Linguaggio F sottoinsieme del Fortran 90 - CNRpaolo/didattica/FI08/doc/pdf/F... · Evoluzione...

Elementi di base del linguaggio Fortran

Paolo Bison

Fondamenti di InformaticaIngegneria MeccanicaUniversità 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

ale 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 introducecostrutti per la programmazione strutturata

1991 Fortran 90, standard ISO 1539:1991, che introduce ulteriorimiglioramenti (ricorsione, strutture dinamiche)

1993 Proposta di standardizzazione HPF (High PerformanceFortran) per il calcolo parallelo

1995 Fortran 95, standard ISO/IEC 1539-1:1997


Formato sorgente

� formato libero del Fortran 90

� insieme dei caratterialfanumerici (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

� identificatoriR304 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.Basic Fortran, Paolo Bison, FI08, 2008-09-30 – p.5

Programma

� unità di programmazione� sintassi

R201 program

is program-unit

[ program-unit ] ...

R202 program-unit

is main-program

or module

R1101 main-program

is program-stmt

[ use-stmt ] ...

[ intrinsic-stmt ] ...

[ other-type-declaration-stmt ] ...

[ execution-part ]

end-program-stmt

R1102 program-stmt

is PROGRAM program-name

R1103 end-program-stmt

is END PROGRAM program-name


programma minimo

program miniend program mini


Sezione esecutiva - 1

� istruzioni

� sintassi

R208 execution-part

is [ executable-construct ] ...

R215 executable-construct

is action-stmt

or case-construct

or do-construct

or if-construct

or where-construct


Sezione esecutiva - 2

� sintassiR216 action-stmt

is allocate-stmt

or assignment-stmt

or backspace-stmt

or call-stmt

or close-stmt

or cycle-stmt

or deallocate-stmt

or endfile-stmt

or exit-stmt

or inquire-stmt

or nullify-stmt

or open-stmt

or pointer-assignment-stmt

or print-stmt

or read-stmt

or return-stmt

or rewind-stmt

or stop-stmt

or write-stmtBasic Fortran, Paolo Bison, FI08, 2008-09-30 – p.9

Stop

� terminazione esplicita del programma

� sintassi

R840 stop-stmtis STOP

� program ministopend program mini


Print

� visualizzazione del valore di espressioni

� sintassi

R911 print-stmt

is PRINT format [ , output-item-list ]

R913 format

is char-expr

or *

R915 output-item

is expr

R420 char-literal-constant

is " [ rep-char ] ... "


Espressioni - 1

� sintassiR723 expr

is [ expr defined-binary-op ] level-5-expr

...R713 level-4-expr

is [ level-3-expr rel-op ] level-3-expr

R714 rel-op

is ==

or /=

or <

or <=

or >

or >=

...


Espressioni - 2

� sintassi (cont.)R706 add-operand

is [ add-operand mult-op ] mult-operand

R707 level-2-expr

is [ [ level-2-expr ] add-op ] add-operand

R709 mult-op

is *

or /

R710 add-op

is +

or -...R703 level-1-expr

is [ defined-unary-op ] primary

R701 primary

is constant

or variable...or ( expr )

� costanti intereBasic Fortran, Paolo Bison, FI08, 2008-09-30 – p.13

Stampa numeri

!! printnum.f90! stampa dei numeri a terminale!program printnumprint *,3,8,0end program printnum


Stampa espressioni

!! printexp.f90! stampa il valore di una espressione!program printexpprint *,5 + 3 / 2end program printexp


Variabile

� individuata attraverso un identificatore

� associata univocamente ad un tipolinguaggio tipizzato

� esplicita dichiarazione del tipo associato alla variabileFortran 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

� sintassiR501 type-declaration-stmt

is type-spec [ , attr-spec ] ... :: entity-decl-list

R502 type-spec

is INTEGER [ kind-selector ]

or REAL [ kind-selector ]

or CHARACTER char-selector

or COMPLEX [ kind-selector ]

or LOGICAL [ kind-selector ]

or TYPE ( type-name )

R504 entity-decl

is object-name [ initialization ]

R505 initialization

is = initialization-expr


Integer

� sottoinsieme finito degli interi I

� operatori+ - * / **

� costantisequenza di cifre (es. 300 -234 )

� rappresentazione finitamin=-2147483648 max=2147483647

� es.integer :: a,b=45,dd+b*89


Istruzione di assegnazione

� sintassi

R735 assignment-stmtis variable = expr

� compatibilità di tipotipo espressione deve corrispondere al tipo associato allavariabile


assign

!! assign.f90! esempi di istruzioni di assegnazione!program assigninteger :: a,b,c=30a=c; b=a*56-c*7;c=a>b ! e’ corretta?print *,a,b,cend program assign


Lettura

� sintassi lettura

R909 read-stmtis READ ( io-control-spec-list )

[ input-item-list ]or READ format [ , input-item-list ]

� input-item-listlista di variabili separate da ,

� test sui valori letti


piu

!! piu.f90!! calcola la somma di due numeri!program piuinteger :: m,n,sread *,m,ns = m+nprint *,send program piu


Strutture di controllo

� struttura sequenzialeblock

� struttura di selezioneif

� struttura iterativado


block

� sequenza di istruzioni

� sintassi

R801 block

is [ executable-construct ] ...

� esempio

a=b+c

print *,a


if

� selezione/condizionale� sintassi

R802 if-construct

is if-then-stmt

block

[ else-if-stmt

block ] ...

[ else-stmt

block ]

end-if-stmt

R803 if-then-stmt

is IF ( logical-expr ) THEN

R804 else-if-stmt

is ELSEIF ( logical-expr ) THEN

R805 else-stmt

is ELSE

R806 end-if-stmt

is ENDIF

� corrisponde al if then elseBasic Fortran, Paolo Bison, FI08, 2008-09-30 – p.26

esempi if

� if (i>5) thenprint *,i

end if

� if (k==l) thenx = k*3

elsex = l*3

end if

� if a > 6 then ! ?a=a*a

end if

� if (i>5) then; print *,i; end if

� if (a==0) thenk = k+1

else if (b==0) thenk = 0

elsek = 1

end ifend 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 piuabsBasic Fortran, Paolo Bison, FI08, 2008-09-30 – p.28

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-controldo 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 e 0 se exp1> exp2 e exp3>0 op-

pure exp1< exp2 e exp3<0


Esempi DO

� doprint *,3

end do

� do i=1,10print *,i

end do

� do k=20,10,-2print *,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 multiBasic Fortran, Paolo Bison, FI08, 2008-09-30 – p.32

Fattoriale

n! =

{

n(n−1)(n−2) · · ·2·1 n > 01 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 fattinteger :: i,n,rread *,nif (n<0) then; stop; endifr = 1do i = 2,n

r= r*iend doprint *,rend program fatt


Terminazione DO

• CYCLE- passa all’iterazione successiva- sintassi:

R834 cycle-stmtis CYCLE [ do-name ]

• EXIT- termina il ciclo DO- sintassi:

R835 exit-stmtis EXIT [ do-name ]


DO come while

� while P doS

doif (P

′) then

exitend ifS

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 Basic Fortran, Paolo Bison, FI08, 2008-09-30 – p.37

somma_npari

! somma_npari.f90

! somma i primi n numeri pari

!

program somma_npari

integer :: i,n,s

read *,n

if (n<1) then; stop; end if

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. cycleprogram somma_npariinteger :: i,n,sread *,nif (n<1) then; stop; end ifs = 0do i = 1,2*n

if ((i-(i/2)*2)!=0) then; cycle; end ifs = s + i

end doprint *,send program somma_npari


Massimo Comun Divisore - 1

Dati due numeri m,n > 0 trovare MCD

� metodo 1Sia m ≥ n, con ciclo da 2 a n si verifica quali sono i numeriche dividono esattamente sia m che n. Il MCD è il massimodi tali numeri.Nota: un numero è divisibile per un altro se il resto delladivisione 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 mcd1Basic Fortran, Paolo Bison, FI08, 2008-09-30 – p.41


� metodo 2 - Metodo di EuclideDato m ≥ n, qualunque numero che divide sia m che ndivide anche il resto della divisione m/n

m = qn + rm - qn = r ≥ 0qmk - qqnk = rk(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 passoprecedente.


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-naltrimenti è n che diventa n - m, e si ricontrolla l’eventualeuguaglianza 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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