]]> ]]>

G95

Реализация языка программирования FORTRAN

G95 — стабильный свободный компилятор Fortran 95, доступный для множества архитектур и операционных систем. Распространяется под лицензией GNU GPL.

Проект G95 был начат одним человеком, Эндрю Вотом (Andrew Vaught), в начале 2000 года. В то время он писал программы для своей диссертации на Fortran 77 с использованием g77; из-за обилия сложных структур и несовременности языка код получался достаточно некрасивым, и Эндрю решил написать свой компилятор для более современного Fortran 95. В течение следующих двух лет G95 разрабатывался силами нескольких человек, но в конце 2002 года Эндрю решил вернуться к единоличной разработке. В январе 2003 года быз создан форк G95, gfortran, предназначенный для коллективной разработки, а Эндрю продолжал развивать G95 сам, с учетом багрепортов и замечаний пользователей. В настоящее время разработка компилятора прекращена; последняя серьезная доработка датируется октябрем 2008 года, последнее исправление — августом 2010.

Основные характеристики G95

  • поддержка стандартов Fortran 95 (полностью) и Fortran 2003 (частично);
  • поддержка свободного (расширения .f90, .f95 и .f03) и фиксированного (совместимого с f77, расширения .f и .for) форматов исходного кода программ;
  • возможность предварительной обработки файлов препроцессором C (для файлов, чьи расширения начинаются с заглавной F);
  • множество опций компиляции и генерации кода, в том числе выявление ряда ошибок времени выполнения, инициализация переменных определенным образом, размещение переменных в памяти, способ написания открытых и глобальных имен и т.д.;
  • возможность настройки поведения единожды скомпилированной программы путем задания переменных среды (запуск с опцией --g95);
  • обратная бинарная совместимость с g77;
  • кроссплатформенность: компилятор работает на Linux/x86, PowerPC, 64-bit Opteron, 64-bit Itanium, 64-bit Alpha, Windows/Cygwin, MinGW, Interix, OS X, FreeBSD на х86, HP-UX 11, Sparc-Solaris, x86-Solaris, OpenBSD, NetBSD, AIX, IRIX, Tru64 UNIX на процессорах Alpha
  • доступны целочисленные типы данных (по умолчанию — размером 32 и 64 бит);
  • исполнение системных команд с помощью SYSTEM();
  • имена переменных могут содержать $;
  • встроенные системные функции из VAX (SECNDS и т.д.);
  • системные функции из Unix (getenv, etime, stat и т.д.);
  • документация, переведенная на ряд языков, в том числе русский.

Поддержка стандарта Fortran 2003

В G95 реализована часть функционала стандарта Fortran 2003, а именно:

  • COMMAND_ARGUMENT_COUNT(), GET_COMMAND_ARGUMENT(), GET_COMMAND() и GET_ENVIRONMENT_VARIABLE()
  • квадратные скобки [ и ] могут использоваться как альтернатива (/ и /) в конструкторах массивов
  • TR 15581 — динамически размещаемые компоненты производных типов. Использование динамически размещаемых (ALLOCATABLE) атрибутов формальных параметров, результатов вычисления функций и компонентов структур
  • потоковый (Stream) ввод/вывод дает возможность читать и писать бинарные файлы, не заботясь о структуре записей
  • оператор IMPORT используется в теле интерфейса для доступа к объектам объемлющей контекстной области (Host Scoping Unit)
  • “европейский” способ представления вещественных чисел — тэг DECIMAL='COMMA' используется в операторах OPEN, READ, WRITE для отделения десятичной части дробей запятой вместо точки
  • MIN() и МАХ() работают с символьными данными
  • атрибут задания типа VALUE для формальных параметров подпрограммы передает фактический аргумент по значению
  • поддерживаются конструкции структур в стиле Fortran 2003
  • поддерживаются указатели на процедуры
  • оператор BIND(C), модуль ISO_C_BINDING обеспечивают возможность облегченного взаимодействия с C/C++.

Поддержка диалекта F

G95 является основным компилятором диалекта F (режим компиляции -std=F).

Примеры:

Hello, World!:

Пример для версий Intel Visual Fortran 11.1, g95 0.93, gfortran 4.5.0

Этот пример написан в свободном формате, поддерживаемом Fortran 90 и последующими стандартами, а также диалектом F.

! Fortran 90-style comment
program HelloWorld
  print *, "Hello, World!"
end program HelloWorld

Факториал:

Пример для версий Intel Visual Fortran 11.1, g95 0.93, gfortran 4.5.0

Используется итеративное определение факториала и свободный формат программы. Спецификации формата I и A используются для вывода чисел в десятичном формате и строк, соответственно. При вычислении факториалов 13-16 возникает арифметическое переполнение, не вызывающее ошибку, поэтому выводятся неправильные значения:

13! = 1932053504
14! = 1278945280
15! = 2004310016
16! = 2004189184

program Factorial

  integer :: f,n
  f = 1
  n = 0
  do
    print "(I2, A, I10)", n, "! = ", f
    n = n + 1
    f = f * n
    if (n == 17) then
      exit
    end if
  end do

end program Factorial

Числа Фибоначчи:

Пример для версий Intel Visual Fortran 11.1, g95 0.93, gfortran 4.5.0

Используется итеративное определение чисел Фибоначчи. Самое сложное в этом примере — вывод вычисленных значений в нужном формате, в одну строку и без лишних пробелов. Спецификация формата (I3, A, $) означает, что вначале выводится целое число в десятичном формате, шириной ровно три символа, затем выводится строка, и наконец, $ подавляет перевод строки, используемый командой print по умолчанию, так что все выводится в одну строку. Отметим, что в диалекте F спецификатор формата $ не является стандартным; программа работает, но при компиляции выводит предупреждение об этом.

program Fibonacci

  integer :: f1,f2,f3,i
  i = 1
  f1 = 0
  f2 = 1
  do
    f3 = f2 + f1
    f1 = f2
    f2 = f3
    i = i + 1
    if (f1 < 10) then
      print "(I1, A, $)", f1, ", "
    elseif (f1 < 100) then
      print "(I2, A, $)", f1, ", "
    else
      print "(I3, A, $)", f1, ", "
    end if
    if (i == 17) then
      exit
    end if
  end do
  print *, "..."

end program Fibonacci

Квадратное уравнение:

Пример для версий g95 0.93, gfortran 4.5.0

В примере используется встроенный тип данных complex. // — оператор конкатенации строк. Число перед скобками в описании формата означает количество раз, которые повторяется формат в скобках (в данном случае дважды — для первого и второго корней).

program Quadratic
  integer :: a, b, c
  real :: d, p1, p2
  complex :: cp2

  read (*, *), a
  if (a == 0) then
    write (*, *) "Not a quadratic equation"
    stop
  end if
  read (*, *) b
  read (*, *) c
  d = b * b - 4 * a * c
  p1 = - b / 2.0 / a
  if (abs(d) < 1.0e-9) then
    write (*, "(A, F8.3)") "x = ", p1
  elseif (d > 0) then
    p2 = sqrt(d) / 2.0 / a
    write (*, "(2(A, F8.3))") "x1 = ", p1 + p2, char(13) // char(10) // "x2 = ", p1 - p2
  else
    cp2 = sqrt(cmplx(d)) / 2.0 / a
    write (*, "(2(A, F8.3, F8.3), A)") "x1 = (", p1 + cp2, ")" // char(13) // char(10) // "x2 = (", p1 - cp2, ")"
  end if
end

Hello, World!:

Пример для версий f2c 20090411, g95 0.93, gfortran 4.5.0

Этот пример написан в фиксированном формате (стиль FORTRAN 77); первые шесть символов каждой строки зарезервированы под служебную информацию — отметки о том, что строка является комментарием или продолжением предыдущей, метки и номера строк. Стандартный набор символов Fortran не содержит символов нижнего регистра, поэтому все программы пишутся в верхнем регистре. Исключением из этого правила являются символьные константы — они могут содержать любые символы, которые поддерживаются системой.

Первая строка дает этому фрагменту кода имя HELLO и указывает на то, что он является основной программой. Имя программы подчиняется тем же правилам, что и любые имена идентификаторов, т.е. должно начинаться с буквы и содержать не более 6 символов.

Команда WRITE реализует вывод на печать. В скобках передается список управляющих параметров, настраивающих вывод: UNIT выбирает файл вывода (по умолчанию — консоль), FMT — формат вывода. Звездочки означают параметры по умолчанию. Имена параметров передавать не обязательно, сокращенно эта же команда выглядела бы как WRITE (*, *) ....

В большинстве реализаций строковая константа может заключаться как в одинарные кавычки, так и в двойные.

! A simple Hello, World! program
      PROGRAM HELLO
        WRITE (UNIT=*, FMT=*) 'Hello, World!'
      END

Факториал:

Пример для версий f2c 20090411, g95 0.93, gfortran 4.5.0

Этот пример написан в фиксированном формате (стиль FORTRAN 77) и использует итеративное вычисление факториала.

Fortran позволяет пропускать объявления переменных; в таком случае он выводит их типы сам, но, в отличие от более поздних языков, не по контексту использования переменной, а по ее имени — если первая буква названия I..N, выбирается тип INTEGER, иначе — REAL. В данном случае обе переменные целые.

Цикл DO в данном случае соответствует циклу FOR более поздних языков: счетчик цикла N последовательно пробегает все значения от 0 до 16. Тело цикла заканчивается на строке с меткой 1, которая указана в заголовке цикла.

Команда PRINT использует формат вывода по умолчанию, который варьируется в зависимости от используемого компилятора.

      PROGRAM FACTOR
        NF = 1
        DO 1,N = 0,16
          PRINT *, N, "! =", NF
1         NF = NF * (N + 1)
      END

Числа Фибоначчи:

Пример для версий f2c 20090411, g95 0.93, gfortran 4.5.0

Этот пример демонстрирует использование массивов в Fortran. Индексация элементов начинается с 1.

      PROGRAM FIBONACCI
        INTEGER FIB(20)
        FIB(1) = 0
        FIB(2) = 1
        DO 1,N = 2,17
          PRINT "(I3, A, $)", FIB(N), ", "
1         FIB(N + 1) = FIB(N) + FIB(N - 1)
        PRINT *, "..."
      END

CamelCase:

Пример для версий f2c 20090411, g95 0.93, gfortran 4.5.0

Строки в Fortran имеют фиксированную длину, задаваемую при объявлении строки. Если длина фактического содержимого строки меньше, чем размер строки, ее остаток дополняется пробелами или “мусорными” символами. Кроме того, в Fortran нет символа “конца строки”, как в C. Из-за этого после посимвольного заполнения строки CC, содержащей результат, остаток строки приходится заполнять пробелами вручную.

Проверка того, что очередной символ исходной строки является буквой, слишком длинна, чтобы поместиться в одну строку (все символы строки программы, начиная с 73-ей позиции, игнорируются), поэтому ее приходится разбивать на две строки и отмечать вторую как продолжение первой (любым символом в 6 позиции).

Операторы сравнения в FORTRAN 77 записываются как .LE., .GE. и т.д. из-за того, что символы > и < не входят в набор символов языка; они были добавлены только в Fortran 90.

      PROGRAM CAMELC
        CHARACTER TEXT*30, CC*30
        LOGICAL LSPACE
        READ (*, '(A)') TEXT
        NCC = 0
        LSPACE = .TRUE.
        DO 1, I = 1,LEN(TEXT)
          NC = ICHAR(TEXT(I:I))
          IF (NC .GE. 65 .AND. NC .LE. 90 .OR.
     >        NC .GE. 97 .AND. NC .LE. 122) THEN
            IF (LSPACE) THEN
              IF (NC .GE. 97 .AND. NC .LE. 122) THEN
                NC = NC - 32
              END IF
            ELSE
              IF (NC .GE. 65 .AND. NC .LE. 90) THEN
                NC = NC + 32
              END IF
            END IF
            NCC = NCC + 1
            CC(NCC:NCC) = CHAR(NC)
            LSPACE = .FALSE.
          ELSE
            LSPACE = .TRUE.
          END IF
1       CONTINUE
        DO 2, I = NCC + 1,LEN(CC)
2         CC(I:I) = " "
        WRITE (*, *) CC
      END

Комментарии

]]>

blog comments powered by Disqus

]]>

Работа программистам