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Fortran und BASIC

10 Programmiersprachen in einem Semester. Fortran und BASIC. Zitate Fortran. FORTRAN, 'the infantile disorder', by now nearly 20 years old, is hopelessly inadequate for whatever computer application you have in mind today: it is now too clumsy, too risky, and too expensive to use.

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Fortran und BASIC

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Presentation Transcript

  1. 10 Programmiersprachen in einem Semester Fortran und BASIC

  2. Patrick Mächler, David Ammann Zitate Fortran FORTRAN, 'the infantile disorder', by now nearly 20 years old, is hopelessly inadequate for whatever computer application you have in mind today: it is now too clumsy, too risky, and too expensive to use. Edsger W. Dijkstra FORTRAN was the language of choice for the same reason that three-legged races are popular. Ken Thompson (in "Reflections on Trusting Trust")

  3. Patrick Mächler, David Ammann Fortran, Hintergründe FORTRAN bedeutet Formula Translation. Wurde ab 1954 mit Backus bei IBM entwickelt und gilt als erste realisierte höhere Programmiersprache. Der Compiler wurde erst ab 1957 ausgeliefert. Bisher existieren 8 offizielle Versionen: FORTRAN I, FORTRAN II, FORTRAN IV, FORTRAN-66, FORTRAN-77, Fortran90, Fortran95, Fortran2003.

  4. Patrick Mächler, David Ammann Programmstruktur PROGRAM program-name [IMPLICIT NONE] [specification part] [execution part][subprogram part] END PROGRAM program-name

  5. Patrick Mächler, David Ammann Kommentare "!" kommentiert nachfolgende Zeichen Beispiele: READ(*,*) Year ! read in the value of Year ! This is a comment line Leere Zeile wird ebenfalls als Kommentar interpretiert.

  6. Patrick Mächler, David Ammann Zeilenfortsetzung "&" dient zur Zeilenfortsetzung Beispiel: A = 174.5 * Year & + Count / 100 ist dasselbe wie: A = 174.5 * Year + Count / 100

  7. Patrick Mächler, David Ammann Konstanten/Datentypen I Integer Constants: Folgen von Zahlen mit (optionalem) Vorzeichen: 0, -345, 768 Real Constants (Decimal Representation): Folgen von Zahlen und ein Dezimalpunkt mit (optionalem) Vorzeichen: 23.45, .123, 123., -.12 Real Constants (Exponential Representation): Integer oder Real (decimal), gefolgt von "E" oder "e", gefolgt von einem Integer: 12.34E2, -1.2e-3

  8. Patrick Mächler, David Ammann Konstanten/Datentypen II Complex Constants: Bestehend aus zwei Real Constants: (3.1415, -5.5), (1.4, 7.1e4) Logical Constants: True und False: .TRUE., .FALSE. ("." Beachten!) Character String: Müssen durch double quotes oder single quotes eingeschlossen werden: 'John', "John" (Bem: "Lori's apple" = 'Lori''s apple'

  9. Patrick Mächler, David Ammann Identifiers Nicht länger als 31 Zeichen Erstes Zeichen muss Buchstabe sein Restliche Zeichen (falls vorhanden) bestehend aus Buchstaben, Zahlen und dem Unterstrich "_" Case insensitive (Smith=smith=sMiTh=smitH) Beispiele (korrekt): MTU, MI, John, Count, I, X, I1025, a1b2C3 Beispiele (inkorrekt): M.T.U., R2-D2, 6feet, _System

  10. Patrick Mächler, David Ammann Variablendeklaration I Allgemein: type-specifier :: list type-specifier = INTEGER, REAL, COMPLEX, LOGICAL, CHARACTER list = kommaseparierte Liste von Variablennamen Beispiele: INTEGER :: ZIP, Mean, Total

  11. Patrick Mächler, David Ammann Variablendeklaration II Spezialfall CHARACTER: CHARACTER(LEN=i) :: List Beispiel: CHARACTER(LEN=15) :: Name, Street Name und Street sind CHARACTER-Variablen der Länge 15. "LEN=" ist optional: CHARACTER(15) :: Name, Street CHARACTER :: digit entspricht CHARACTER(1) :: digit

  12. Patrick Mächler, David Ammann Variablendeklaration III Verschiedene Längen mit einem Statement sind möglich: CHARACTER(LEN=10) :: City, Nation*20, BOX, bug*1 City: Länge = 10 Nation: Länge = 20 Box: Länge = 10 bug: Länge = 1

  13. Patrick Mächler, David Ammann PARAMETER Attribut Einer Konstante einen Wert zuweisen Beispiele REAL, PARAMETER :: E = 2.71828, PI = 3.141592 INTEGER, PARAMETER :: Total = 10, Count = 5, Sum = Total*Count Ein Name, der mit Parameter deklariert wurde, ist ein Alias für einen Wert und keine Variable!

  14. Patrick Mächler, David Ammann Variablen initialisieren Keine Standardinitialisation (z.B. mit 0, "", usw) Beispiele: REAL :: Offset = 0.1, Length = 10.0 INTEGER, PARAMETER :: Quantity=10, Amount=435INTEGER :: Pay=Quantity*Amount, Received=Period+5INTEGER, PARAMETER :: Period=3 Fehler?

  15. Patrick Mächler, David Ammann Variablen Werte zuweisen variable = expression Der Wert rechts von "=" wird der Variable links vom "=" zugewiesen INTEGER :: Total, Amount, UnitUnit = 5Amount = 100.99Total = Unit * Amount

  16. Patrick Mächler, David Ammann Arrays I Allgemein type, DIMENSION(extent) :: name-1, ..., name-n Beispiel: INTEGER, DIMENSION(0:100) :: InputData INTEGER, DIMENSION(10) :: arr(Achtung: Index startet hier mit 1!) INTEGER :: arr(10)

  17. Patrick Mächler, David Ammann Arrays II Zugriff auf Array-Elemente: array-name ( integer-expression ) Beispiel: InputData(2) InputData(i*j) InputData(3:7) usw.

  18. Patrick Mächler, David Ammann Arrays III Array-Initialisierung: Felder lassen sich gleich bei der Deklaration mit Werten Initialisieren. Eindimensionale Arrays: INTEGER :: arr(5) = (/1, 2, 4, 7, 16/) Mehrdimensionale Arrays (Befehl "reshape"): INTEGER :: arr(2,3)=reshape((/1, 1, 3/),(/2, 3/))

  19. Patrick Mächler, David Ammann Arrays IV Mehrdimensionale Arrays: Allgemein: type, DIMENSION(a:b, c:d, ...) :: arr Beispiel (2D-Array): 1 2 3 4 5 6 soll in einem 2D-Feld gespeichert werden. INTEGER :: arr(2,3) = reshape((/1, 2, 3, 4, 5, 6/),(/2, 3/)) (Analog für n Dimensionen)

  20. Patrick Mächler, David Ammann Implied DO I Methode zur raschen Auflistung von vielen Elementen: (item-1,...., item-n, var = initial, final, step) Beispiele: (i, i = -1, 2) -1, 0, 1, 2 (i, i*i, i=1, 10, 3) 1, 1, 4, 16, 7, 49, 10, 100

  21. Patrick Mächler, David Ammann Implied DO II Anwendung: Array Input INTEGER, DIMENSION(1:10) :: xINTEGER :: n, i READ(*,*) nDO i = 1, n READ(*,*) x(i)END DO Einfacher: READ(*,*) nREAD(*,*) (x(i), i=1, n)

  22. Patrick Mächler, David Ammann Priorität von oben nach unten: -3**2 = -9 Arithmetische Operatoren Typ Operator Assoziativität Arithmetisch ** rechts nach links * / links nach rechts + - links nach rechts Relational < <= > >= == /= keine Logisch .NOT. rechts nach links .AND. links nach rechts .OR. links nach rechts .EQV. .NEQV. links nach rechts

  23. Intrinsische Funktionen I Funktion Argument Typ Rückgabe Typ ABS(x) INTEGER/REAL INTEGER/REAL SQRT(x) REAL REAL SIN(x) REAL REAL COS(x) REAL REAL TAN(x) REAL REAL ASIN(x) REAL REAL ACOS(x) REAL REAL ATAN(x) REAL REAL EXP(x) REAL REAL LOG(x) REAL REAL Patrick Mächler, David Ammann

  24. Patrick Mächler, David Ammann Intrinsische Funktionen II Unwandlungsfunktionen: REAL  INTEGER: INT(x), NINT(x), FLOOR(x) REAL  REAL: FRACTION(x) INTEGER  REAL: REAL(x) Diverse Funktionen: MAX(x1, x2, …, xn), MIN(x1, x2, …, xn), MOD(x,y)

  25. Patrick Mächler, David Ammann Das READ Statement Werte von Tastatur in Variablen einlesen: READ(*,*) list list: kommaseparierte Liste von Variablen

  26. Patrick Mächler, David Ammann Das READ Statement II Beispiel: INTEGER :: P, Q, R, SREAD(*,*) P, QREAD(*,*)READ(*,*) R, S Input: 100 200 300400 500 600700 800 900 P=?, Q=?, R=?, S=? Lösung: P=100, Q=200, R=700, S=800

  27. Patrick Mächler, David Ammann Das WRITE Statement Funktioniert wie READ Statement Allgemein: WRITE(*,*) exp1, exp2, ..., expn WRITE(*,*) ohne Argument(e) gibt leere Zeile aus.

  28. Patrick Mächler, David Ammann Character Operators Es existiert nur ein Character Operator: "//" dient zur Verknüpfung von Strings Beispiele: CHARACTER(LEN=*) :: John*4="John", Lori*6="Lori"CHARACTER(LEN=10) :: Ans1 Ans1 = John // Lori Ans1 = ? Lösung: Ans1 = 'JohnLori**' (* = Space)

  29. Patrick Mächler, David Ammann Substrings Anfügen von (integer-exp1 : integer-exp2) an eine CHARACTER Variable. Beispiele: CHARACTER(Len=*) :: LeftHand = "1234567890" LeftHand(3:5) = "abc" "12abc67890" LeftHand(4:) = "lmnopqr" " 123lmnopqr"

  30. Patrick Mächler, David Ammann IF-THEN-ELSE-END IF I Allgemeine Form: IF (logical-expression) THEN statements-1ELSE statements-2END IF Else und statements-2 optional! Logical IF: IF (logical-expression) one-statement

  31. Patrick Mächler, David Ammann IF-THEN-ELSE-END IF II Verschachtelte IF-THEN-ELSE-END-IF Statements sind möglich. ELSE IF ebenfalls möglich: IF (logical-expression-1) THEN statements-1ELSE IF (logical-expression-2) THEN statements-2ELSE statements-ELSEEND IF

  32. Patrick Mächler, David Ammann SELECT CASE Statement SELECT CASE (selector) CASE (label-list-1) statements-1 CASE (label-list-2) statements-2 ............. CASE DEFAULT statements-DEFAULTEND SELECT Wertebereich für label-list-n: (value1 : value2), also zum Beispiel (:-1) für alle negativen Zahlen.

  33. Patrick Mächler, David Ammann General DO-Loop Allgemein DO statements END DO "EXIT" verlässt Schleife

  34. Patrick Mächler, David Ammann Counting Do-Loop Allgemein: DO var=initial-value, final-value, [step-size] statementsEND DO Wenn step-size nicht angegeben, wird 1 genommen. "CYCLE" beginnt mit nächster Iteration.

  35. Patrick Mächler, David Ammann WHERE Allgemein: WHERE( bedingung ) variable = ausdruck Beispiel: INTEGER :: arr(5) = (/1,2,3,4,5/)WRITE(*,*) arr! Ausgabe: 1 2 3 4 5WHERE (arr>=3) arr=99999WRITE(*,*) arr! Ausgabe: 1 2 99999 99999 99999

  36. Patrick Mächler, David Ammann FORALL Wie WHERE für Einsatz bei Arrays gedacht, Bestimmung der Feldelemente aber über Indizes: Allgemein: INTEGER :: arr(5) = (/1,2,3,4,5/)INTEGER :: iFORALL(i=2:4) arr(i) = 99999END WRITE(*,*) arr! Ausgabe: 1 99999 99999 99999 5

  37. Patrick Mächler, David Ammann Datenverbund I Bildung eigener Datentypen aus Fortran-Datenelementen: Allgemein: TYPE :: typename [sequence] ! opt. seq. Speicherplatzablage datentyp :: varname1 ! ...datentyp :: varnamenEND TYPE typename

  38. Patrick Mächler, David Ammann Datenverbund II Beispiel: TYPE :: PERSON CHARACTER(25) :: vorname CHARACTER(25) :: nachname INTEGER :: alterEND TYPE PERSON

  39. Patrick Mächler, David Ammann Unterprogramme Fortran 95 kennt zwei Typen von Unterprogrammen: Funktionen (FUNCTION): Geben einen Wert von bestimmtem Typ zurück. Subroutinen (SUBROUTINE): Besitzen im Gegensatz zu Funktionen keinen Datentyp und Rückgabewert.

  40. Patrick Mächler, David Ammann Funktionen I Allgemein: type FUNCTION function-name (arg1, ..., argn) [IMPLICIT NONE] [specification part] [execution part] [subprogram part]END FUNCTION function-name Beinahe identisch mit dem Hauptprogram.

  41. Patrick Mächler, David Ammann Funktionen II Beispiel: INTEGER FUNCTION Sum(a, b, c) IMPLICIT NONE INTEGER, INTENT(IN) :: a, b, c Sum = a + b + cEND FUNCTION Sum INTENT(IN) definiert die Variable als formale Argumente. Sie können innerhalb der Funktion nicht verändert werden.

  42. Patrick Mächler, David Ammann Funktionen III Wohin gehören die Functions? PROGRAM program-name IMPLICIT NONE [specification part] [execution part]CONTAINS [your functions]END PROGRAM program-name

  43. Patrick Mächler, David Ammann Subroutinen I Allgemein: SUBROUTINE subName ([formal parameters]) [specification part] [execution part] [return]END SUBROUTINE subName Aufgerufen werden Subroutinen mit: CALL subName

  44. Patrick Mächler, David Ammann Subroutinen II Beispiel: PROGRAM bsp CALL subEND PROGRAM bsp SUBROUTINE sub() WRITE(*,*) 'Hallo Welt!' RETURNEND SUBROUTINE sub Kompilieren mittels: gfortran bsp.f90 sub.f90 Datei "bsp.f90" Datei "sub.f90"

  45. Patrick Mächler, David Ammann Prozeduren als Parameter I Prozeduren können als Parameter übergeben werden. Unterprogramme werden dazu im Vereinbarungsteil gekennzeichnet: Standard-Funktionen: INTRINSIC namensliste Eigene Unterprogramme: EXTERNAL namensliste

  46. Patrick Mächler, David Ammann Prozeduren als Parameter II Beispiel: PROGRAM bsp REAL, parameter :: PI=3.1415927 INTRINSIC sin, cos ! intrinsic functions CALL sub(sin, PI) ! Ausgabe: 0.000000 CALL sub(cos, PI) ! Ausgabe: -1.000000END PROGRAM bspSUBROUTINE sub(funk, x) REAL :: funk, x WRITE(*,*) NINT(funk(x)*1000)/1000.0END SUBROUTINE

  47. Patrick Mächler, David Ammann File I/O I In Fortran ist alles, was mit READ und WRITE bearbeitbar ist, eine Datei! Zugriff: Sequentiell: Lesen ab Beginn der Datei und dann immer nächsten Datensatz. Schreiben an's Dateiende. Direkt: Bearbeiten in beliebiger Reihenfolge durch Angabe der Satznummer.

  48. Patrick Mächler, David Ammann File I/O II Allgemein: open(liste) liste (kommasepariert): [unit =] x: Dateinummer (Integer > 10) file = x: externer Dateiname iostat = x: -1 für EOF, >0 bei Fehler, 0 sonst action = x: 'read', 'write' oder 'readwrite' access = x: 'sequential', 'direct' position = x: Position des Datensatzzeigers ('asis', 'rewind', 'append')

  49. Patrick Mächler, David Ammann The legacy of FORTRAN There is a vast body of Fortran in daily use throughout the scientific and engineering communities. It is the primary language for some of the most intensive supercomputing tasks, such as weather/climate modeling, computational chemistry, quantum chromodynamics and simulation of automobile crash dynamics. Indeed, one finds that even today, half a century later, floating-point benchmarks to gauge the performance of new computer processors are still written in Fortran (e.g., the floating-point component of the SPEC CPU2000 benchmarks), an eloquent tribute to the longevity of the language. en.wikipedia.org

  50. Patrick Mächler, David Ammann BASIC Hintergründe BASIC steht für Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction Code 1964 wurde es am Dartmouth College entwickelt, um den Elektrotechnikstudenten den Einstieg in Algol und Fortran zu erleichtern. BASIC spielte eine massgeblich Rolle in der Anfangs-zeiten der Firma Microsoft. BASIC kann wohl als die Sprache mit den meisten Dialekten bezeichnet werden. Viele neue Dialekte erfreuen sich heute grosser Beliebtheit (Profan, VisualBasic, Blitzbasic, Darkbasic, Purebasic).

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