Prof. Marcello Macarthy macarthy@ufpel.br

Mini Curso deProgramação Fortran Universidade Federal de PelotasXVII SemanaAcadêmicadaMeteorologia29 de novembro a 03 de dezembro Prof. Marcello Macarthy macarthy@ufpel.edu.br

Sumário 1 Introdução 2 Formato do Código-Fonte 3 Tipos de Variáveis 4 Expressões e Atribuições Escalares 5 Comandos 6 Matrizes 7 Subprogramas e Módulos

Introdução • Lógica Não há consenso quanto à definição da lógica. Alguns autores definem-na como o estudo do processos válidos e gerais pelos quais atingimos a verdade, outros como a ciência das leis do pensamento, ou somente como o estudo dos princípios da inferência válida. Esta pluralidade de definições dá-nos conta da diversidade de estudos que são abrangidos pela Lógica. • Algoritmos Define por uma seqüência lógica de passos que o computador executara fielmente para que se obtenha um resultado satisfatório. Estas seqüências podem ou não ser executadas dependendo do andamento do algoritmo, porém estes passos sempre serão alcançados em algum momento do algoritmo.

Introdução • Programação É o processo de definir, utilizando uma linguagem de programação , os comandos, as instruções que o computador deve executar para realizar determinada tarefa em síntese solução de problemas em diversas áreas. • Linguagem de Programação  FORTAN(FORmulaTRANslation) • Primeira linguagem de alto nível usada para programação de computadores, proposta por J. Backus, em 1953. • Facilidade de transcrição de fórmulas matemáticas. • Direcionada para aplicações em física, matemática, engenharia, meteorologia e análises científicas entre outras...

Linguagem Fortran Formato do Programa Fonte Três formatos básicos de arquivos • Programa-Fonte Trata-se do programa e/ou dos subprogramas escritos pelo programador, usando algum tipo de editor de texto, de acordo com as regras deﬁnidas pela linguagem de programação de alto nível. • Programa-ObjetoTrata-se do programa-fonte compilado pelo compilador. Esta é a transcrição realizada pelo compilador do programa-fonte fornecido pelo programador para uma linguagem de baixo nível, como Assembler ou outro código diretamente interpretável pela CPU. • Programa executávelApós a fase de compilação, onde os programas objetos são criados, o agente de compilação aciona o linker, o qual consiste em um programa especial que agrupa os programas objetos de forma a criar um arquivo ﬁnal, o programa executável.

Linguagem Fortran Algoritmo – Pseudo Código Inicio Algoritmo Declarar variaveis Entrada - Ler Processamento - Executar Saída – Imprimir (Escrever) Fim Algoritmo Fortran Program <nome do programa> Declaração de variáveis> Read Processamento (sequencial / decisão/repetição) Print Pause (pausa) Stop (fim da execução End (programa)

Linguagem Fortran • Todo programa em fortran deve começar pela palavra program e em seguida deve ser dado um nome para esse programa. Evitar deixar espaço entre palavras, quando for necessário utilizar o underline (_). Não usar acentuação; • Ponto de exclamação “!” significa que pode inserir comentários em qualquer ponto do código-fonte. • Impicit none  se não for usado o fortran entende que todas as variaveis são reais, ou seja, impede a possibilidade de haver nomes de variáveis não definidos, os quais possuem o seu tipo implícito • Declaração de Variáveis (mesmas regras das variáveis em pseudocódigo) Não utilizar acentuação; Variáveis com nomes compostos: deve ser usado o símbolo underline para separá-las;

Linguagem Fortran Exemplo 1 program apresentação implicitnoneprint *, “Semana Acadêmica da Meteorologia” endprogram Exemplo 1.1 program format1 print 1 1 format (100x," Semana Acadêmica da Meteorologia ") pause stop end

Linguagem Fortran • Format Descreve o formato em que os dados devem ser transferidos. Especifica conversão interna e externa sofrida pelos mesmos. Sintaxe n format(ef,[ef,...,ef]]) Onde: n Rótulo associado aos comandos de entrada e saída. e Ef - Especificação do formato. • Formato para mensagens Print 1 1 format (///3x,”escrever o seu nome”///) Onde: / : indica quebra de linha. 3x: indica espaçamento horizontal.

Linguagem Fortran Formato para variáveis: • Inteiras  Iw- Inteiro w- Tamanho Maximo de bytes (posições) ocupados. • Caracteres  aw- Inteiro w- Tamanho Maximo de bytes (posições) ocupados. • Reais  Fw.d – Constante inteira indicando largura do campo externo, em caracteres. w- Tamanho Maximo de bytes (posições) ocupadas d- número de casas decimais

Linguagem Fortran Comandos para entrada e saída de dados • READ -Entrada de Dados – Ler dados a partir do teclado; Sintaxe  read (unit, fmt) lista de variáveis Unit – dispositivo de entrada(arquivo, teclado) padrão teclado * Fmt – formato pode ser um rotulo ou * • PRINT- Saída de dados - Transferir dados para o monitor Sintaxe  print * , lista de variáveis ou print *,”mensagem” • Write- Saída de dados Sintaxe  write * , lista de variáveis ou write *,”mensagem”

Linguagem Fortran • Conjunto de caracteres aceitos

Linguagem Fortran Declaração de tipo de variável A forma geral de uma declaração de tipo de variáveis é: <tipo>[([KIND=]<parâmetro de espécie>)][,<lista de atributos>] :: <lista de entidades> • onde <tipo> especifica o tipo de variável, <parâmetro de espécie> especifica a espécie da variável, <lista de atributos> é um dos seguintes:

Linguagem Fortran • PARAMETER DIMENSION(<lista de extensões>) • PUBLIC INTENT(<inout>) • PRIVATE OPTIONAL • POINTER SAVE • TARGET EXTERNAL • ALLOCATABLE INTRINSIC e cada entidade é <nome do objeto> [(lista de extensões)] [*char-len] [= expressão de inicialização] ou <nome da função> [*char-len]

Linguagem Fortran • Aritméticas +, -, *, /,** - Resultado sempre um número real, inteiro ou complexo. • Caracteres Produz um valor que é sempre uma cadeia de caracteres. // Concatenar. ‘AB’//’CDE’ ‘ABCDE’ • RelacionaisUm valor que é sempre uma constante lógica.

Linguagem Fortran • Inteiros A=10 Print 1,a 1 format(3x,i2) Exemplo • Reais • A=32.5894 • Print 1,a • 1 format(3x,f7.2) • Caracter • A=‘abc’ • Print 1,a • 1 format(3x,a3)

Linguagem Fortran- Expressões • LogicasUm valor que é sempre uma constante lógica. • Funções MOD (EAx, EAy) Onde : EAx – Dividendo e EAy – Divisor SQRT (EA) IFIX (EA) conversão de real para inteiro – parâmetro = real, retorno = inteiro FLOAT (EA) conversão de inteiro para real – parâmetro = inteiro, retorno = real

Linguagem Fortran • Variáveis do tipo INTEGER program inteiro implicit none integer :: x read *, x print*, "Valor lido:",x end program inteiro

Linguagem Fortran Variáveis do tipo REAL program var_real implicit none real :: a, b= 10.5e-2 print *, ’Valor de a:’ read *, a print *, ’Valor de a:’, a print *, ’Valor de b:’, b end program var_real

Linguagem Fortran Variáveis do tipo COMPLEX program var_complexa implicit none complex :: a= (5,-5),b,c print *, "Valor de b:" ! O valor de b deve ser entrado como um literal complexo. ! Exemplo: (-1.5,2.5) read *, b c= a*b print *, "O valor de c:", c end program var_complexa

Linguagem Fortran Variáveis do tipo CHARACTER program le_caractere implicit none character(len=10) :: str_read print *, "Entre com texto": read ’(a)’, str_read print *, "Texto lido:", str_read end program le_caractere

Linguagem Fortran • Variáveis do tipo LOGICAL • O conceito de espécie (kind) • Em Fortran 90/95, cada um dos cinco tipos intrínsecos, INTEGER, REAL, COMPLEX, CHARACTER e LOGICAL possui associado um valor inteiro não negativo denominado parâmetro de espécie do tipo (kind type parameter). • Por exigência do padrão, um processador deve suportar, no mínimo, duas espécies para os tipos REAL e COMPLEX e uma espécie para os tipos INTEGER, CHARACTER e LOGICAL.

Linguagem Fortran • Os valores da espécie são dependentes do processador e/ou do compilador empregado. • Contudo, há funções intrínsecas fornecidas pelo compilador que verificam as precisões suportadas pelo processador e que podem ser usadas para definir o valor do parâmetro KIND, possibilitando assim a portabilidade do código, isto é, a possibilidade deste rodar em diferentes arquiteturas usando uma precisão mínima especificada pelo programador.

Linguagem Fortran Expressões e Atribuições Escalares • Em uma expressão, o programa descreve as operações que devem ser executadas pelo computador. • O resultado desta expressão pode então ser atribuído a uma variável. • Há diferentes conjuntos de regras para expressões e atribuições, dependendo se as variáveis em questão são numéricas, lógicas, caracteres ou de tipo derivado; e também se as expressões são escalares ou matriciais

Linguagem Fortran • Ressaltadas Anteriormente, observa-se que as regras básicas são: • operador operando Ex: -X • operando operador operando Ex: X+Y • Expressões numéricas escalares • Atribuições numéricas escalares • Operadores relacionais • Etc...

Linguagem Fortran Se .... Então If (condição) then <instruções> endif Comandos de Decisão Se .... Então .... Senão If (condição) then <instruções> else <instruções> endif

Linguagem Fortran Se .... Então... Senão Encadeados If (condição) then <instruções> else If (condição) then <instruções> else <instruções> endif endif

Linguagem Fortran • program if_fat !Calcula o fatorial de um número natural. implicit none integer :: i, fat, j ! print *, "Entre com valor:" read *, i if (i < 0) then print *, "Não é possível calcular o fatorial." else if (i == 0) then print *, "fat(",i,")=",1 else fat= 1 do j= 1, i fat= fat*j end do print *, "fat(",i,")=",fat end if end program if_fat

Linguagem Fortran Comandos Repetição Do While (condição) <instruções> end do program exer17 integer contador do 1 contador=100,200 resto=mod(contador,2) if (resto.eq.0) then print *,contador," ‚ um numero par" endif • Enddo end

Linguagem Fortran Case SELECT CASE (NUMERO) ! NUMERO é do tipo inteiro. CASE (:-1) ! Todos os valores de NUMERO menores que 0. N_SINAL= -1 CASE (0) ! Somente NUMERO= 0. N_SINAL= 0 CASE (1:) ! Todos os valores de NUMERO > 0. N_SINAL= 1 END SELECT

Linguagem Fortran • program testa_case implicit none integer :: a print *, "Entre com a (inteiro):" read *, a select case (a) case (:-1) print *, "Menor que zero." case (0) print *, "Igual a zero." case (1:) print *, "Maior que zero." end select end program testa_case

Linguagem Fortran • Uma matriz ou vetor é um outro tipo de objeto composto suportado pelo Fortran. • Por definição  Uma matriz consiste de um conjunto retangular de elementos, todos do mesmo tipo e espécie do tipo. • Uma outra definição  uma matriz é um grupo de posições na memória do computador as quais são acessadas por intermédio de um único nome, fazendo-se uso dos subscritos da matriz. • Este tipo de objeto é útil quando for necessário se fazer referência a um número grande, porém a princípio desconhecido, de variáveis do tipo intrínseco ou outras estruturas, sem que seja necessário definir um nome para cada variável.

Linguagem Fortran • É recomendável as declarações de matrizes sejam declaradas na forma de atributos de tipos de variáveis. Por exemplo: • REAL, DIMENSION(50) :: W • REAL, DIMENSION(5:54) :: X • CHARACTER(LEN= 25), DIMENSION(5) :: COLUMN • CHARACTER(LEN= 30), DIMENSION(10) :: ROW

Linguagem Fortran • Posto  O posto (rank) de uma matriz é o número de dimensões da mesma. Assim, um escalar tem posto 0, um vetor tem posto 1 e uma matriz tem posto maior ou igual a 2. • Extensão A extensão (extent) de uma matriz se refere a uma dimensão em particular e é o número de componentes naquela dimensão. • Forma A forma (shape) de uma matriz é um vetor cujos componentes são a extensão de cada dimensão da matriz. • Tamanho O tamanho (size) de um matriz é o número total de elementos que compõe a mesma. Este número pode ser zero, em cujo caso esta se denomina matriz nula.

Linguagem Fortran A forma geral da declaração de uma ou mais matrizes: <tipo>[[, DIMENSION(<lista de extensões>)] [, < outros atributos>] ::] <lista de nomes> A forma recomendável da declaração é a seguinte: <tipo>, DIMENSION(<lista de extensões>) [, <outros atributos>] :: <lista de nomes>

Linguagem Fortran Os <outros atributos> podem ser quaisquer da seguinte lista: • PARAMETER • ALLOCATABLE • INTENT(INOUT) • OPTIONAL • SAVE • EXTERNAL • INTRINSIC • PUBLIC • PRIVATE • POINTER • TARGET

Segue a <lista de nomes> válidos no Fortran, onde os mesmos são atribuídos às matrizes Inicialização de vetores contendo 3 elementos: INTEGER :: I INTEGER, DIMENSION(3) :: IA= (/1,2,3/), IB= (/(I, I=1,3)/) Declaração da matriz automática LOGB. Aqui, LOGA é uma matriz qualquer (“muda” ou “dummy”) e SIZE é uma função intrínseca que retorna um escalar inteiro correspondente ao tamanho do seu argumento: LOGICAL, DIMENSION(SIZE(LOGA)) :: LOGB Linguagem Fortran

Declaração das matrizes dinâmicas, ou alocáveis, de duas dimensões A e B. A forma das matrizes será definida a posteriori por um comando ALLOCATE: REAL, DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: A,B Declaração das matrizes de forma assumida de três dimensões A e B. A forma das matrizes será assumida a partir das informações transferidas pela rotina que aciona o sub-programa onde esta declaração é feita. REAL, DIMENSION(:,:,:) :: A,B Linguagem Fortran

Linguagem Fortran Observações • Expressões e atribuições envolvendo matrizes • Soma,Multiplicação, divisão e outras operações matriciais • A Linguagem possibilita realizar operações envolvendo a matriz na sua totalidade, possibilitando o tratamento de uma matriz como um objeto único, o que, no mínimo, facilita enormemente a construção, leitura e interpretação do código.

Linguagem Fortran • Programa principal e subrotina para produto 2 matrizes de 2x2, com saída não formatada: Fonte: João Tavares/JOF CFAC

Linguagem Fortran Fonte: João Tavares/JOF CFAC

Linguagem Fortran Funções e Subrotinas • A ideia é construir programas que sejam reutilizáveis. Por exemplo uma média calcula-se sempre da mesma maneira. Portanto deve fazer-se o programa uma vez e depois utilizar sempre esse programa. • Outro exemplo: • Se quiser calcular um seno usa a função intriseca do FORTRAN, sin e não vai programar o seu cálculo.

Linguagem Fortran • Para isso o FORTRAN dispõe de 2 ferramentas diferentes, que correspondem aos subprogramas: • As funções • As subrotinas • As funções podem dividir-se em: • Funções intrinsecas. • Funções não intrinsecas.

Linguagem Fortran Subprogramas • Um subprograma é uma unidade de programa independente. Sua execução é subordinada ao programa principal ou a uma outra unidade de programa. • A linguagem FORTRAN 90 permite dois tipos de subprogramas: FUNÇÕESESUB-ROTINAS.

Linguagem Fortran Funções – Sintaxe • Emadiçãoàsfunçõesintrinsecas, o Fortran permite o desenho de novas funções. Umafunção de Fortran function, tem a seguintesintaxe: type FUNCTION function-name (arg1, arg2, ..., argn) IMPLICIT NONE [specification part] [execution part] [subprogram part] END FUNCTION function-name

Linguagem Fortran • Como invocar uma função no programa principal • Uma função só produz um resultado. • O resultado é passado para o programa principal no final da função com a instrução em que o nome da função é igualado ao resultado a transmitir. • A função é invocada no programa principal com uma instrução em que o nome da função e a sua lista de argumentos são invocados.

Linguagem Fortran Subrotinas • Uma Function, recebe input por via dos seusargumentosformais e devolve umvalor, o valor dafunção, queficaarmazenadonavariávelque tem o nomedafunção. • Nalgunscasos, nãoqueremosdevolvernenhum valor, ouqueremosdevolvermais do que um. • Nessecaso, o Fortran tem as subrotinasquepodem resolver esteproblema.

Prof. Marcello Macarthy macarthy@ufpel.br