana

Radi se na razvijanju Fortrana 2008 koji ce vjerojatno ukljucivatidodatne pravila za razvoj programa na vieprocesorskimracunalima i grozdovima.

Nezavisno od medunarodnih pravila, svaka tvrtka koja razvija

Fortranski prevoditelj ima neka svoja dodatna proirenja jezika,ali i neke nedostatke u potovanju i primjeni dogovorenih pravila.Tu je obicno rijec o nekim svojstvima koja se cesto ne koriste.(Treba uvijek nastojati razvijati program prema dogovorenim iprihvacenim standardima, a ne koristiti svojstva specificna za

Fortran neke tvrtke.)

ala: Kako ce izgledati programski jezik za razvoj znanstvenihaplikacija u buducnosti?
http://find/


6/42

Razvoj Fortrana

Radi se na razvijanju Fortrana 2008 koji ce vjerojatno ukljucivatidodatne pravila za razvoj programa na vieprocesorskimracunalima i grozdovima.

Nezavisno od medunarodnih pravila, svaka tvrtka koja razvija

Fortranski prevoditelj ima neka svoja dodatna proirenja jezika,ali i neke nedostatke u potovanju i primjeni dogovorenih pravila.Tu je obicno rijec o nekim svojstvima koja se cesto ne koriste.(Treba uvijek nastojati razvijati program prema dogovorenim iprihvacenim standardima, a ne koristiti svojstva specificna za


ala: Kako ce izgledati programski jezik za razvoj znanstvenihaplikacija u buducnosti?
http://find/


7/42

Razvoj Fortrana

Radi se na razvijanju Fortrana 2008 koji ce vjerojatno ukljucivati

dodatne pravila za razvoj programa na vieprocesorskimracunalima i grozdovima.

Nezavisno od medunarodnih pravila, svaka tvrtka koja razvijaFortranski prevoditelj ima neka svoja dodatna proirenja jezika,ali i neke nedostatke u potovanju i primjeni dogovorenih pravila.Tu je obicno rijec o nekim svojstvima koja se cesto ne koriste.(Treba uvijek nastojati razvijati program prema dogovorenim iprihvacenim standardima, a ne koristiti svojstva specificna za


ala: Kako ce izgledati programski jezik za razvoj znanstvenihaplikacija u buducnosti?To nitko ne zna, ali ce se sigurno zvati Fortran!
http://find/


8/42

Jednostavni FORTRANski program

! komentar

Program hello

print *,Pozdrav svijetu

end program

Naredbe u FORTRANu: program, end, printTo su rezervirane rijeci koje se ne smiju koristiti zaimena varijabli, funkcija, procedura, programa itd.

Naredbe pocinju i zavravaju u jednom redu.

Komentar pocinje s usklicnikom !

String je omeden s jednostrukim navodnim znakom ()
http://find/


9/42

Jednostavni FORTRANski program

! komentar

Program hello


end program

Naredbe u FORTRANu: program, end, printTo su rezervirane rijeci koje se ne smiju koristiti zaimena varijabli, funkcija, procedura, programa itd.

Naredbe pocinju i zavravaju u jednom redu.

Komentar pocinje s usklicnikom !

String je omeden s jednostrukim navodnim znakom ()
http://find/


10/42

Usporedba s C-programom

/* komentar */

#include

main()

{

printf("Pozdrav svijetu!\n");

}

Naredba za ispis: printf

String je omeden s dvostrukim navodnim znakom (").Naredbe Naredbe mogu ici preko vie linija a zavravaju s

tocka-zarezom (;).

Komentar pocinje s /* a zavrava s */.
http://find/


11/42

to raditi s FORTRANskim programom ?

Spremiti program u datoteku koja zavrava s .f90, npr. datotekus imenom hello.f90.

Kompajlirati program iliprevesti program napisan u fortanskom jeziku u izvrni program(mainski).Kako ? Pomocu prevoditelja ili engl. compiler-a - kompajlera :

prompt> ifort hello.f90 -o hello.exe
http://find/http://goback/


12/42


Spremiti program u datoteku koja zavrava s .f90, npr. datotekus imenom hello.f90.

Kompajlirati program iliprevesti program napisan u fortanskom jeziku u izvrni program(mainski).Kako ? Pomocu prevoditelja ili engl. compiler-a - kompajlera :

http://find/


13/42


ifort je fortranski prevoditelj, koji je napravio Intel.

hello.exe je izvrni program:

prompt> ./hello.exe

Pozdrav svijetu

prompt>
http://find/


14/42

Imena datoteka s FORTRANskim programom

Nastavke .f90 imaju datoteke napisane u Fortranu-90.

Za programe napisane u fortranu-77 uobicajeno je koristitinastavak .f.

Nastavci mogu biti i .for, .hpf, .f95, .F, F90, .F95, .FOR,.HPF, .fpp, . . . .

Nastavci s velikim slovima cesto oznacavaju programe koji

sadre pseudo-fortranske naredbe. Takova datoteka prolazidodatnu obradu (s tz. predprocesorskim programom) prijekonacnog prevodenja u objektnu datoteku.
http://find/


15/42

Usporedba FORTRANa-77 i FORTRANa-90

Fortran-90

! komentar

Program hello


end program

Fortran-77

c234567890123456789012345678901234567890

c komentarc234567890123456789012345678901234567890

Program hello


end program
http://find/


16/42

O FORTRANu-77

Koristi se fiksni format zapisa programa: mjesta 1-5 u retku se koriste za labela. popunjeno 6. mjesto indicira da je linija nastavak fortranske

naredbe iz prethodne linije. mjesta 7-72 rezervirana za pisanje fortranskih naredbi.

nema naredbi koje rade s vektorima i matricama.Fortran-90 ima naredbe koje rade s vektorima i matricama (tj.

skupovima podataka)

O FORTRAN
http://find/


17/42

O FORTRANu-90

Koristi se slobodni format zapisa programa: Mjesta 1-6 nisu rezervirana Naredba u liniji moe biti vrlo dugacka Naredba se nastavlja na slijedeci red ako zavrava s

ampersandom (&) na kraju Na istoj liniji moe biti vie naredbi, a medusobno su razdvojene s

tocka-zarezom (;).

Fortran-90 ima naredbe koje rade s vektorima i matricama.

Bolja kontrola nad vrstama podataka

Dinamicko rezerviranje memorije skupove podataka (velikematrice ili vektore).

i j FORTRAN 77
http://find/


18/42

primjer FORTRAN-77

c234567890123456789012345678901234567890

c komentar

c234567890123456789012345678901234567890

Program hello

print *,Pozdrav i mir cijelom

& svijetugo to 100

print *,ovo nece biti ispisano

100 continue

end program

naredba go to 100 forsira program da se nastavi izvoditi odmjesta oznacenog s labelom 100

continue ne cini ita, program se naprosto nastavlja od tog mjesta

nadalje.
http://find/


19/42

i j FORTRAN 90


20/42

primjer FORTRAN-90

Program hello

print *,Pozdrav i mir cijelom &

svijetu

print *,svim bicima ; print *,u svemiru i okolici

End program

& (ampersand, and) oznacava nastavak naredbe u slijedeci red

; (tocka-zarez) razdvaja vie fortranskih naredbi

primjer FORTRAN 90
http://find/


21/42

primjer FORTRAN-90

Program hello

print *,Pozdrav i mir cijelom &

svijetu

print *,svim bicima ; print *,u svemiru i okolici

End program

& (ampersand, and) oznacava nastavak naredbe u slijedeci red

; (tocka-zarez) razdvaja vie fortranskih naredbi

O fortranskim prevoditeljima
http://find/


22/42

O fortranskim prevoditeljima

Linux

Intelovi prevoditelji - slobodni za personalnu uporabu, ali uzregistraciju na njihovom web-site-u:http://developer.intel.com/software/products/

Gnu prevoditelji: gfortran, gcc, g++, . . . NAG prevoditelj: f95 - moe se dobiti trial verzija s njihovog

web-site-a: http://www.nag.com/ PGI prevoditelji: pgcc, pgf77, pgf90, pghpf, . . . - moe se dobiti

trial verzija s njihovog web-site-a: http://www.pgroup.com/

MS-windows:

F-Fortran - web-site: http://www.fortran.com/F/ gnu-Forran - web-site: http://www.cygwin.com/ Salford FTN95 - moe se dobiti besplatna personalna verzija na

njihovom web-site: http://www.silverfrost.com/ Lahey/Fujitsu Fortran - moe se dobiti trial verzija s njihovog

web-site-a: http://www.lahey.com/downloads.htm

Prevodenje (kompailiranje)
http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://-/?-http://find/


23/42

Prevodenje (kompailiranje)


Program za prevodenje (naredba)

(f95 za NAGov prevoditelj, pgf90 za PGI prevoditelj, gfortran za

GNU) Ime datoteke s fortranskim programom. Nastavak .f90

indicira da se radi o Fortranu-90 u slobodnom formatuzapisanom.

Iza ove opcije slijedi ime izvrnog programa .Ime izvrnog programa moe biti bilo to, npr. hello ili hello.x iliolleh ili virus.com(Ipak dobro se je konzistentno drati odredenog pravila)

Najcece koritene opcije kod prevoditelja
http://find/


24/42

Najcece koritene opcije kod prevoditelja

-o xxx.exe Ime izvrnog programa

-O Optimiziraj izvrni program

-c Ne napravi kompletni izvrni program

nego samo napravi datoteku s tz. objektnim zapisom.(Datoteka zavrava s .o ili .obj kod MS windows-a.)

-llapack koristi biblioteku pomocnih programa(soubrutine-a) liblapack.a ili liblapack.so

-L /usr/lib/ Biblioteku trai na tom mjestu na disku racunala

Primjeri prevodenja
http://find/


25/42

Primjeri prevodenja

prompt> ifort -O -c hello.f90

(rezultat prevodenja je hello.o)

prompt> ifort -O hello.o -o hello.exe \

-L/usr/local/lib -llapack -lblas

Primjeri prevodenja pod MS-windowzima
http://find/


26/42

Primjeri prevodenja pod MS-windowzima

Setting Environment for FTN95 for Microsoft .NET and Win32

C:\Program Files\Salford Software\FTN95>z:

Z:\>cd mrvicaxp\NM_01

Z:\mrvicaxp\NM_01>ftn95 hello

[FTN95/Win32 Ver. 4.9.0 Copyright (C) Silverforst Ltd 1993-2005]NO ERRORS [ FTN95/Win32 v4.9.0]

Z:\mrvicaxp\NM_01>slink hello.obj

Creating executable: Z:\mrvicaxp\NM_01\hello.exe

Z:\mrvicaxp\NM_01>hello.exehello world

to je hello o a to hello exe
http://find/


27/42

to je hello.o a to hello.exe

Objekti zapis (hello.o) je tocni ili ekvivalentni optimizirani mainskizapis (prijevod) programa, s tim da ne postoje:

dijelovi mainskog programa koji se brinu za razmjenu podataka

s vanjskim jedinicama racunala (tipkovnica, ekran, tvrdi disk,CD/DVD, mrea, ...)

dijelovi mainskog programa vanjskih funkcija i podprograma koje

program poziva (koristi).

to je hello o a to hello exe
http://find/


28/42

to je hello.o a to hello.exe

Postoje dvije vrste izvrnih programa hello.exe: staticki povezani i oni

koji se dinamicki povezuju prije samog izvodenja.

Staticki povezani izvrni programi su gotovo potpuni, osim to imjo nedostaje dio programa za komunikaciju s vanjskimjedinicama racunala.

Dinamicki povezanim programima nedostaju i vanjske funkcije ipotprogrami koji se nalaze u dinamickim bibliotekama. Dinamickabiblioteka se kopira u glavnu memoriju racunala u trenutkuizvodenja, ako nije vec prije tamo iskopirana.

Svi programi izvode se unutar nekog operacijskog sustava. Izmeduprograma i vanjskih jedinica uvijek stoji operacijski sustav. Pristup donjih je moguc samo kroz posredovanje operacijskog sustava.

Kako znati je li je program dinamicki ili staticki povezan ?
http://find/


29/42

Kako znati je li je program dinamicki ili staticki povezan ?

prompt> ldd hello.exe

linux-gate.so.1 => (0xffffe000)

libm.so.6 => /lib/tls/i686/cmov/libm.so.6 (0xb7f18000)

libcxa.so.5 => /opt/intel/intel_fc_80/lib/libcxa.so.5 (0xb7ef2000)

libunwind.so.5 => /opt/intel/intel_fc_80/lib/libunwind.so.5 (0xb7eec000)

libc.so.6 => /lib/tls/i686/cmov/libc.so.6 (0xb7db6000)

/lib/ld-linux.so.2 (0xb7f60000)

prompt>

Dinamicke biblioteke potprograma koje se povezuju u trenutku izvodenja.

prompt> ldd hello_static.exe

not a dynamic executable

prompt>

Struktura/format izvrnog programa
http://find/


30/42

Struktura/format izvrnog programa

prompt> size hello.x

text data bss dec hex filename

302911 24616 10236 337763 52763 hello.x

za ELF-format (linux)

text Mainske naredbe programa.

data Podaci i konstante s unaprijed poznatim vrijednostima.

bss Podaci cije vrijednosti nisu unaprijed poznate.

dec Ukupna velicina svih sekcija.

Primjer FORTRANskog programa s varijablama
http://find/


31/42

je O s og p og a a s a jab a a

Program

PROGRAM hello

CHARACTER(len=10) :: poruka

poruka = Pozdrav svijetuPRINT *,poruka

END PROGRAM

Izvodenje

prompt> ./hello.exe

Pozdrav sv

prompt>

Primjer FORTRANskog programa s varijablama
http://find/


32/42

j g p g j

Naredba CHARACTER(len=10) :: poruka rezervira mjesto u

memoriji i toj memorijskoj lokaciji daje ime poruka.

U nastavku programa, kada se navede rijec poruka, onda toznaci bilo da se u tu memorijsku lokaciju stavljaju podaci, bilo da

se iz te memorijske lokacije izvlace podaci kako bi se negdje zaneto iskoristili.

Naredba poruka = Pozdrav svijetu znaci "u memorijsku lokacijuporuka upii string Pozdr .... Ocito 10 bytova nije dovoljno za

cijeli string, pa je upisano samo prvih 10.

Naredba PRINT *,poruka kae iz memorijske lokacije porukauzmi podatke pa ih proslijedi podprogramu PRINT radi ispisa.

Jo jedan primjer programa
http://find/


33/42

j p j p g

PROGRAM zbrojiINTEGER :: a

a = 1

a = a + 1

PRINT *,a

END PROGRAM

Naredba INTEGER :: a rezervira memorijsku lokaciju podimenom a u koju kanimo spremati cijele brojeve.

Naredba a = 1 u memorijsku lokaciju a sprema broj jedinicu.

Naredba a = a + 1 uzima sadraj memorijske lokacije a, njemupribraja jedinicu te rezultat pribrajanja ponovo stavlja umemorijsku lokaciju a.

http://find/


34/42

j p j p g

Naredba a = a + 1 u matematici je besmislena. Naredbe uprogramu ne smijemo identificirati kao matematicke operacije.

Varijable a nisu matematicke varijable nego imena memorijskihlokacija.

Naredba a = . . . znaci ono to je izracunato na desnoj strani

znaka jednakosti spremi u memorijsku lokaciju a.

Dio naredbe a+1 znaci uzmi sadraj iz memorijske lokacije a ipribroji mu jedinicu.

Znak jednakosti nije znak jednakosti iz matematike negopremjetanje rezultata desne strane u neku memorijsku lokacijunaznacenu s imenom na lijevoj strani.

Nije moguce imati naredbu a + 1=a. Na lijevoj strani treba bitiime neke memorijske lokacije.

http://find/


35/42

Kod izvodenja dijela naredbe a+1, uzmi sadraj iz memorijskelokacije a i pribroji mu jedinicu, ocito da treba imati nekiprivremeni neimenovani memorijski prostor za njegovoprovodenje.

Program prevoditelj ce se pobrinuti za rezervaciju te privremenememorijske lokacije.

Ako bi pisali program u assembleru, mainskom jeziku, onda bi

mi bili ti koji bi morali voditi racuna u tim privremenimmemorijskim lokacijama.

Make naredba
http://find/


36/42

Makefile datoteka:

FC = ifortFFLAGS =

# =======================

all: hello.exe

hello.exe: hello.f90

$(FC) $(FFLAGS) hello.f90 -o $@

clean:

rm -f *.o *.exe

prompt> make

ifort hello.f90 -o hello.exe

Make naredba
http://find/


37/42

make omogucuje automatizaciju prevodenja aplikacije.

Ako se u imeniku nalazi datoteka Makefile tada ce naredba makeizvravati one naredbe definirane u sekciji all (default-nasekcija/cilj).

Ili, naredba make cilj izvravat ce one naredbe koje su definiraneu sekciji cilj.Npr. naredba make clean ce izbrisati datoteke koje zavravaju s*.o ili *.exe, one koje su rezultat prevodenja.

Ako hello.exe ima noviji datum stvaranja od hello.f90, naredbamake nece nita raditi.

Makefile datoteka
http://find/


38/42

Prvi dio Makefile datoteke

FC = ifort

FFLAGS =

Prva linija definira varijablu koja sadri ime prevoditelja

Druga linija definira varijablu koja sadri opcije koje dajemo

prevoditelju. U ovom slucaju tih opcija nema.

Drugi dio Makefile datoteke
http://find/


39/42

all: hello.exe

hello.exe : hello.f90

$(FC) $(FFLAGS) hello.f90 -o $@

clean:rm -f *.o *.exe

all je ime sekcije ili cilja koji se izvodi kada ni jedna sekcija nijedana kao argument make naredbi.

Iza dvotocke slijedi ime datoteke koja mora postojati, ili bitinapravljena, da bi se cilj mogao ostvariti (uvjet).

Iza linije s imenom cilja slijedi niz linija koje pocinju s TABom ikoje sadre komande koje je potrebno izvriti da bi se cilj ostvario.

Kao ime cilja, tj. hello.exe moe se koristiti $@.

Sloenija Makefile datoteka
http://find/


40/42

FC = ifort

FFLAGS =LFLAGS =

# =======================

.SUFFIXES: .f90 .exe .o

.f90.o:

$(FC) $(FFLAGS) -c $

Documents

Uvod u Fortran-90