PDF de programación - Introducción a Fortran

Introducción a FORTRAN

Miguel Alcubierre

Instituto de Ciencias Nucleares, UNAM

Abril 2005

Índice

1. Introducción

2. Compilar y correr programas en FORTRAN

3. Elementos básicos de un programa en FORTRAN

4. Constantes y variables

4.1. Tipos de datos
4.2. Declaración de variables
4.3. Conversión entre tipos

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5. Operaciones en FORTRAN

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6. Arreglos

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6.1. Arreglos de tamaño fijo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
6.2. Asignación dinámica de memoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

7. Funciones intrínsecas

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8. Control de flujo del programa

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8.1. Loops
IF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
8.2.
8.3. Control lógico de loops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

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9. Entrada y salida de datos (input/output)

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9.1. Unidades de entrada y salida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
9.2. Formato de entrada y salida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

10.Subprogramas

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10.1. Funciones
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
10.2. Subrutinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
10.3. Módulos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

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1.

Introducción

En este curso se presenta una breve introducción a FORTRAN 90, el lenguaje de
programación de más amplio uso en el cómputo científico. El nombre FORTRAN proviene
de “FORmula TRANslator” (traductor de fórmulas), y fue desarrollado originalmente por
IBM en 1954, con el objetivo de poder escribir programas de cómputo científico en un
lenguaje de alto nivel en vez de tener que recurrir a lenguaje de máquina o ensamblador.
En 1958 se presentó una segunda versión y varias compañías comenzaron a desarrollar
compiladores independientes a IBM para usar el lenguaje en otras máquinas.

El primer estandard de FORTRAN se introdujo en 1962 y se llamó FORTRAN IV.
En 1966 se presentó el primer estandard ANSI (American National Standards Institute),
que se conoció como FORTRAN 66. El segundo estandard ANSI, con muchas mejoras,
se introdujo en 1977 (FORTRAN 77), y se convirtió en el estandard utilizado por la
comunidad científica por muchos años. Incluso a la fecha es común encontrar muchos
programas escritos en FORTRAN 77.

FORTRAN 77 tenía una serie de desventajas. Entre ellas una estructura muy rígida
adaptada al uso de tarjetas perforadas (“forma fija”), que requería que ciertas columnas
tuvieran usos específicos. Además, no permitía un uso dinámico de la memoria y no
permitía realizar operaciones entre arreglos de números. Para mejorar esta situación, en
1990 se presentó un tercer estandard ANSI conocido como FORTRAN 90, que contenía
muchas nuevas características y permitía una programación más estructurada. Una serie
de cambios menores se presentaron en 1995 (FORTRAN 95), y actualmente se trabaja en
un nuevo estandard ANSI (FORTRAN 2003).

El día de hoy la mayor parte de los programas en FORTRAN siguen el estandard de
FORTRAN 90, pero aún existe un número importante de aplicaciones de FORTRAN 77.
FORTRAN esta específicamente diseñado para el cómputo científico, y no es particular-
mente bueno para otro tipo de aplicaciones (control, administración, manejo de docu-
mentos, etc). Para estas aplicaciones otros lenguajes somo C, JAVA o PERL son más
adecuados. En la actualidad, la mayor parte del cómputo científico de alto rendimiento
a nivel internacional se lleva a cabo en FORTRAN (FORTRAN esta muy lejos de ser
obsoleto), aunque los lenguajes C y C++ han ganando cierta popularidad recientemente.

Parafraseando a Mark Twain:

“Las noticias de la muerte de FORTRAN han sido enormemente exageradas”.

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2. Compilar y correr programas en FORTRAN

Los programas en FORTRAN se escriben en un editor de texto cualquiera (vi, emacs,
etcétera). Normalmente, el nombre del archivo debe llevar como sufijo .f, o .f90. A este
archivo se le llama el “código fuente”.

Una vez escrito el programa, este debe compilarse, es decir, debe ser leído por un
programa llamado “compilador” que lo traduce a lenguaje de máquina y produce un
nuevo archivo con el programa ejecutable. Algunos lenguajes de programación no usan
un compilador, sino un “intérprete” (por ejemplo BASIC y PERL). La diferencia es que
un interprete traduce y ejecuta linea por linea, sin nunca crear un archivo ejecutable.
Un interprete es más transparente de usar, pero mucho más lento. FORTRAN funciona
siempre con un compilador.

Hay muchos compiladores diferentes, con diversas opciones al compilar (por ejemplo,
algunos prefieren el sufijo .f y otros el sufijo .f90). Existe un compilador gratuito de
FORTRAN 90 para Linux de producido por INTEL que puede bajarse de la red.

La manera estandard de compilar un programa en FORTRAN es abrir una terminal,

ir al directorio que contiene el programa, y escribir:

f90 nombre1.f90

donde nombre1.f90 es el nombre del programa. Es importante notar que el comando
f90 puede variar de nombre, por ejemplo el compilador de INTEL usa el comando ifc o
ifortran. Pero siempre es posible hacer un alias.

Al compilar el programa se obtiene un ejecutable que tiene por default el nombre

a.out. Esto puede cambiarse haciendo:

f90 nombre1.f90 -o nombre2

La opción -o le dice al compilador que el ejecutable debe llamarse nombre2. Para correr
el programa se escribe simplemente

./nombre2

donde se usa ./ para indicar a Unix que debe buscar el ejecutable en el directorio local.
Para programas que están contenidos en varios archivos, hay una etapa más. El com-
pilador primero genera “archivos objeto” con sufijo .o que contienen la traducción a
lenguaje de máquina de cada archivo individual. Después se hace una liga (link) entre los
diversos archivos objeto para construir el ejecutable.

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3. Elementos básicos de un programa en FORTRAN

Un programa en FORTRAN tiene los siguientes elementos básicos:

Nombre del programa. El nombre del programa es en realidad opcional, pero es muy
buena idea tenerlo.

Declaraciones de variables utilizadas en el programa.

Cuerpo del programa. Comandos a ejecutar en el código. Los comandos se ejecutan
en orden de aparición. El programa siempre debe terminar con el comando END.

Subprogramas. El cuerpo del programa puede llamar a subprogramas que realicen
tareas específicas. Es buena práctica de programación separar un programa en blo-
ques y poner cada bloque en diferentes subprogramas. De hecho, para programas
largos es buena idea tener cada subprograma en archivos separados.

La estructura de un comando en FORTRAN 90 tiene las siguientes propiedades:

Los comandos se escriben en lineas de a lo más 132 caracteres (aunque algunos
compiladores aceptan lineas más largas).

Espacios en blanco al principio de una linea se ignoran. Esto ayuda a mejorar vi-
sualmente la estructura del programa. Hay que recordar que no solo la máquina va
a leer el programa, sino también seres humanos (por lo menos el autor), por lo que
una estructura visualmente clara en importante.

Un signo & al final de una linea indica que el comando continua en la linea siguiente.

Todo lo que siga de un signo ! se considera un comentario y es ignorado por el
compilador. Los comentarios son para las personas, no para la máquina. Hacen más
fácil de entender el programa para personas que no lo escribieron, y sirven incluso
para que el autor sepa lo que hace el programa si lo vuelve a ver tiempo después.

Es posible poner varios comandos en una linea separándolos con punto y coma.

Importante: FORTRAN no distingue entre mayúsculas y minúsculas en un progra-
ma, también ignora más de un espacio en blanco y lineas en blanco. Que se use es
cuestión de estilo personal.

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Ejemplo: Programa “nada”.

program nada

! Este programa no hace nada.

end program nada

La primera línea dice como se llama el programa. La segunda linea es un comentario

y el compilador la ignora. La última linea dice que el programa ha terminado.

Ejemplo: Programa “hola”.

program hola

! Ahora vamos a saludar al mundo

print *, ’hola mundo!’

! Aqui es donde saludamos

end program hola

Lo nuevo aquí es la linea: print *, ’hola mundo!’. La instrucción print * indica
imprimir en la salida estandard (es decir, la pantalla). Lo que se va a imprimir debe
colocarse entre comillas después de una coma. Nótese como hay un comentario al final de
la linea que el compilador simplemente ignora.

4. Constantes y variables

Los programas en FORTRAN manejan datos de dos tipos: constantes y variables. Las
constantes tienen un valor fijo, mientras que las variables se identifican con nombres y
pueden cambiar de valor durante al ejecución del programa. Constantes y variables deben
tener tipos específicos que indican al programa como almacenarlas y manejarlas.

4.1. Tipos de datos

Los tipos de datos permitidos son los siguientes:

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logical

integer

real

double

quadruple

complex

character

Las variables lógicas solo pueden tener dos valores: .true. (ver-
dadero) y .false. (falso).

Valores enteros guardados en 4 bytes. Se indican como números sin
punto decimal: 1, 2, -3, 25, etc.

Valores reales guardados en 4 bytes y con 8 cifras significativas. Se
indican con punto decimal, y de ser necesario el exponente de la
potencia de 10 después de una E: 1., -3.1416, 6.25E-10, etc.

Valores reales de doble precisión guardados en 8 bytes y con 16
cifras significativas, también se denotan por real(8). Se indican
con punto decimal y el exponente de la potencia de 10 después
de una D: 1.D0, -3.1416D0, 6.25D-10, etc. Son muy útiles en
cálculos