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diff --git a/zh-cn/fortran-cn.html.markdown b/zh-cn/fortran-cn.html.markdown new file mode 100644 index 00000000..d1b31d2c --- /dev/null +++ b/zh-cn/fortran-cn.html.markdown @@ -0,0 +1,443 @@ +--- +language: Fortran +filename: learnfortran-cn.f90 +contributors: + - ["Robert Steed", "https://github.com/robochat"] +translators: + - ["Corvusnest", "https://github.com/Corvusnest"] +lang: zh-cn +--- + +Fortran 是最古老的计算机语言之一。它由 IBM 开发于 1950 年用于数值运算（Fortran 为 "Formula +Translation" 的缩写）。虽然该语言已年代久远，但目前仍用于高性能计算，如天气预报。 +该语言仍在持续发展，并且基本保持向下兼容。知名的版本为 Fortran 77, Fortran 90, +Fortran 95, Fortran 2008, Fortran 2015 和 Fortran 2023。 + +这篇概要将讨论 Fortran 2008 的一些特征。因为它是目前所广泛采用的标准版本，并且与最新版本的内容 +也基本相同（而 Fortran 77 则是一个非常不同的版本）。 + +```fortran +! 这是一个注释 + +program example ! 声明一个名为 example 的程序 + + ! 代码只能存在于程序、函数、子程序或模块中 + ! 使用缩进不是必需的，但推荐使用 + + ! 声明变量 + ! ========= + + ! 所有的声明必须在语句和表达式之前 + + implicit none ! 防止动态声明变量（推荐！） + ! implicit none 推荐在每个函数/程序/模块中重新声明... + + ! 注意 - Fortran 中对大小写不敏感 + real z + REAL Z2 + + real :: v, x ! 警告：默认的初始值取决于编译器！ + real :: a = 3, b = 2E12, c = 0.01 + integer :: i, j, k = 1, m + real, parameter :: PI = 3.1415926535897931 ! 声明一个常数 + logical :: y = .TRUE., n = .FALSE. ! 布尔类型 + complex :: w = (0, 1) ! 单位虚数 + character(len=3) :: month ! 字符串，长度为 3 个字符 + + real :: array(6) ! 声明一个包含 6 个实数的数组 + real, dimension(4) :: arrayb ! 另一种声明数组的方式 + integer :: arrayc(-10:10) ! 具有自定义索引的数组 + real :: array2d(3, 2) ! 多维数组 + + ! 这些分隔符 '::' 并不总是必需的，但推荐使用 + + ! 还有许多其他的变量属性： + real, pointer :: p ! 声明一个指针 + + integer, parameter :: LP = selected_real_kind(20) + real(kind=LP) :: d ! 长精度变量 + + ! 警告：在声明过程中初始化变量会在函数中造成问题， + ! 因为这会自动暗示 'save' 属性， + ! 在函数调用之间保存变量的值一般情况下， + ! 除了常量外，声明和初始化的代码应该分开！ + + ! 字符串 + ! ======= + + character :: a_char = 'i' + character(len=6) :: a_str = "qwerty" + character(len=30) :: str_b + character(len=*), parameter :: a_long_str = "This is a long string." + ! 使用 (len=*) 可以自动计算长度，但只适用于常量 + + str_b = a_str//" keyboard" ! 使用 // 运算符连接字符串 + + ! 赋值和算术 + ! ============= + + Z = 1 ! 对上面声明的变量 z 进行赋值（对大小写不敏感） + j = 10 + 2 - 3 + a = 11.54/(2.3*3.1) + b = 2**3 ! 幂运算 + + ! 流程控制语句和操作符 + ! =================== + + ! 单行 if 语句 + if (z == a) b = 4 ! 条件始终需要在括号中 + + if (z /= a) then ! z 不等于 a + ! 其他的比较操作符包括 < > <= >= == /= + b = 4 + else if (z .GT. a) then ! z 大于 a + ! 文本等价于符号操作符中的 .LT. .GT. .LE. .GE. .EQ. .NE. + b = 6 + else if (z < a) then ! 'then' 必须在本行上 + b = 5 ! 执行块必须在新的一行上 + else + b = 10 + end if ! end 语句后需要 'if'（或可以使用 'endif'） + + if (.NOT. (x < c .AND. v >= a .OR. z == z)) then ! 布尔运算符 + inner: if (.TRUE.) then ! 可以对 if 结构命名 + b = 1 + end if inner ! then 必须命名对应的 endif 语句 + end if + + i = 20 + select case (i) + case (0, 1) ! 当 i == 0 或 i == 1 时 + j = 0 + case (2:10) ! 当 i 在 2 到 10 之间（包括边界）时 + j = 1 + case (11:) ! 当 i >= 11 时 + j = 2 + case default + j = 3 + end select + + month = 'jan' + ! 条件可以是整数、逻辑、或字符类型 + ! Select 结构也可以命名 + monthly:select case(month) + case ("jan") + j = 0 + case default + j = -1 + end select monthly + + do i = 2, 10, 2 ! 循环从 2 到 10（包括）以 2 为步长 + innerloop: do j = 1, 3 ! 循环也可以命名 + exit ! 退出循环 + end do innerloop + cycle ! 跳到下一个循环迭代 + end do + + ! 虽然存在 Goto 语句，但它被强烈不推荐 + goto 10 + stop 1 ! 立即停止代码（并返回指定的条件代码） +10 j = 201 ! 这一行被标记为 10 行 + + ! 数组 + ! ===== + array = (/1, 2, 3, 4, 5, 6/) + array = [1, 2, 3, 4, 5, 6] ! 使用 Fortran 2003 的表示法 + arrayb = [10.2, 3e3, 0.41, 4e-5] + array2d = reshape([1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0], [3, 2]) + + ! Fortran 数组索引从 1 开始 + ! （默认情况下，但对于特定数组可以定义不同的索引） + v = array(1) ! 取数组的第一个元素 + v = array2d(2, 2) + + print *, array(3:5) ! 打印从第三个到第五个元素（包括） + print *, array2d(1, :) ! 打印二维数组的第一列 + + array = array*3 + 2 ! 可以对数组应用数学表达式 + array = array*array ! 数组操作是逐元素进行的 + ! array = array*array2d ! 这两个数组是不兼容的 + + ! 有许多内置函数可用于数组 + c = dot_product(array, array) ! 这是点积 + ! 使用 matmul() 进行矩阵运算 + c = sum(array) + c = maxval(array) + print *, minloc(array) + c = size(array) + print *, shape(array) + m = count(array > 0) + + ! 循环数组（通常使用 product() 函数） + v = 1 + do i = 1, size(array) + v = v*array(i) + end do + + ! 条件性地执行逐元素赋值 + array = [1, 2, 3, 4, 5, 6] + where (array > 3) + array = array + 1 + elsewhere(array == 2) + array = 1 + elsewhere + array = 0 + end where + + ! 隐含 do 循环是创建数组的紧凑方式 + array = [(i, i=1, 6)] ! 创建一个数组 [1,2,3,4,5,6] + array = [(i, i=1, 12, 2)] ! 创建一个数组 [1,3,5,7,9,11] + array = [(i**2, i=1, 6)] ! 创建一个数组 [1,4,9,16,25,36] + array = [(4, 5, i=1, 3)] ! 创建一个数组 [4,5,4,5,4,5] + + ! 输入/输出 + ! ========= + + print *, b ! 将变量 'b' 打印到命令行 + + ! 可以对打印的输出进行格式化 + print "(I6)", 320 ! 打印 ' 320' + print "(I6.4)", 3 ! 打印 ' 0003' + print "(F6.3)", 4.32 ! 打印 ' 4.320' + + ! 字母表示预期的类型，后面的数字表示用于打印值的字符数 + ! 字母可以是 I（整数），F（实数），E（工程表示法）， + ! L（逻辑），A（字符串）... + print "(I3)", 3200 ! 打印 '***'，因为该数字不适合 + + ! 可以有多个格式规范 + print "(I5,F6.2,E6.2)", 120, 43.41, 43.41 + print "(3I5)", 10, 20, 30 ! 整数的三次重复（字段宽度为 5） + print "(2(I5,F6.2))", 120, 43.42, 340, 65.3 ! 格式重复组合 + + ! 我们还可以从终端读取输入 + read (*, *) v + read (*, "(2F6.2)") v, x ! 读取两个数字 + + ! 写入文件 + open (unit=12, file="records.txt", status="replace") + ! 文件通过 'unit number' 引用，这个数字可以在 9:99 范围内选择 + ! Status 可以是 {'old','replace','new'} 中的一个 + write (12, "(F10.2,F10.2,F10.2)") c, b, a + close (12) + + ! 读取文件 + open (newunit=m, file="records.txt", status="old") + ! 文件通过 'new unit number' 引用，编译器为您选择一个整数 + read (unit=m, fmt="(3F10.2)") a, b, c + close (m) + + ! 还有更多功能可用，超出了本文所讨论的范围， + ! 还有由于与旧版本的 Fortran 的向后兼容性而存在的替代方案 + + ! 内置函数 + ! =========== + + ! Fortran 大约有 200 个语言内部的函数/子程序 + ! 例如 - + call cpu_time(v) ! 将 'v' 设置为以秒为单位的时间 + k = ior(i, j) ! 两个整数的位 OR 运算 + v = log10(x) ! 以 10 为底的对数 + i = floor(b) ! 返回小于或等于 x 的最接近的整数 + v = aimag(w) ! 复数的虚部 + + ! 函数和子程序 + ! ============== + + ! 子程序运行一些代码，并可以对输入值产生副作用或修改输入值 + + call routine(a, c, v) ! 子程序调用 + + ! 函数采用一系列输入参数，并返回一个单个值 + ! 不过，输入参数可能仍会被修改，并且会执行副作用 + + m = func(3, 2, k) ! 函数调用 + + ! 函数调用还可以在表达式中使用 + print *, func2(3, 2, k) + + ! 一个纯函数是一个不修改其输入参数， + ! 也不会引起任何副作用的函数 + m = func3(3, 2, k) + +contains ! 包含程序内部定义的子程序的区域 + + ! Fortran 有几种稍微不同的方式来定义函数 + + integer function func(a, b, c) ! 函数返回一个整数值 + ! implicit none ! 子变量域可以不再声明 implicit none + integer, intent(in) :: a, b, c ! 在函数内部定义输入参数的类型 + + if (a >= 2) then + func = a + b + c ! 返回变量默认为函数名 + return ! 随时可以从函数返回当前值 + end if + func = a + c + + ! 在函数的末尾不需要 return 语句 + end function func + + function func2(a, b, c) result(f) ! 返回变量声明为 'f' + integer, intent(in) :: a, b ! 可以声明和强制约定变量 + ! 不会被函数修改 + integer, intent(inout) :: c + integer :: f ! 函数返回类型在函数内部声明 + integer :: cnt = 0 ! 注意：初始化暗示变量在函数调用之间保存 + ! + + f = a + b - c + c = 4 ! 修改输入变量的值 + cnt = cnt + 1 ! 计算函数调用的次数 + + end function func2 + + pure function func3(a, b, c) ! 纯函数不能有副作用 + integer, intent(in) :: a, b, c + integer :: func3 + + func3 = a*b*c + + end function func3 + + subroutine routine(d, e, f) + real, intent(inout) :: f + real, intent(in) :: d, e + + f = 2*d + 3*e + f + + end subroutine routine + +end program example ! 程序定义结束-------------------------- + +! 函数和子程序在程序列表之外声明，在程序之间以及模块中声明时，需要使用 interface 声明（即使它们在同一源文件中）（见下面）将它们定义在模块或程序的 'contains' 部分更容易 + +elemental real function func4(a) result(res) +! elemental 函数是一个纯函数，它采用标量输入变量， +! 但也可以在数组上独立应用，并返回一个新的数组 + real, intent(in) :: a + + res = a**2 + 1.0 + +end function func4 + +! 模块 +! ======= + +! 模块是在可重用性中将相关的声明、函数和子程序结合在一起的有用方式 + +module fruit + + real :: apple + real :: pear + real :: orange + +end module fruit + +module fruity + ! 声明的顺序必须是：模块、接口、变量 + !（也可以在程序中声明模块和接口） + + use fruit, only: apple, pear ! 使用 fruit 模块中的 apple 和 pear + implicit none ! 导入模块之后 + + private ! 将一些内容私有化（默认为公共） + ! 显式将一些变量/函数声明为公共 + public :: apple, mycar, create_mycar + ! 将一些变量/函数声明为模块私有（本例中是多余的） + private :: func4 + + ! 接口 + ! ======== + ! 在模块内部（最好放在 'contains' 部分）显式声明外部函数/过程 + interface + elemental real function func4(a) result(res) + real, intent(in) :: a + end function func4 + end interface + + ! 可以使用命名接口定义重载函数 + interface myabs + ! 可以使用 'module procedure' 关键字包括模块内已经定义的函数 + module procedure real_abs, complex_abs + end interface + + ! 派生数据类型 + ! ================== + ! 可以创建自定义的结构化数据集合 + type car + character(len=100) :: model + real :: weight !（千克） + real :: dimensions(3) ! 即，长度-宽度-高度（米） + character :: colour + contains + procedure :: info ! 将过程绑定到类型 + end type car + + type(car) :: mycar ! 声明自定义类型的变量 + ! 请查看 create_mycar() 程序的用法 + + ! 注意：模块中没有可以执行的语句 + +contains + + subroutine create_mycar(mycar) + ! 演示派生数据类型的用法 + type(car), intent(out) :: mycar + + ! 使用 '%' 运算符访问类型元素 + mycar%model = "Ford Prefect" + mycar%colour = 'r' + mycar%weight = 1400 + mycar%dimensions(1) = 5.0 ! 默认索引从 1 开始！ + mycar%dimensions(2) = 3.0 + mycar%dimensions(3) = 1.5 + + end subroutine create_mycar + + subroutine info(self) + class(car), intent(in) :: self + ! 使用 'class' 关键字将过程绑定到类型 + + print *, "Model : ", self%model + print *, "Colour : ", self%colour + print *, "Weight : ", self%weight + print *, "Dimensions: ", self%dimensions + + end subroutine info + + real pure function real_abs(x) + real, intent(in) :: x + + if (x < 0) then + real_abs = -x + else + real_abs = x + end if + + end function real_abs + + real pure function complex_abs(z) + complex, intent(in) :: z + ! 长行可以使用继续字符 '&' 进行延续 + + complex_abs = sqrt(real(z)**2 + & + aimag(z)**2) + + end function complex_abs + +end module fruity +``` + +### 更多资源 + +了解更多的 Fortran 信息: + ++ [wikipedia](https://en.wikipedia.org/wiki/Fortran) ++ [Fortran-lang Organization](https://fortran-lang.org/) ++ [Fortran_95_language_features](https://en.wikipedia.org/wiki/Fortran_95_language_features) ++ [fortranwiki.org](http://fortranwiki.org) ++ [www.fortran90.org/](http://www.fortran90.org) ++ [list of Fortran 95 tutorials](http://www.dmoz.org/Computers/Programming/Languages/Fortran/FAQs%2C_Help%2C_and_Tutorials/Fortran_90_and_95/) ++ [Fortran wikibook](https://en.wikibooks.org/wiki/Fortran) ++ [Fortran resources](http://www.fortranplus.co.uk/resources/fortran_resources.pdf) ++ [Mistakes in Fortran 90 Programs That Might Surprise You](http://www.cs.rpi.edu/~szymansk/OOF90/bugs.html) |