Fortran 语法备忘录 (高级)

5 10 月, 2018 22:05:42编程软件评论阅读模式

混合语言编程 Mixed-Language-Programming
用Fortran调用C++语言的程序
例如一个简单的C++语言程序，求直角三角形斜边长度的达哥拉斯公式：保存为crout.cpp文件。
!-----------------------------------------------------------------------
```
// C++ - Routine
#include <iostream.h>
#include <math.h>
extern "C" void pythagoras (float a, float b, float *c)
{
*c = (float) sqrt(a*a+b*b);
}
```
!-----------------------------------------------------------------------
注：如果用C语言，则用stdio.h代替iostream.h，并且不需要extern "C"，其余过程类似。

Fortran程序：保存为fmain.f90
!-----------------------------------------------------------------------

! Demoprogramm:
! Aufrufen einer C-Routine von Fortran aus
! Die C-Routine wird innerhalb eines Modules deklariert
module cproc
interface  ! definierte Schnittstelle
subroutine pythagoras (a, b, res)
!DEC$ ATTRIBUTES C :: pythagoras
!DEC$ ATTRIBUTES REFERENCE :: res
real :: a, b, res
end subroutine
end interface
end module

program fmain
use cproc
implicit none
real :: x, y, z

write(*,*) ' Berechnung der Hypotenusenlaenge eines rechtwickligen Dreiecks'
write(*,*) ' Geben Sie die beiden Seitenlaengen ein, die den rechten Winkel'
write(*,*) ' einschliessen:'
read(*,*) x, y

call pythagoras(x,y,z)
write(*,*) ' Die Laenge der Hypotenuse betraegt: ', z
end program fmain

!-----------------------------------------------------------------------
Fortran程序中添加的接口程序interface，对调用的C++与Fortran的数据传递进行说明。
接口程序写在Module当中，Fortran程序引用了该Module，就可以使用了。
参考链接：
http://www.math.utah.edu/software/c-with-fortran.html
http://www.chiralcomp.com/support/mixing_f77_c_cpp/mixing_f77_c_cpp.html
http://www.acronymchile.com/fortran_and_cplusplus.html
http://arnholm.org/software/cppf77/cppf77.htm
一个VC++调用Fortran动态链接库的例子：
http://www.vckbase.com/code/viewcode.asp?id=2052
http://zhidao.baidu.com/question/652950.html?fr=qrl3

系统时间日期的子程序
date_and_time([date][,time][,zone][,values])
date    至少8位字符，最左边的8位字符为JJJJMMTT (年月日)
time    至少10位字符，最左边的10位字符为hhmmss.sss (时分秒.毫秒)
zone    至少5位字符，最左边的5位字符为±hhmm (时分) 相对于世界标准时间
      values  一维整型数组，长度至少为8，分别为：年，月，日，时区，小时，分，秒，毫秒
例如：
!-----------------------------------------------------------------------
```
character(len=10)    :: d,t
integer,dimension(8) :: V
d = ""
call date_and_time(date=d,time=t)
call date_and_time(values=V)
PRINT *, "Date=",d,"Time=",t
PRINT *, V
end
```
!-----------------------------------------------------------------------
系统时钟子程序
system_clock ([count] [,count_rate] [,count_max])
count           与计算机型号有关，基于计算机时钟，
count_rate   一秒钟count的增加量
count_max   count的最大值
三个数字均为数字，可以用来计算一个程序运行的时间：秒数=(t1-t0)/Δt
!-----------------------------------------------------------------------
```
integer :: n_p_sec, ia, ie; real :: t
call system_clock(count_rate=n_p_sec)!once
call system_clock(count=ia)
DO i=1,10000
j=i
END DO                     ! 被测试d程序块
call system_clock(count=ie)
t = (ie-ia)/real(n_p_sec)
write(unit=*,fmt=*)  "Zeit in Sekunden:",t
end
```
!-----------------------------------------------------------------------(以下程序转自编程爱好者论坛 — Fortran讨论区 )
1. 如何加大Stack size?
选Project => Settings => Link => Category: Output =>
Stack allocations
Reserve: 这里填新值（默认为1M，若需要10M，则填10000000）

2. 如何用Fortran批量生成文件？
设要生成4000个文件，文件名为AA1-AA4000，如何写循环生成文件,而不用写4000次write命令呢?
用内部文件：

character(len=80) :: filename,form
integer :: i
do i=1,4000
select case (i)
case (1:9)
write(form,'(i1)') i
case (10:99)
write(form,'(i2)') i
case (100:999)
write(form,'(i3)') i
case (1000:9999)
write(form,'(i4)') i
end select
write(filename,*) "AA",trim(form),".TXT"
open(10,file=filename)
write(10,*) i
close(10)
end do
stop
end

3. 如何用Fortran动态生成输出格式？
设有一个数组data(100)，输出时，希望每行输出num个数，而num由用户输入，如何实现？
用内部文件：
```
character(len=80) :: form
real :: data(100)
integer :: i,num
data = (/ (i,i=1,100) /)/10.0
read(*,*) num
write(form,*) "(",num,"f10.3)"
write(*,form) data
stop
end
```

将字符串改为大写的子程序

subroutine UpCase (str)
!=========================================
!  change to upper case
!=========================================
character(len=*),intent(in out) :: str
integer(4)                  :: icha,LL,icval
integer(4),parameter        :: diff = ichar('a') - ichar('A')
LL = len_trim(str)
do icha=1,LL
icval = ichar(str(icha:icha))
if (icval>=ichar('a') .and. icval<=ichar('z'))  then
str(icha:icha) = char(icval-diff)
end if
end do
return
end subroutine UpCase

5. 如何用F90/95生成随机数？
注意：
现在计算机产生的随机数都是伪随机数。
random_number(x) 产生一个0到1之间的随机数（x可以是向量），但是每次总是那几个数。
用了random_seed ()后，系统根据日期和时间随机地提供种子，使得随机数更随机了。
```
program random
implicit none
real :: x
call random_seed ()     ! 系统根据日期和时间随机地提供种子
call random_number (x)  ! 每次的随机数就都不一样了
write(*,*) x
stop
end program random
```

6. 函数/子程序超载的例子
设要编一个两个变量值互换的子程序swap(a,b)，哑元a,b可能是实型数，整型数，数组，矩阵，字符串，派生类型等等。但是希望只用一个子程序接口swap(a,b)来实现。F90可以用类属接口来实现这种子程序超载：

module Utilities
implicit none
private I_Swap,R_Swap,RVec_Swap,RMat_Swap,Type_Swap
public  :: Swap
interface Swap
module procedure I_Swap,R_Swap,RVec_Swap,RMat_Swap,Type_Swap
end interface
contains
subroutine i_swap (a,b)  ! 整型置换
integer (ikind),intent(in out)  ::  a,b
integer (ikind)                 ::  t
。。。                ! 略
end subroutine i_swap
subroutine r_swap (a,b)  ! 实型置换
real (rkind), intent(in out)    :: a,b
real (rkind)                    :: t
t = a
a = b
b = t
return
end subroutine r_swap
subroutine RVec_swap (a,b)  ! 实型向量置换
real (rkind), intent(in out)    :: a(:),b(:)
integer (ikind)                 :: i
do i=1, size(a)
call R_Swap (a(i),b(i))
end do
return
end subroutine RVec_swap
subroutine RMat_swap (a,b)   ! 实型矩阵置换
。。。                ! 略
end subroutine RMat_swap
subroutine Type_swap (a,b)   ! 派生类型置换
。。。                ! 略
end subroutine Type_swap
end module Utilities

8. 推荐好的代码风格
根据F90子集语言ELF90和F的要求整理（部分）。
“强迫用”的语言特性：
+ F90的自由格式的源代码。
+ implicit none。
+ 子过程的哑元都要有intent属性。
+ 函数子程序的哑元必须指定为intent(in)。
+ 所有子程序和函数都放在模块（module）中，然后引用（use）该模块；或者放在program中。
+ 数组哑元要求是假定形状的，或者有固定的维数和大小。字符哑元要求是假定长度的。
+ 对于recursive function（递归函数）语句，必须有result子句。
+ 在所有派生类型（type）的定义语句中，必须用双冒号分隔符（::）。
+ 主程序要求有program语句。
+ 在程序单元的end语句中要求后跟程序单元的类型和名称。
+ 在end type语句中要求后跟类型的名称。
+ end program前必须有stop语句以表示停止执行。
+ 子过程中必须有return语句，以表示返回。
+ subroutine s( )并且call s( )，即必须有括号。
“不得用”的语言特性：
- allocatable、intent、pointer、save、dimension、parameter和target语句形式。(用属性形式代替。)
- external语句形式。(用显式的接口代替。)
- assign、赋值go to、交错return、continue、entry、和计算go to 语句。
- include文件。(用模块代替。)
- data和block data。(在类型声明语句中进行初始化或赋值。)
- common块。(将全局数据放在模块中，用模块代替。)
- equivalence。(被认为是许多难以查找的编程错误的来源。)
- double precision语句。(用real语句声明双精度的实型数。)
- 语句函数。(用内部函数代替。)
- 专用固有函数。(用类属函数代替。)
- 假定大小数组。(用假定形状数组代替。)
- do n （其中n为语句标号）。(用do和end do代替。)
- 非整数do变量和表达式。
- 同一行上多条语句。
- 逻辑型case表达式。
- 从if块外面分支到end if。
- where语句形式。(用where结构形式。)
- 在open和inquire语句中的blank= 说明符。
- 双字关键词之间要求有空格：in out，go to。不能写为inout，goto。