1.2 Основные понятия языка Фортран

Алгоритмический язык – это способ описания алгоритма, понятный человеку и машине.

Алфавит алгоритмического языка Фортран состоит из 26 букв английского алфавита, 10 цифр, символа пробел и специальных символов: =, +, -, *, /, (, ), ., $, ', :, _, #, &, <, >.

 Элементы языка:

• ключевые слова и имена;

• переменные, константы;

• выражения;

• операторы;

• программные блоки.

Ключевые слова – последовательность литер, имеющая определенный смысл в языке, например, названия типов переменных, команды ввода-вывода и др. Примеры ключевых слов: integer, real, if, else, end, endif.

Имя можно дать константе, переменной, массиву, производному типу данных, конструкции, программе, процедуре, функции, модулю. В отличие от математики в программировании объекты принято не обозначать, а именовать. Например, velocity лучше, чем V.

В Фортране действует следующее соглашение об именах

• в именах разрешается использовать только английские буквы, причем малые и большие буквы не различаются компилятором

• помимо букв разрешается использовать цифры 0:9 и специальные символы “_” и “$”

• первым символом имени может быть только буква

• в Ф-90 допускается длина имени до 31 символа, в Ф-77 – до 8

• пробелы и знаки препинания, русские буквы, а также знаки операций не допустимы в именах

Переменная и константа – это ячейки памяти, которым для простоты обращения дают уникальные имена. Переменная и константа могут содержать только одно значение. При чем во время работы программы значение, хранящееся в переменной, может изменяться, а в константе постоянно.

Перед использованием переменные и константы объявляют при помощи неисполняемых операторов описания. При объявлении применяются операторы, эти операторы называют еще типами данных. В Фортране используются следующие типы данных (табл.1.2):

Таблица 1.2 Типы данных

ТИП	FORTRAN	Пример
Целые	INTEGER	5
Вещественные	REAL	3.14159
Комплексные	COMPLEX	(1.3,0.00)
Логические	LOGICAL	.true.
Символьные	CHARACTER	'd'

Различают 5 типов констант:

• три числовых типа - целые, вещественные, комплексные

• логические

• строки

Каждому типу соответствует своя область допустимых значений, особый способ хранения в памяти компьютера и набор команд для их обработки. Различают явные и именованные константы. Именованные константы, также как и переменные, объявляют в описаниях типа. Тип явной константы понятен по ее внешнему виду.

Целая константа

• записывается в виде последовательности цифр, которым предшествует знак “-“ или “+” (его можно опустить)

• лежит в диапазоне от –2 147 483 648 до 2 147 483 647.

• в памяти компьютера представляется точно

• действия над целыми выполняются точно

• по умолчанию записывается в десятичной системе счисления, номожно указать и другую систему счисления

• примеры записи целых констант: 7 +15 -262

Вещественная константа

• содержит не десятичную запятую, а десятичную точку “.“, как принято в Англии и Америке, например, 3.14 или 3. , причем точку, как признак вещественной константы, опускать нельзя, в то время как нулевую целую или дробную часть числа - можно

• для малых и больших по порядку чисел предпочтительнее экспоненциальную форма 1.0Е-7 (число с мантиссой и порядком, обозначаемым “Е”, вместо "∙10 в степени") вместо фиксированной формы 0.0000001

• лежит в диапазонах либо отрицательных чисел из [–3.40*10³⁸,–1.17*10^-38] либо ровно 0.0 либо положительных чисел из [+1.17*10^-38,+3.40*10³⁸]

• число в памяти компьютера предсталено нормализованной мантиссой 0.1≤m<1, содержащей 7 цифр, и порядком из диапазона ±38

• даже в допустимом диапазоне в памяти компьютера предстаимо не любое число, так что часто хранится приближенное значение

• действия над вещественными числами выполняются с ошибками округления

• примеры записи вещественных констант 3.14 -7.0 160000.0 0.0000001 1.6Е+5 -0.0000000000023 ровно ноль можно записать так 0.0 0. .0 и даже просто точкой.

• при двойной точности 1.6D+5 порядок, обозначен D вместо Е

Комплексная константа

• записывается в виде упорядоченной пары вещественных констант, разделенных символом “,“ и заключенных в круглые скобки, например, (-10., 8.2)

• -10. - соответствует действительной части комплексного числа -10+8,2i

• 8.2 - соответствует мнимой части комплексного числа -10+8,2i

Логические константы: .TRUE.–"истина" и .FALSE.– "ложь".

Символьная (строковая) константа

• это последовательность символов, заключенная в апострофы ‘текст’ или двойные кавычки “O’K”

• количество символов в константе называется длиной строковой константы, максимум 32767

• символ “пробел” является значащим

• пример: ‘при х=’ - это строковая константа из шести символов

Именованные константы, задаются в операторе parameter, например

real, parameter :: pi=3.14, e=2.71

Переменные в Фортране различают по типу: целые, вещественные, комплексные, логические, символьные. Перечисленные 5 типов называют базовыми, на основе которых программист может определять в операторе type производные типы по своему усмотрению. Целесообразно для каждой переменной объявлять ее тип, не полагаясь на принцип "по умолчанию", который отменяется оператором implicit none

Переменную объявляют

• целой в integer , пример: integer x1, y1, m или с инициализацией некоторых переменных integer :: number=1, sec=2, al;

• вещественной в real , пример: real X, I15, Z;

• комплексной в complex , пример: complex complX, complY, complZ;

• логической в операторе logical , пример: logical L1, L2;

• строковой в операторе character, - - после “*” указывают длину строки для всех переменных из списка, например, character *70 STIN, STOUT;

- character без указания длины, например, character ONE, first подразумевает длину, равную 1

Перед использованием переменной в правой части выражений ее надо инициализировать, то присвоить значение соответствующего типа.

Все описанные элементы подвергаются обработке компилятором.

Комментарий - текст, который компилятор пропускает. Если программисту нужно записать в тексте программы любую информацию, например, поясняющую код программы, названия и суть модулей, заметки "на полях", он может сделать это с помощью комментариев. Комментарий начинается с восклицательного знака «!».

Программа - это запись последовательности инструкций (операторов). Операторы бывают исполняемые и неисполняемые. Исполняемые операторы задают некоторые действия, которые должны быть выполнены. Неисполняемые определяют различные свойства и соглашения в программе. Объекты, которые подлежат описанию или над которыми выполняются действия называются операндами.

Правила записи программы в свободном формате:

• длина строки текста не превышает 132 символа;

• запись оператора может начинаться с любой позиции строки;

• на одной строке могут размещаться несколько разделенных точкой с запятой операторов;

• если строка текста завершается символом &, то последующая строка рассматривается как строка продолжения;

• в операторе FPS может быть до 7200 символов; число строк продолжения при свободном формате не может быть более 54;

• любые расположенные между восклицательным знаком и концом строки символы рассматриваются как комментарий.

Файл с программой на языке Фортран имеет расширение .F90.