Elementi di base del linguaggio Fortran

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Elementi di base del linguaggio Fortran
Paolo Bison
Fondamenti di Informatica
Ingegneria Meccanica
Università di Padova
A.A. 2008/09
Basic Fortran, Paolo Bison, FI08, 2008-09-30 – p.1
Linguaggio F
sottoinsieme del Fortran 90
solo costrutti “moderni” senza duplicazioni
sintassi descritta da BNFa
a le
produzioni relative al linguaggio F presenti in questi appunti sono tratte da
“BNF Syntax of the FT M Programming Language”,Copyright (C) 1996 by Imagine1,
Inc.
Evoluzione storica
1954 primo sviluppo presso IBM
1958 Fortran II con procedure, funzioni e common
1962 IBM introduce Fortran IV
1978 Fortran 77, standard ANSI ANSI X.39-1978, che introduce
costrutti per la programmazione strutturata
1991 Fortran 90, standard ISO 1539:1991, che introduce ulteriori
miglioramenti (ricorsione, strutture dinamiche)
1993 Proposta di standardizzazione HPF (High Performance
Fortran) per il calcolo parallelo
1995 Fortran 95, standard ISO/IEC 1539-1:1997
Formato sorgente
formato libero del Fortran 90
insieme dei caratteri
alfanumerici (a ... z, A ... Z, 0 ... 9)
().=,$%:<>?_"!
una istruzione per linea (max 132 caratteri)
commento
! fino a fine linea
Fortran90
& concatenazione di linee
; separazione di istruzioni
Simboli
singoli/concatenazioni di caratteri non alfanumerici
* ** / ==
parole chiave (keywords)
simboli costituiti da lettere (if, do, ...)
riservate in F
identificatori
R304
name
is letter [ alphanumeric-character ] ...
R302
alphanumeric-character
is letter
or digit
or underscore
R303
underscore
is
_
Constraint:The maximum length of a name is 31 characters.
Constraint:The last character of a name shall not be _ .
Constraint:Names may be in mixed upper and lower case, however all
references to the names shall use the same case convention.
Programma
unità di programmazione
sintassi
R201
is
R202
is
or
R1101
is
R1102
is
R1103
is
program
program-unit
[ program-unit ] ...
program-unit
main-program
module
main-program
program-stmt
[ use-stmt ] ...
[ intrinsic-stmt ] ...
[ other-type-declaration-stmt ] ...
[ execution-part ]
end-program-stmt
program-stmt
PROGRAM program-name
end-program-stmt
END PROGRAM program-name
programma minimo
program mini
end program mini
Sezione esecutiva - 1
istruzioni
sintassi
R208
is
R215
is
or
or
or
or
execution-part
[ executable-construct ] ...
executable-construct
action-stmt
case-construct
do-construct
if-construct
where-construct
Sezione esecutiva - 2
sintassi
R216
is
or
or
or
or
or
or
or
or
or
or
or
or
or
or
or
or
or
or
action-stmt
allocate-stmt
assignment-stmt
backspace-stmt
call-stmt
close-stmt
cycle-stmt
deallocate-stmt
endfile-stmt
exit-stmt
inquire-stmt
nullify-stmt
open-stmt
pointer-assignment-stmt
print-stmt
read-stmt
return-stmt
rewind-stmt
stop-stmt
write-stmt
Stop
terminazione esplicita del programma
sintassi
R840
stop-stmt
is
STOP
program mini
stop
end program mini
Print
visualizzazione del valore di espressioni
sintassi
R911
is
R913
is
or
R915
is
R420
is
print-stmt
PRINT format [ , output-item-list ]
format
char-expr
*
output-item
expr
char-literal-constant
" [ rep-char ] ... "
Espressioni - 1
sintassi
R723 expr
is [ expr defined-binary-op ] level-5-expr
..
.
R713
R714
level-4-expr
is [ level-3-expr rel-op ] level-3-expr
rel-op
is
==
or
/=
or
<
or
<=
or
>
or
>=
..
.
Espressioni - 2
sintassi (cont.)
R706
R707
R709
R710
..
.R703
R701
add-operand
is [ add-operand mult-op ] mult-operand
level-2-expr
is [ [ level-2-expr ] add-op ] add-operand
mult-op
is
*
or
/
add-op
is
+
or
level-1-expr
is [ defined-unary-op ] primary
primary
is constant
or variable
.
.
.
or
( expr )
costanti intere
Stampa numeri
!
! printnum.f90
! stampa dei numeri a terminale
!
program printnum
print *,3,8,0
end program printnum
Stampa espressioni
!
! printexp.f90
! stampa il valore di una espressione
!
program printexp
print *,5 + 3 / 2
end program printexp
Variabile
individuata attraverso un identificatore
associata univocamente ad un tipo
linguaggio tipizzato
esplicita dichiarazione del tipo associato alla variabile
Fortran 90 - implicit none
Tipo
elemento del linguaggio che definisce:
un insieme di valori
un insieme di operatori applicabili a tali valori
notazione per le costanti
usato per caratterizzare variabili e espressioni
compatibilità/conversioni tra tipi
Dichiarazione di tipo
sintassi
R501
is
R502
is
or
or
or
or
or
R504
is
R505
is
type-declaration-stmt
type-spec [ , attr-spec ] ... :: entity-decl-list
type-spec
INTEGER [ kind-selector ]
REAL [ kind-selector ]
CHARACTER char-selector
COMPLEX [ kind-selector ]
LOGICAL [ kind-selector ]
TYPE ( type-name )
entity-decl
object-name [ initialization ]
initialization
= initialization-expr
Integer
sottoinsieme finito degli interi I
operatori
+ - * / **
costanti
sequenza di cifre (es. 300 -234 )
rappresentazione finita
min=-2147483648 max=2147483647
es.
integer :: a,b=45,d
d+b*89
Istruzione di assegnazione
sintassi
R735
assignment-stmt
is
variable = expr
compatibilità di tipo
tipo espressione deve corrispondere al tipo associato alla
variabile
assign
!
! assign.f90
! esempi di istruzioni di assegnazione
!
program assign
integer :: a,b,c=30
a=c; b=a*56-c*7;
c=a>b ! e’ corretta?
print *,a,b,c
end program assign
Lettura
sintassi lettura
R909
is
or
read-stmt
READ ( io-control-spec-list )
[ input-item-list ]
READ format [ , input-item-list ]
input-item-list
lista di variabili separate da ,
test sui valori letti
piu
!
! piu.f90
!
! calcola la somma di due numeri
!
program piu
integer :: m,n,s
read *,m,n
s = m+n
print *,s
end program piu
Strutture di controllo
struttura sequenziale
block
struttura di selezione
if
struttura iterativa
do
block
sequenza di istruzioni
sintassi
R801
is
block
[ executable-construct ] ...
esempio
a=b+c
print *,a
if
selezione/condizionale
sintassi
R802
is
R803
is
R804
is
R805
is
R806
is
if-construct
if-then-stmt
block
[ else-if-stmt
block ] ...
[ else-stmt
block ]
end-if-stmt
if-then-stmt
IF ( logical-expr ) THEN
else-if-stmt
ELSEIF ( logical-expr ) THEN
else-stmt
ELSE
end-if-stmt
ENDIF
corrisponde al if then else
esempi if
if (i>5) then
print *,i
end if
if (k==l) then
x = k*3
else
x = l*3
end if
if a > 6 then ! ?
a=a*a
end if
if (i>5) then; print *,i; end if
if (a==0) then
k = k+1
else if (b==0) then
k=0
else
k=1
end if
end if
piuabs
! piuabs.f90
!
! somma al primo numero il valore assoluto
! del secondo
program piuabs
integer :: m,n,s
read *,m,n
if (n>0) then
s = m+n
else
s = m-n
end if
print *,s
end program piuabs
do
ciclo iterativo
sintassi
R817
do-construct
is
do-stmt
block
end-do
R818 do-stmt
is
[ do-name : ] DO [ loop-control ]
R821 loop-control
is
int-variable = int-expr, int-expr [ , int-expr ]
R824 end-do
is
ENDDO [ do-name ]
int-variable non può essere modificata nel block
semantica do
senza loop-control ciclo infinito
con loop-control
do var = exp1, exp2, [exp3]
block
end do
if c’è la expr3 then
inc ← expr3
else
inc ← 1
cnt ← MAX((exp2 - exp1 + inc)/inc,0)a
var ← exp1
while cnt 6= 0
block
cnt ← cnt -1
var ← var+ inc
a
cnt è 0 se exp1 > exp2 e exp3 >0 oppure exp1 < exp2 e exp3 <0
Esempi DO
do
print *,3
end do
do i=1,10
print *,i
end do
do k=20,10,-2
print *,k
end do
moltiplicazione
! multi.f90
! calcolo di m x n come addizioni ripetute
!
program multi
integer :: m,n,ris
read *,m,n
if (m<0) then; stop; endif
if (n<0) then; stop; endif
ris=0
do i=1,n
ris=ris+m
end do
print *,ris
end program multi
Fattoriale
n! =
(
n(n − 1)(n − 2) · · · 2 · 1 n > 0
1
n=0
Ciclo che moltiplica tutti i numeri tra n e 1
1 × n × (n − 1) × (n − 2) × · · · × 2
Programma fattoriale
! fatt.f90
! calcola fattoriale di n
!
program fatt
integer :: i,n,r
read *,n
r = 1
do i = 2,n
r= r*i
end do
print *,r
end program fatt
Terminazione DO
• CYCLE
- passa all’iterazione successiva
- sintassi:
R834
is
cycle-stmt
CYCLE [ do-name ]
• EXIT
- termina il ciclo DO
- sintassi:
R835
is
exit-stmt
EXIT [ do-name ]
DO come while
while P do
S
do
′
if (P ) then
exit
end if
S
end do
′
P è la negazione di P
′
se P=cnt > 0 P =cnt <= 0
somma_n
! somma_n.f90
! somma i primi n numeri positivi
!
program somma_n
integer :: i,n,s
read *,n
if (n<1) then; stop; end if
s = 0 ; i=1
do
if (i>n) then; exit; end if
s = s + i
i = i + 1
end do
print *,s
end program somma_n
somma_npari
! somma_npari.f90
! somma i primi n numeri pari
!
program somma_npari
integer :: i,n,s
read *,n
s = 0; i=1
do
if (i>2*n) then; exit; end if
if ((i-(i/2)*2)==0) then
s = s + i
end if
i = i+1
end do
print *,s
end program somma_npari
somma_npari variante
! somma_npari_var.f90
! somma i primi n numeri pari
! variante con istr. cycle
program somma_npari
integer :: i,n,s
read *,n
s = 0
do i = 1,2*n
if ((i-(i/2)*2)!=0) then; cycle; end if
s = s + i
end do
print *,s
end program somma_npari
Massimo Comun Divisore - 1
Dati due numeri m,n > 0 trovare MCD
metodo 1
Sia m ≥ n, con ciclo da 2 a n si verifica quali sono i numeri
che dividono esattamente sia m che n. Il MCD è il massimo
di tali numeri.
Nota: un numero è divisibile per un altro se il resto della
divisione è zero.
programma MCD 1
! calcola massimo comun divisore
! algoritmo 1 - max dei divisori comuni tra 0 e n
program mcd1
integer :: i,m,n,mcd,tmp
read *,n,m
if (m < n) then
tmp = m; m = n; n = tmp
end if
mcd = 1; i = 1
do
if (i>n) then; exit ;end if
if ((m-(m/i)*i)==0) then
if ((n-(n/i)*i)==0) then
if (i > mcd) then
mcd = i
end if; end if; end if
i= i+1
end do
print *,mcd
end program mcd1
metodo 2 - Metodo di Euclide
Dato m ≥ n, qualunque numero che divide sia m che n
divide anche il resto della divisione m/n
m = qn + r
m - qn = r ≥ 0
qm k - qqn k = r
k(qm - qqn ) = r
Si calcola il resto r di m/n. Se tale resto è zero n è il MCD,
altrimenti n e r diventano m e n e si riapplica il passo
precedente.
programma MCD 2
! mcd2.f90
! algoritmo 2 - metodo di Euclide
program mcd2
integer :: r,m,n,tmp
read *,n,m
if (m < n) then
tmp = m; m = n; n = tmp
end if
r = m-(m/n)*n
do
if (r == 0) then
exit
end if
m = n; n = r; r = m-(m/n)*n
end do
print *,n
end program mcd2
metodo 3 - Metodo di Euclide (senza divisione)
Se m=n il MCD è m, altrimenti se m >n m diventa m-n
altrimenti è n che diventa n - m, e si ricontrolla l’eventuale
uguaglianza di m con n
programma MCD 3
! mcd3.f90
! algoritmo 3 - metodo di Euclide (senza divisione)
program mcd3
integer :: m,n
read *,n,m
do
if (m == n) then; exit; end if
if (m > n) then
m = m - n
else
n = n - m
end if
end do
print *,m
end program mcd3
numero primo
! primo.f90
! dato n stampa T se e’ primo, F altrimenti
!
program primo
integer :: n,r,div
read *,n
div=n / 2
r = n-(n/div)*div
do
if (r == 0) then ; exit; end if
div=div-1
r = n-(n/div)*div
end do
print *,div==1
end program primo

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