Фортра́н (Fortran) — первый реализованный язык программирования
высокого уровня, правда, с одной небольшой оговоркой — для машин,
построенных по классической схеме фон Неймана. Создан в период с 1954
по 1957 год группой программистов под руководством Джона Бэкуса (John
Backus) в корпорации IBM. Через пару лет начались его коммерческие
поставки. До этого программирование велось либо непосредственно в
машинных кодах, либо на символических ассемблерах. Собственно, эту
деятельность и называли не программированием, а кодированием; только с
появлением Фортрана возникла профессия «программист». Название Fortran
является аббревиатурой от FORmula TRANslator, то есть, переводчик
формул.

Фортран широко используется в первую очередь для научных и
инженерных вычислений. Одно из преимуществ современного Фортрана —
большое количество написанных на нём программ и библиотек подпрограмм.
Среди учёных, например, ходит такая присказка, что любая математическая
задача уже имеет решение на Фортране, и, действительно, можно найти
среди тысяч фортрановских пакетов и пакет для перемножения матриц, и
пакет для решения сложных интегральных уравнений и многие, многие
другие. Ряд таких пакетов создавались на протяжении десятилетий и
популярны по сей день (главным образом в научной среде).

Большинство таких библиотек является фактически достоянием
человечества: они доступны в исходных кодах, хорошо документированы,
отлажены и весьма эффективны. Поэтому изменять, а тем более
переписывать их на других языках программирования накладно, несмотря на
то, что регулярно производятся попытки автоматического конвертирования
FORTRAN-кода на современные языки программирования.

Современный Фортран (Fortran 95 и Fortran 2003)
приобрёл черты, необходимые для эффективного программирования для новых
вычислительных архитектур; позволяет применять современные технологии
программирования, в частности, ООП.

История

В конце 1953 Джон Бэкус предложил начать разработку эффективной
альтернативы ассемблеру для программирования на ПК IBM 704. Уже к
середине 1954 была закончена черновая спецификация языка Fortran.
Первое руководство для Fortran появилось в октябре 1956 вместе с первым
компилятором, поставленным в апреле 1957. Компилятор был
оптимизирующим, потому что клиенты отказывались использовать язык
программирования высокого уровня, который был не в состоянии
генерировать код с производительностью ниже, чем у ассемблера.

В то время сообщество относилось скептически к новому способу
программирования и не верили в то, что Fortran позволит программировать
быстрее и эффективнее. По словам самого Джона Бэкуса большая часть его
работы была направлена на то чтобы «быть ленивым». Ему жутко не
нравилось писать программы под IBM 701 на ассемблере.

Язык был широко принят учеными для написания программ с интенсивными
вычислениями. Включение комплексного типа данных сделало его особенно
подходящим для технических приложений.

К 1960 году существовали версии Fortran для компьютеров IBM 709,
650, 1620, 7090. Его большая популярность побуждала конкурирующих
изготовителей компьютеров создавать компиляторы Fortran для своих
компьютеров. Таким образом, уже к 1963 существовало более 40
компиляторов для разных платформ. Именно по этому Fortran считают
первым широко используемым языком программирования.

Поскольку FORTRAN оказался столь успешным языком, в Европе возникли
опасения, что IBM будет доминировать в компьютерной отрасли. Немецкое
общество прикладной математики (German society of applied mathematics —
GAMM) создало комитет по разработке универсального языка. В то же время
Association for Computing Machinery (ACM) организовала похожий комитет
в США. Несмотря на то, что у европейцев было некоторое беспокойство по
поводу господства американцев, оба этих комитета слились в один. Под
руководством Питера Наура (Peter Naur) этот комитет разработал IAL
(International Algorithmic Language). Предлагавшееся название ALGOL
(ALGOrithmic Language) было вначале отвергнуто. Но поскольку оно стало
общеупотребительным, официальное имя IAL пришлось впоследствии изменить
на ALGOL 58.
Новая версия появилась в 1960 г., и ALGOL 60 (с небольшими изменениями,
сделанными в 1962 г.) с 60-х и до начала 70-х гг. прошлого века был
стандартом академического языка программирования.

Фортран в СССР

Фортран в СССР появился позже, чем на Западе, поскольку поначалу у нас более перспективным языком считался Алгол.
Во внедрении Фортрана большую роль сыграло общение советских физиков со
своими коллегами из CERN, где в 1960-х годах почти все расчёты велись с
использованием программ на Фортране.

Первый советский компилятор с Фортрана был создан в 1967 г. для
машины «Минск-2», однако он не получил большой известности. Широкое
внедрение Фортрана началось после создания в 1968 г. компилятора
ФОРТРАН-ДУБНА для машины БЭСМ-6. Машины ЕС ЭВМ, появившиеся в 1972 г.,
уже изначально имели транслятор Фортрана («позаимствованный» с IBM/360
вместе с другим программным обеспечением).

Стандарты

Фортран — жёстко стандартизированный язык, именно поэтому он легко
переносится на различные платформы. Существует несколько международных
стандартов языка:


  • FORTRAN IV (позже положенный в основу FORTRAN 66 (1966))

  • FORTRAN 77 (1978)

    • множество улучшений: строковый тип данных и функции для его обработки,
      блочные операторы IF, ELSE IF, ELSE, END IF, оператор включения
      фрагмента программы INCLUDE и т. д.


  • Fortran 90 (1991)

    • значительно переработан стандарт языка. Введён свободный формат
      написания кода. Появились дополнительные описания IMPLICIT NONE, TYPE,
      ALLOCATABLE, POINTER, TARGET, NAMELIST; управляющие конструкции DO …
      END DO, DO WHILE, CYCLE, SELECT CASE, WHERE; работа с динамической
      памятью (ALLOCATE, DEALLOCATE, NULLIFY); программные компоненты MODULE,
      PRIVATE, PUBLIC, CONTAINS, INTERFACE, USE, INTENT. Появились новые
      встроенные функции, в первую очередь, для работы с массивами

    • в языке появились элементы ООП

    • отдельно объявлен список устаревших черт языка, предназначенных для удаления в будущем


  • Fortran 95 (1997)

    • коррекция предыдущего стандарта


  • Fortran 2003 (2004)

    • дальнейшее развитие поддержки ООП в языке. Взаимодействие с операционной системой

Компиляторы

До 1997 основным производителем компиляторов Fortran для IBM PC
совместимых компьютеров была корпорация Microsoft. Впоследствии она
отказалась от их разработки в связи с низкой прибыльностью. На данный
момент компиляторы поставляет фирма DEC, вошедшая в 1998 г. в состав
Compaq и вместе с последней в 2002 г. слившаяся с HP.

Компания DEC поставляет компилятор, интегрированный в среду
разработки Digital Visual Fortran, основанную на Microsoft Visual
Studio. Наиболее известными продуктами этой линейки являются FPS 4.0
(Microsoft Fortran Power Station), DVF 5.0 и 6.0. Каждый компилятор
может поддерживать несколько стандартов Фортрана. Слияния компаний
явились причиной того, что последующие продукты появлялась на рынке под
торговыми марками Compaq и HP. В настоящее время HP продаёт среду
разработки версии 6.6 для Intel/win32. Поддержка Fortran реализована
также для всех высокопроизводительных платформ HP.

Другим крупным поставщиком систем разработки на Fortran является
фирма Lahey, предлагающая интегрированные решения для Windows и Linux.

Долгое время лучшим компилятором Fortran считался компилятор фирмы
Watcom, который был выделен в отдельный проект Open Watcom развивающий
компилятор на открытой основе.

Известен и развивается также компилятор фирмы Intel — Intel Fortran
Compiler, который позволяет оптимизировать код под платформу Intel ia32
и ia64.

Среди бесплатных компиляторов Fortran следует выделить компилятор от
Sun Microsystems, входящий в состав Sun Studio, который генерирует
эффективный код под SPARC, x86 и x86_64 и доступен как для ОС Solaris,
так и GNU/Linux.

Фонд свободного программного обеспечения GNU выпускает открытый
компилятор Fortran-77 g77, доступный практически для любой платформы и
полностью совместимый с GCC, но не поддерживающий всех языковых
конструкций современных стандартов Fortran. Также существует проект g95
по созданию на основе GCC компилятора Fortran 95.

Возможности и структура программы

Fortran имеет достаточно большой набор встроенных математических
функций, поддерживает работу с целыми, вещественными и комплексными
числами высокой точности. Выразительные средства языка изначально были
весьма бедны, поскольку Fortran был одним из первых языков высокого
уровня. В дальнейшем были добавлены многие лексические конструкции,
характерные для структурного, функционального и даже
объектно-ориентированного программирования.

Структура программ изначально была ориентирована на ввод с перфокарт
и имела ряд удобных именно для этого случая свойств. Так, 1-я колонка
служила для маркировки текста как комментария (символом C), с 1-й по
5-ю располагалась область меток, а с 7-й по 72-ю располагался
собственно текст оператора или комментария. Колонки с 73-й по 80-ю
могли служить для нумерации карт (чтобы восстановить случайно
рассыпавшуюся колоду) или для краткого комментария, транслятором они
игнорировались. Если текст оператора не вписывался в отведённое
пространство (с 7-й по 72-ю колонку), в 6-ой колонке следующей карты
ставился признак продолжения, и затем оператор продолжался на ней.
Расположить два или более оператора в одной строке (карте) было нельзя.
Когда перфокарты ушли в историю, эти достоинства превратились в
серьёзные неудобства.

Именно поэтому в стандарт, начиная с Fortran 90,
в добавление к фиксированному формату исходного текста появился
свободный формат, который не регламентирует позиции строки, а также
позволяет записывать более одного оператора на строку. Введение
свободного формата позволило создавать код, читабельность и ясность
которого не уступает коду, созданному при помощи других современных
языков программирования, таких как C или Java.

Своего рода «визитной карточкой» старого Fortran является огромное
количество меток, которые использовались как в операторах безусловного
перехода GOTO , так и в операторах циклов, и в операторах описания
форматного ввода/вывода FORMAT. Большое количества меток и операторов
GOTO часто делало программы на Фортране трудными для понимания.

Именно этот негативный опыт стал причиной, по которой в ряде современных языков программирования (например, Java) метки и связанные с ними операторы безусловного перехода вообще отсутствуют.

Однако современный Fortran избавлен от избытка меток за счет
введения таких операторов, как DO … END DO, DO WHILE, SELECT CASE.
Также к положительным чертам современного Fortran стоит отнести большое
количество встроенных операций с массивами и гибкую поддержку массивов
с необычной индексацией.

Взаимодействие с другими языками

Многие системы программирования позволяют компоновать полученные в
результате трансляции программы на Fortran объектные файлы с объектными
файлами, полученными от компиляторов с других языков, что позволяет
создавать более гибкие и многофункциональные приложения. Для языка
Фортран также доступно большое количество библиотек, содержащих как
подпрограммы решения классических вычислительных задач (LAPACK, IMSL,
BLAS), задач организации распределенных вычислений (MPI, pvm), так и
задач построения графических интерфейсов (Quickwin, FORTRAN/TK) или
доступа к СУБД (Oracle).

Наследие Fortran

Fortran использовался более пятидесяти лет и существует огромная
часть принадлежащая ему и по сей день. Fortran — основной язык для
некоторых задач требующих огромных вычислений, таких как моделирование
погоды и климата, гидрогазодинамика, вычислительная химия, квантовая
хромодинамика, моделирование динамики солнечной системы, вычисление
орбит искусственных спутников и многие другие задачи.

Особенности языка

Языковые особенности Fortran предназначены для всестороннего
развития языка, описание их можно найти в любом учебнике по Fortran.
Однако в них зачастую описываются лишь часть языковых особенностей,
которая наиболее часто используется в современных программах. При этом
он обладает рядом уникальных особенностей, которые сохранены для
поддержки «вниз».

Переносимость

Поначалу переносимость для Fortran была весьма насущной проблемой,
потому что не существовало ни одного единого стандарта и даже
справочной информации от IBM. И компьютерные фирмы соперничали между
собой, обеспечивая несовместимость для разных компиляторов. Исправило
дело появление стандартов. Стандарт 1966 года устанавливал синтаксис и
семантику, но продавцы продолжали внедрять несовместимые расширения.
Осмотрительные программисты понимали, что использование несовместимых
расширений вызовет проблемы переносимости и зачастую использовали
программы наподобие «The PFORT Verifier» для выявления несовместимых
расширений.

Несовместимые расширения были не единственной проблемой. Существовал
ряд проблем с численными вычислениями. Позже была развита и внедрена
практически универсальная идея двоичной арифметики с плавающей запятой.

Доступ к исполняемой среде (например, к командной строке, переменным
среды) был весьма затруднителен, пока на это не обратили на это
внимание в стандарте 2003 года.

Сейчас относительно просто реализовать полностью переносимую программу на Fortran.

  • FORTRAN 66

  • FORTRAN 77

  • FORTRAN не стандартизованные реализации

  • FORTRAN не стандартизованные реализации

  • Fortran 2003

  • Fortran 2008

  • Fortran 90

  • Fortran 95



  • Конструктор сайтов - uCoz
    Copyright MyCorp © 2017