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Introducción a la Programación en Fortran

Contenido

• Antecedentes• Entrada y Salida de Datos• Programación en FORTRAN• Códigos Fuente• Tipo de Datos• Datos Intrínsecos• Variables• Arreglos• Control de Ejecución• Funciones, Subrutinas, Módulos y Bloques de datos

Antecedentes

• FORTRAN (Formula Translator)• Lenguaje orientado a procedimientos que tienen una gramática bien definida• Desarrollado para describir e implementar algoritmos, en especial, aquellos

de naturaleza ingenieril o científica.• Muy estable y transportable• Primer lenguaje de programación de alto nivel

Antecedentes

• FORTRAN I• Aparece en 1954. El grupo que desarrollo el lenguaje fue encabezado por

John Backs.

• FORTRAN II• Aparece en 1958

• FORTRAN III• Nunca se popularizó

• FORTRAN IV• Aparece en 1956 y se convirtió en el lenguaje más popular. Fue el primer

lenguaje que se estandarizó, facilitando la transportabilidad.

Antecedentes

• FORTRAN 66• Primer documento estándar que describía la existencia del FORTRAN IV (1966).

• FORTRAN 77• (~1975) Actualización del documento del FORTRAN 66, agregando nuevas características al

FORTRAN IV.

• FORTRAN 90• Nueva versión sacada en 1992 e incluye FORTRAN 77 más otros estándares.

• FORTRAN 95• Se agregan algunas pequeñas mejoras al FORTRAN 90

• FORTRAN 2003• 30 de noviembre de 2004

Antecedentes

• FORTRAN 2008• Septiembre de 2010, se agregan actualizaciones al FORTRAN 95

• FORTRAN 2015• Será la próxima revisión del lenguaje en la que se espera mayor

interoperabilidad entre el FORTRAN y el C.

Entrada y Salida de Datos

• Existen tres métodos para especificar como los datos son transferidos:

• READ (lectura de datos)• WRITE (escritura de datos)• PRINT (escritura de datos)

Entrada y Salida de DatosREAD• READ ([UNIT=]unit,[FMT=]fmt) iolist

• Unidades (unit): archivos, teclado y pantalla(*) o (0), teclado (5), pantalla(6)• Formato (fmt): label del FORMAT• Lista de variables de entrada (iolist)

• Ejemplos:• READ(*,*) a, b, c• READ(2,*) a, b, c ! Lee de la unidad 2

Entrada y Salida de DatosWRITE• WRITE([UNIT=]unit,[FMT=]fmt) iolist

• Unidades (unit): archivos, teclado y pantalla(*) o (0), teclado (5), pantalla(6)• Formato (fmt): label del FORMAT• Lista de variables de entrada (iolist)

• EjemplosWRITE(*,*) ‘Hola’, aWRITE(2,*) a, 23.2, ‘Hola’ ! Escribe en la unidad 2WRITE(*,20) a

20 FORMAT(‘a =‘,\)WRITE(*,’(A\)’) ‘a =‘WRITE(*,30) a, b

30 FORMAT(‘a=‘,I2,’ b=‘, F6.1)

Entrada y Salida de DatosPRINT• Tiene la misma función que el WRITE, sólo que imprime nada más en

la pantalla.• Ejemplos similares

PRINT xWRITE(*,*) x

Entrada y Salida de DatosFORMAT[r]Iw[.m] Integer values[r]Bw[.m] Binary values[r]Ow[.m] Octal values[r]Zw[.m] Hexadecimal values[r]Fw.d Real values[r]Ew.d[Ee] Real values with exponents[r]Enw.d[Ee] Real values in engineering notation[r]Esw.d[Ee] Real values in scientific notation[r]Gw.d[Ee] Real values, extended notation[r]Dw.d Double-precision real values[r]Lw Logical values[r]A[w] Character values

r = veces que se repite, w = ancho de campo, m = número de ceros que preceden, d = número de dígitos después del punto decimal, e = exponente

nX = n espacios en blanco, $ ó \ = continúan en el mismo renglón

Códigos Fuente

• Los códigos se pueden escribir en dos formas de códigos fuente:• Fijo (fixed form source)• Libre (free form source)

• Código Fijo• FORTRAN 77• .FOR• 72 caracteres por renglón• Restricciones de posición-columna

Códigos Fuente

• Código Libre• No tiene restricciones de posición-columna• Líneas de 132 caracteres• Los espacios son considerados entre nombres, constantes o etiquetas para

separarlos de otras palabras• .F90• Un estatuto puede contener hasta 7200 caracteres ya sea 100 líneas

continuas de 72 columnas o 54 líneas continuas de 132 columnas

Programación en FORTRAN

• Caracteres especiales:espacio = + - * / ( ) , . ‘ : ! “ % & ; < > ?

• Nombres• Identifica: variables, arreglos, blocks comunes, funciones, unidades de

programa, argumentos dummy, nombre de constantes, lista de grupos, y tipos de derivados

• Primer carácter alfabético o $, resto alfanumérico• 31 caracteres máximo (CVF hasta 63)

Programación en FORTRAN

• Constantes• Es un valor que permanece sin cambiar a través de la ejecución de un

programa (ejemplo pi)

• Operadores• Aritméticas (**, *, /, +, -)• String concatenation (//)• Lógica (.AND., .NOT., .OR., .EQV., .NEQV., .XOR.)• Relaciónales (.EQ., .NE., .LT., .LE., .GT., .GE., ==, /=, <, <=, >, >=)

Programación en FORTRAN

• Etiquetas (labels)• Es una secuencia de uno o cinco dígitos, al menos uno de ellos deberá ser

diferente de cero• Cualquier estatuto puede empezar con un label (aunque no lo requiera); sin

embargo, sólo las etiquetas de ejecución o estatutos FORMAT pueden ser referenciadas.

• El copilador reconoce 99,999 únicas etiquetas.• Una etiqueta no puede ser repetida dentro de un mismo programa

Programación en FORTRAN

• Delimitadores• Encierran y separan elementos de una lista• Un par de diagonales, paréntesis o una combinación de ambas.

• ( . . .), / . . . /, [ . . .], (/ . . ./)

• Indicadores! Comentario (se pone en cualquier lugar del código)& Continuación de línea (se pone al final de la línea fuente)

Tipos de Datos

• Cada constante, variable, arreglo o función referenciada tiene un tipo de datos

• Las propiedades de los tipos de datos:• Un nombre• Un juego de valores• Una forma de representar los valores constantes• Un juego de operaciones para manipular e interpretar los valores

Tipos de Datos

• Ejemplo de un tipo de declaraciónREAL var_real

• Definición de la variablevar_real = 25.44

• Variables Implícitas• Predefinidas por el lenguaje FORTRAN• Empiezan con: enteros (I – N), reales (A – H, O – Z, $)

• Variables Explícitas• Declaradas por el usuario• Para deshabilitar las Variables Implícitas, usar el siguiente comando antes de la

declaración de variables:IMPLICIT NONE

Datos Intrínsecos

• Enteros• INTEGER, INTEGER(1), INTEGER(2), e INTEGER(4).

• Reales• REAL, DOUBLE PRECISION, REAL(4), y REAL(8).

• Complejos• COMPLEX, COMPLEX(4), DOUBLE COMPLEX, y COMPLEX(8)

• Carácter• CHARACTER[*n] donde n es la longitud de la palabra (string)

• Lógica• LOGICAL, LOGICAL(1), LOGICAL(2), y LOGICAL(4)

Variables

• Enteros• INTEGER o INTEGER(1) o INTEGER*1

• Bytes = 1, valor = -128 a 127• INTEGER(2) o INTEGER*2

• Bytes = 2, valor = -32,768 a 32,767• INTEGER(4) o INTEGER*4

• Bytes = 4, valor = -2,147,483,684 a 2,147,483,647• INTEGER(8) o INTEGER*8 (sólo sistemas ALPHA)

• Bytes = 8, valor = -9,223,372,036,854,775,808 a 9,223,372,036,854,775,807

Variables

• Reales• REAL o REAL(4) o REAL*4

• Bytes = 4, precisión = 7 dígitos• Números negativos desde aproximadamente:

-3.4028235E+38 a -1.1754944E-38 • Cero• Números positivos desde aproximadamente:

+1.1754944e-38 a +3.4028235e+38• REAL(8) o REAL*8 o DOUBLE PRECISION

• Bytes = 8, precisión = 15 dígitos• Números negativos desde aproximadamente:

-1.797693134862316D+308 a -2.225073858507201D-308 • Cero• Números positivos desde aproximadamente:

+2.225073858507201D-308 a +1.797693134862316D+308• REAL(16) o REAL*16 (sólo en unix y vms)

Arreglos

• Un arreglo es una variable con al menos una dimensión• Ejemplo de declaración de arreglos

• REAL A(10,2,3)• DIMENSION A(10,2,3)• REAL, DIMENSION (10,2,3) :: A• REAL A(-1:8, 0:1, -1:1)

• mínimo número : máximo número (default mínimo =1)

Funciones Intrínsecas más Comunes

• ABS(x), valor absoluto de x• ACOS(x), coseno de x• ASIN(x), coseno inverso de x• ATAN(x), tangente inversa de x• COS(x), coseno de x• COSH(x), coseno hiperbólico de x• EXP(x), exponente de x• LOG(x), logaritmo natural de x

• LOG10(x), logaritmo base 10 de x• SIN(x), seno de x• SINH(x), seno hiperbólico de x• SQRT(x), raíz cuadrada de x• TAN(x), tangente de x• TANH(x), tangente hiperbólica de x

Control de Ejecución

• Blocks de construcción• DO; END DO o CONTINUE• DO WHILE; END DO• SELECT CASE; CASE; END SELECT• IF; END IF• WHERE; END WHERE (usado en arreglos)• Combinación de ellos.

Control de EjecuciónDO y DO WHILE• DO

[nombre:] DO [label] variable=bajo,alto[,inc]block

[label] END DO ó CONTINUE

• DO WHILEDO [label] WHILE (exp-lógica)

block[label] END DO

Control de EjecuciónEjemplos DODO k = -30, -60, -3

int = j / 3isb = -9 – karray(isb) = MyFunc (int)

END DO

LOOP_1: DO I = 1, NA(I) = C * B(I)

END DO LOOP_1

Control de EjecuciónEjemplos DO WHILEDO WHILE (I .GT. J)

ARRAY(I,J) = 1.0I = I - 1

END DO

DO 10 WHILE (I .GT. J)ARRAY(I,J) = 1.0I = I – 1

10 END DO

CHARACTER(1) inputinput = ' ' DO WHILE ((input .NE. 'n') .AND. (input .NE. 'y'))

WRITE (*, '(A)') 'Enter y or n: ' READ (*, '(A)') input

END DO

Control de EjecuciónSELECT CASE[nombre:] SELECT CASE (expresión)

CASE [selector]block

[CASE DEFAULTblock]

END SELECT [nombre]

expresión – escalar entero, lógico o carácterselector – escalares enteros, lógicos o caracteres que inicializan la expresión. Expresiones enteras o

carácter pueden representarse de la siguiente forma:bajo:alto (bajo <= selector <= alto)bajo: (selector >= bajo):alto (selector <= alto)

Control de EjecuciónEjemplos SELECT CASECHECK_STATUS: SELECT CASE (I)

CASE (:-1) STATUS_CODE = -1CASE (0) STATUS_CODE = 0CASE (1:) STATUS_CODE = 1

END SELECT CHECK_STATUS

SELECT CASE (J)CASE (1, 3:7, 9) ! Valores: 1, 3, 4, 5, 6, 7, 9

CALL SUB_ACASE DEFAULT

CALL SUB_BEND SELECT

Control de EjecuciónIF[nombre:] IF (condición) THEN

block[ELSE IF (condición) THEN

block]…[ELSE

block]END IF [nombre]

Control de EjecuciónEjemplos IFIF (i .LT. 10) THEN

! the next two statements are only executed if i < 10 j = i slice = TAN (angle)

END IF

Formato EjemploIF (expr) THEN IF (NAME .LT. 'N') THEN

block1 IFRONT = IFRONT + 1FRLET(IFRONT) = NAME(1:2)

ELSE ELSEblock2 IBACK = IBACK + 1

END IF END IF

Formato EjemploIF (expr) THEN IF (A .GT. B) THEN

block1 D = BF = A – B

ELSE IF (expr) THEN ELSE IF (A .GT. B/2.) THENblock2 D = B/2.

F = A - B/2.END IF END IF

Control de EjecuciónWHERE• Para usarse con arreglos.

[nombre:] WHERE (expresión)asignación

[ELSEWHEREasignación]

END WHERE

Control de EjecuciónEjemplos WHEREINTEGER A, B, CDIMENSION A(5), B(5), C(5)DATA A /0,1,1,1,0/DATA B /10,11,12,13,14/C = -1WHERE(A .NE. 0) C = B / AEl resultado del arreglo C contiene: -1,11,12,13, y -1.

DIMENSION PRESSURE(1000), TEMP(1000), PRECIPITATION(1000)WHERE(PRESSURE .GE. 1.0)

PRESSURE = PRESSURE + 1.0TEMP = TEMP - 10.0

ELSEWHEREPRECIPITATION = .TRUE.

ENDWHERE

Control de Ejecución

• Otros Estatutos• CYCLE [nombre del DO]

• Interrumpe la ejecución del DO• Ejemplo:DO I =1, 10

A(I) = C + D(I)IF (D(I) < 0) CYCLE ! If true, the next statement is omitted

A(I) = 0 ! from the loop and the loop is tested again.

END DO

Control de EjecuciónEjemplo Cycle

sample_loop: do i = 1, 5print *,iif( i .gt. 3 ) cycle sample_loopprint *,i

end do sample_loop print *,'done!'

!output: ! 1 ! 1 ! 2 ! 2 ! 3 ! 3 ! 4 ! 5 ! done!

Control de EjecuciónOtros Estatutos• EXIT [nombre del DO]

• Termina la ejecución del DO• Ejemplo

LOOP_A : DO I = 1, 15N = N + 1 IF (N > I) EXIT LOOP_A

END DO LOOP_A

• STOP [mensaje]• Termina la ejecución del un programa antes del END

Ejemplo de Programación

• Resolver las raíces de una función Cuadrática:ax2+bx+c=0

• Solución:x1=(-b+sqrt(b2-4ac))/(2a)x2=(-b-sqrt(b2-4ac))/(2a)

• Condición:b2-4ac>=0

Ejemplo de Programación

1. Abrir cualquier editor de texto (ej. Notepad) y escribir el programa.2. Salvarlo con la extensión .f90 (ej. raices.f90), en el folder donde se

tendrán los programas de FORTRAN (ej. c:\Fortran\)

Ejemplo de Programación

Ejemplo de Programación

• Compilar el programa en el command prompt, con el comando ifortpara Intel Visual Fortran (IVF).

Ejemplo de Programación

Ejemplo de Programación

• Correr el programa con el nombre que se dio el compilador al archivo ejecutable.

• Para el caso del IVF, el ejecutable se crea con el mismo nombre del archivo f90 (ej. raices.exe).

Ejemplo de Programación

Comandos comunes del Command Prompt(MS-DOS)• dir – lista los archivos de un directorio (folder o carpeta)• cd – cambia de directorio (change directory)

• cd carpetaX – cambia al directorio “carpetaX”• cd .. – se regresa al directorio anterior• cd\ – se va directamente a la raíz

• ren file1 file2 – cambia el nombre de “file1” a “file2” (rename)• del file – borra el archivo “file” (delete)• md – crea un nuevo directorio (make directory)• rd – borra un directorio (remove directory)• cls – limpia la pantalla (clear screen)• edit – abre el editor de texto (sólo para computadoras de 32 bits)

Funciones

• Una función es un subprograma que es llamado para ejecutar una operación y regresar un valor (como resultado de la función) y así evaluar la expresión[prefijo] FUNCTION nombre (resultado)

…operaciones…

END

Ejemplo de FunctionProgram funciondex

integer ireal F, Y

write(*,*) ' Programa f(x)=x^3+x-3, de x = 1 hasta x =10'write(*,*) ' i f(X)'do i=1,10Y=F(i)write(*,10) i,Y

10 format(' ',I2,' ',F8.1)end do

end

function F(X)integer XF=X**3+X-3

end

Subrutinas

• Las subrutinas son muy similares a las funciones.• Las subrutinas son llamadas por el comando CALL

CALL subroutine_name (argument_list)

• Las subrutinas pueden tener muchos argumentos entre paréntesis o ningún argumento. En el último caso el paréntesis se debe conservar.

SUBROUTINE subroutine_name (argument_list)…

END SUBROUTINE (name)

Ejemplo de SubrutinaProgram Hipotenusa

implicit none

real L1, L2, H

write(*,*) ' Calculo de la hipotenusa'

write(*,*)

write(*,'(A\)') ' Dame el lado 1 = '

read(*,*) L1

write(*,'(A\)') ' Dame el lado 2 = '

read(*,*) L2

CALL Hipo (L1,L2,H)

write(*,10) H

10 format( ' La hipotenusa es = ', F8.2)

end

Subroutine Hipo(L1,L2,H)

real L1, L2, H

H=sqrt(L1**2+L2**2)

end

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• Deshabilitar persistencia en salida de windows. Agregar al programa lo siguiente:

USE IFQWIN ! Accesa las librerías gráficas

Implicit none ! Deshabilita las variables de default

Integer(4) i4 ! Variable dommy

I4=setexitqq(qwin$exitnopersist)

• BUILD project…START… • Loop Forever:Do while(.true.) ! Loop forever

End DO

• BUILD project…START…

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• Cambiar el título a ventana principal:USE IFWIN !Accesa las librerías de Windows

logical l

l=setwindowtext(gethwndqq(qwin$framewindow), &

“mi ventana”C)

• BUILD project…START…

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• Control de la Ventana PrincipalFunction Initialsettings()

USE IFQWIN

type(qwinfo) qwi

qwi%type=qwin$max ! Maximiza el tamaño de la ventana

i=setwsizeqq(qwin$framewindow,qwi) !Pone tamaño ventana

initialsettings=.true.

END

• BUILD project…START…

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• Los qwi%type pueden ser los siguientes:• QWIN$MIN – Minimiza la pantalla• QWIN$MAX – Maximiza la pantalla• QWIN$RESTORE – Regresa la ventana minimizada a su tamaño previo• QWIN$SET – Valores dados por el programador

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• Agregar menú personal a la ventana principallogical(4) r

r=appendmenuqq(1,$menuenabled,’File’C,nul)

r=appendmenuqq(1,$menuenabled,’Print’C,winprint)

r=appendmenuqq(1,$menuseparator,’’C,nul)

r=appendmenuqq(1,$menuenabled,’E&xit’C,winexit)

r=appendmenuqq(2,$menuenabled,’Menu2’C,nul)

• BUILD project…START…

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Opciones de las constantes que indican el estado del menú• $MENUGRAYED – Deshabilita y pone en gris la opción del menú. • $MENUDISABLED – Deshabilita pero no pone en gris las opción del

menú. • $MENUENABLED – Habilita la opción del menú. • $MENUSEPARATOR – Dibuja una barra separadora. • $MENUCHECKED – Pone una marca de checado a la opción del menú. • $MENUUNCHECKED – Remueve la marca de checado en la opción del

menú.

Rutinas predeterminadas para los menús

• WINPRINT - Prints the program. • WINSAVE - Saves the program. • WINEXIT - Terminates the program. • WINSELECTTEXT - Selects text from the current window. • WINSELECTGRAPHICS - Selects graphics from the current window. • WINSELECTALL - Selects the entire contents of the current window. • WINCOPY - Copies the selected text and/or graphics from the current window to the Clipboard. • WINPASTE - Allows the user to paste Clipboard contents (text only) to the current text window of

the active window during a READ.

Rutinas predeterminadas para los menús

• WINCLEARPASTE - Clears the paste buffer. • WINSIZETOFIT - Sizes output to fit window. • WINFULLSCREEN - Displays output in full screen. • WINSTATE - Toggles between pause and resume states of text output. • WINCASCADE - Cascades active windows. • WINTILE - Tiles active windows. • WINARRANGE - Arranges icons. • WINSTATUS - Enables a status bar. • WININDEX - Displays the index for QuickWin help. • WINUSING - Displays information on how to use Help. • WINABOUT - Displays information about the current QuickWin application. • NUL - No callback routine.

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Menú “about”

• Para cambiar la información en el menú “about” de la Ayuda (WINABOUT) usar el siguiente comando en el programa principal:

i4=aboutboxqq(‘Hecho por mi…’)

• Copilar, Construir, Ejecutar…

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