Il Fortran 90/95 per esempi

Claudio Chiaruttini

Università di Trieste

Dipartimento di Matematica e Informatica

Premessa

La presente cartella contiene esempi di programmi Fortran nello standard 90/95. I programmi sono commentati, in modo da costituire una guida introduttiva al linguaggio, di cui illustrano le principali strutture, senza pretesa di completezza. Gli esempi sono rivolti a chi già conosca altri linguaggi di programmazione imperativa, quali Pascal, C, Basic, ecc.
Si rimanda a pubblicazioni specifiche per una trattazione esauriente, ad esempio:

Programming in FORTRAN 90, di J. S. Morgan e J. L. Schonfelder (1993)

Ottimo testo, conciso e completo, purtroppo difficilmente reperibile in commercio.

Fortran 90/95 Explained, di M. Metcalf e J. Reid (Oxford, 1996)

Manuale completo, ma poco didattico.

Fortran 90/95, guida alla programmazione, di S. J. Chapman (McGraw-Hill, 2000)

Prolisso e incompleto, può tuttavia essere utile a chi non conosca altri linguaggi.

Alcuni testi in linea sul Fortran 90:
http://www.ciaburro.it/man-f90/

Buona introduzione

http://www.liv.ac.uk/HPC/F90page.html

Corsi di Fortran 90 dell'Università di Liverpool. Dal sito si può prelevare un ottimo manuale: CourseNotes.ps.zip oppure CourseNotes.ps.gz

http://wwwasdoc.web.cern.ch/wwwasdoc/f90.html

Buono come manuale

Il linguaggio

`trapezio.f90`

Elementi fondamentali del linguaggio: alfabeto, nomi, commenti, variabili, costanti, stringhe di caratteri.
Inizio e fine del codice un programma: PROGRAM,

END
PROGRAM

.
Terminazione dell'esecuzione: STOP.
Variabili reali e loro dichiarazione, IMPLICIT NONE.
Espressioni aritmetiche ed assegnazioni, operazioni fra numeri reali ed interi.
Lettura e scrittura guidata da lista da e per unità standard.

`valore_assoluto_1.f90`

Costrutto IF-THEN.
Espressioni logiche, operatori relazionali (predicati).

`valore_assoluto_2.f90`

Istruzione IF.

`valore_assoluto_3.f90`

Funzioni intrinseche, funzione ABS (valore assoluto).

`quadratica1.f90`

Costrutti IF-THEN-ELSE e loro annidamento.
Operatore di elevamento a potenza.
Ordine di esecuzione delle operazioni nelle espressioni aritmetiche.
Funzione intrinseca radice quadrata (SQRT).

`quadratica1bis.f90`

Selezione a più vie: costrutto IF-THEN-ELSE con clausola ELSE IF.

`quadratica2.f90`

Precisione finita delle operazioni fra valori reali e loro confronti.
Costanti con nome, attributo PARAMETER.
Costanti reali in notazione esponenziale.

`mese.f90`

Selezioni a più vie: costrutto SELECT CASE.

`somma.f90`

Cicli a conteggio: costrutto DO.

`matrice.f90`

Variabili di tipo array: definizioni di rango (rank), estensione (extent), forma (shape), ampiezza (size); attributo DIMENSION; sezioni di array.
Ordine di memorizzazione degli elementi di una matrice.
Lettura e scrittura di una matrice per righe.

`listino2.f90`

Definizione di tipi derivati e dichiarazione di strutture: istruzioni TYPE e TYPE(tipo); selezione di componente.
Variabili di tipo carattere (stringhe).
Cicli a condizione: costrutti DO con istruzione EXIT.
Variabili e costanti logiche, operatori logici e loro regole di precedenza.
Clausola DO implicito nella lettura e scrittura di array.

`listino3.f90`

Programma principale con SUBROUTINE interna. Dichiarazioni globali e locali. Istruzione CONTAINS.
Chiamata di

SUBROUTINE

(istruzione CALL) e sua terminazione (istruzione RETURN).
Interfaccia esplicita di una procedura, argomenti di ingresso e di uscita (attributo INTENT).
Argomenti vettoriali di forma esplicita.
Argomenti carattere di lunghezza presunta.
Unità di programma di tipo "programma principale".

`hanoi.f90`

Procedure ricorsive.
Inizializzazione di variabili nella dichiarazione.
Istruzioni lunghe: loro distribuzione su più righe.
Ingresso/uscita con formato: descrittori X, A, I, fattori di ripetizione, stringhe.

`fattoriale.f90`

Funzioni ricorsive: loro dichiarazione ed uso.
Istruzione STOP con messaggio di errore.

`primitive_lista.f90`

Puntatori e loro uso: dichiarazione (attributo POINTER), allocazione e disallocazione, riferimento, assegnazione di puntatore, variabile associata (target), funzione intrinseca ASSOCIATED per controllare l'associazione di un puntatore.
Unità di programma di tipo MODULE per definire tipi derivati ed operazioni su di essi. Procedure di modulo.
Funzioni non ricorsive. Puntatori come argomenti di procedure.

`test_lista.f90`

Richiamo dei moduli: istruzione USE.
Stati di un puntatore. Istruzione NULLIFY per dissociare i puntatori.

`primitive_coda.f90`, `test_coda.f90`

Moduli: restrizione della visibilità delle definizioni, clausola USE-ONLY;
cambiamento di nome ad un'oggetto.

`lista_ordinata.f90`

Esempio completo di uso dei puntatori e relative procedure intrinseche.
Istruzione ASSOCIATED con due argomenti: controllo dell'associazione di un puntatore ad uno specifico target.
Connessione di un file di testo (formattato) al programma. Istruzione OPEN, clausole UNIT, FILE, STATUS.
Lettura di un file formattato, clausola IOSTAT.
Scrittura con la clausola ADVANCE='NO'.

`file_binario_sequenziale.f90`

Creazione e scrittura di un file binario (non formattato) sequenziale, clausola FORM.

`file_binario_diretto.f90`

Creazione e scrittura di un file binario ad accesso diretto, clausole ACCESS e RECL.
Istruzione INQUIRE per determinare la lunghezza di un record.
Funzione intrinseca HUGE per ottenere il massimo intero rappresentabile.
Ciclo DO con contatore ed istruzione EXIT.

Esempi di programmazione vettoriale

Somma di diagonali ed antidiagonali di una matrice

`diagonali1.f90`

Questo programma si basa su di un algoritmo sequenziale, come risulta dalla presenza dei cicli a conteggio.
Allocazione dinamica di array: attributo ALLOCATABLE, istruzione ALLOCATE.
Funzione intrinseca vettoriale SUM per sommare tutti gli elementi di un array.
Funzione intrinseca vettoriale SIZE per ottennere l'estensione di un indice.
Funzioni a valore vettoriale: definizione ed uso.
Costrutto ed istruzione FORALL: assegnazione multipla di elementi di array.
Sezioni di array di ampiezza nulla. E' legittimo che il limite inferiore di un indice sia maggiore di quello superiore (es. A(1:0)); in tal caso, SIZE(A(1:0)) vale 0. Sezioni di questo tipo sono usabili quali argomenti delle funzioni intrinseche.

`diagonali2.f90`

Programma parallelo. Si noti l'uso di funzioni vettoriali al posto dei cicli DO.
Assegnazioni vettoriali.
Costruttore di vettori: (/ ... /).
Funzione intrinseca vettoriale EOSHIFT per lo scorrimento di un array.
Uso della funzione intrinseca SUM per sommare righe e colonne di una matrice.

Estrazione dei numeri primi mediante in crivello di Eratostene

Algoritmo
Fissato un limite superiore N, metti nel crivello tutti gli interi da 2 ad N.
Togli dal crivello tutti i multipli dei numeri in esso presenti.
I numeri rimasti nel crivello sono primi.

`eratostene_s.f90`

Programma sequenziale basato su ciclo DO.
Istruzione CYCLE per interrompere l'iterazione corrente di un ciclo.
Array. Scalari nelle espressioni vettoriali: conformità di uno scalare a qualunque array; sezioni di array con passo (stride).
Funzione intrinseca vettoriale PACK per estrarre elementi di un array sotto il controllo di una maschera.

`eratostene_p.f90`

Programma parallelo basato su costrutto FORALL.

Note
1) La semantica del FORALL è parallela in quanto, per definizione, le operazioni elementari, possono essere eseguite in un ordine qualunque. Al contrario la semantica del DO, in qualunque forma, è sequenziale in quanto, per definizione, le operazioni elementari devono essere eseguite nell'ordine definito dalla sequenza degli indici.
2) I costrutti paralleli possono non essere efficienti con un singolo processore. Infatti, nella versione sequenziale, ogni numero non primo viene eliminato una volta sola, mentre nella versione parallela, viene eliminato un numero di volte pari al numero dei suoi sottomultipli.

(aggiornato il 18/11/2004)