彭国伦Fortran95学习笔记（一）第一至七章
作为一只CFD小白，Fortran是无论如何都绕不开的语言，无数已有的程序甚至小规模的商用软件都是Fortran写的。但是这些古老的代码存在goto过多，format使用过多，大量的矩阵操作都是用do循环堆砌，以及变量命名过度简化，fixed格式导致排版乱七八糟等等问题。总之就是可读性差，复用困难。正好疫情期间躲在家，在改写已有的组内代码的同时，也将原来的.f程序升级成为.f90程序。为此学习fortran语言的书《Fortran 95 程序设计》 彭国伦著。
因为已经使用过一年左右的Fortran语言，主要关注点是之前不怎么使用的语法和功能，尤其是从F77升级到F90和F95之后的新增功能。对于已经比较熟悉的部分就会略过，只挑觉得重要，或写高性能计算程序时有用的部分说。作为这段时间改写程序的一个记录。
OK!那我们开始吧！
第一章 计算机概论
略，高性能计算和CPU运算的一些细节确实相关，不过最好参考更加专门的书籍，比如说《计算机体系结构》胡伟武
第二章 编译器的使用
win下的编译器比较常用的是Visual Fortran和VS之下的Fortran组件。笔者主要使用的是linux的编译器。Linux下的GNU会包含F77的编译器G77，编译方式如下
g77 hello.f
./a.out
F90则使用另外一个编译命令：
f90 hello.f90
而F95则使用：
F hello.f95
呃，不过现在我在用的是gfortran，书中并未介绍。正常编译.f90是可以通过的，等到遇到问题再回到这里补充吧。
第三章 Fortran程序设计基础
Fixed 和 Free 格式
在Fortran77的时候，使用的是Fixed Format固定格式。而在Fortran90以及95，则使用Free Format自由格式。两者的主要规则罗列如下：
Fixed Format:
- 每行第7到72个字符有效，会被编译。前六个字符一般为空格
- 每行第5个字符如果是空格或者0之外的字符，就是续航符
- 每行前几个字符可以用来给定行标，方便format，goto等等命令使用
- 使用小写字母c注释
Free Format: - 行首的六个空格被取消，可编写字符扩展到132个
- 续航符为每行尾或者行首的&符号
- 行标写在每行最前面即可
- 注释用！而不是c
Fortran的数据类型和数学表达式
相对F77没有新知识
第四章 输入输出声明
输出
输出使用如下两种：
write(*,*) "String"
print *,"Hello"
其中F90使用双引号，F77使用单引号。输出特殊字符的细节此处不说明，write的左右*星号分别代表输出到那个端口，以及输出格式。而print只能控制输出格式，输出一定是输出到终端的。
变量的声明与kind
基础的变量声明没什么好说的，有一个新知识是声明使用的变量的bytes数
integer*4 a ！F77
integer(kind=4) a !F90
real*8 b !F77
real(kind=8) b !F90
其中kind的值代表存储变量使用的bytes数量，上述分别代表长整型和双精度。而F90的声明可以向下兼容。其中变量某个值所需的kind值，可以通过fortran命令给出，具体需要查阅书中Page67
变量的赋值精度
为什么专门强调这个问题，在科学计算里面，有一些基础参数的设定一定要尽可能的精确。比如说测试数值格式精度，误差会下降到1e-10的情况下，如果计算区域长度的设置本来是real*8 :: a=1.0实际赋值之后的变量为a=1.000008，即单浮点数的精度之后，出现了误差，那么整体精度就不可能达到1e-10。
书中给出，给单精度浮点数赋值时，使用的是a=1.23E3。而给双精度浮点数赋值时，使用的是a=1.23D3。部分编译器即使是给双精度的变量赋值，也一定要带D才能有足够精度的赋值。
输入
就是read命令，这里介绍的都很基础，略。
format格式
基础用法如下：
write(*,100) a
100 format(I4)
要用到行号，书中给出了格式详细的参数说明，不过经常使用的是I,F,E,A,X这几个。详细的说明可以直接翻书或者百度，这里只简单说明罗列：
!整数I
write(*,"(I5)") 100 !5个字符宽的输出
write(*,"(I5.3)") 10 !5个字符宽的输出，最少输出3个数字
!浮点数E和D分别为单双精度
write(*,"(E15.7)") 123.45 !占15个字符，小数占7位
write(*,"(E9.2E3)") 12.34 !占9个字符，小数占2位，指数部分输出三个数字
!字符串A
write(*,"(A10)") "Hello" !10个字符宽
!移位X
write(*,"(5X,I3)") 100 !输出3个字符宽，同时先填5个空格
implicit命令
常用的就两个
implicit real*8 (a-h,o-z)
implicit none
不写的话，fortran也会默认第一行的情形，不过是单精度。不过比较推荐第二种，不然师兄的程序传给师弟的时候，师弟看得头发都快掉没了。
parameter参数
使用方法如下：
real,parameter :: a=1.0d0real a
parameter (a=1.0d0)
赋初值与双冒号
声明的同时赋初值的话，需要使用双冒号::，即
real :: a=1.0d0
也可以用Data进行赋初值，不过这里并不方便，不说明
等价声明
新知识，类似C语言里面的&a=b，这里对应
integer a,b
equivalence(a,b)
声明后，a和b使用同一个内存空间。主要作用是调用一些高维数组中的单个元素，因为数组下标索引时会带来额外的运算量。
equivalence (a(1,1,5),b)
声明在程序中的作用
这部分对于高性能计算还是比较重要的。首先对于编程来说，声明本身一定要出现在数值计算之后。对于数值计算来说，声明的部分在代码编译之后，编译器会预留空间给程序使用
Fortran中的结构体type功能
给一个实例：
！结构体定义
type: personinteger :: ageinteger :: lengthinteger :: weight
end type person！结构体声明和赋初值
type(person) :: a=person(20,170,60)！结构体的使用
a%age = 12
第五章 流程控制与逻辑运算
就是if和select case命令。其中判断语句如果对字符串使用，字符串会转换成数字进行比较，例如"abc"<"abcd"。然后给出一个select case的例子
select case(score)
case(60)a=1
case(:59)a=0
case(61:100）a=2
case(101:)a=3
case defaulta=4
end select
pause,continue,stop
pause代表暂停，直到用户按下Enter键。continue功能就是继续向下执行程序，只是方便阅读。stop是终止程序运行。
第六章 循环
do循环的循环体有多种写法：
do i = 1,10a=a+i
end dodo 100 i=1,10
100 a=a+ido 100 i=1,10a = a+i
100 continue
cycle和exit
前者为直接进行下一次循环，后者为跳出当前循环
循环的署名
新知识，例子如下：
outter: do i = 1,10inner: do j = 1,10....end do inner
end do outter
第七章 数组
基本知识不提了，这里Fortran有一个其他语言中数组没有的功能，尤其是CFD中需要使用ghost point时非常方便的。
real a(-3:8)
即，下标起始位置可以人为规定，当然默认是1。
数组赋初值有以下几种技巧，其中隐含式循环为之前没用过的新知识：
integer A(5)
DATA A /1,2,3,4,5/integer b(5)
DATA (B(I),I=2,4) /2,3,4/integer c(5) = (/1,(2,I=2,4),5/)
对整个数组的操作
假设有三个维数相同的数组a,b,c，那么数组的操作和Matlab中的数组操作会非常类似。这是F90之后的新功能，也是Fortran适合科学计算的一个原因。
a = 5 !全部赋值为5
a=/(1,2,3)/ !数组前三个元素分别赋值1,2,3
a=b !b的元素分别赋值给a
a=b+c
a=b-c
a=b*c
a=b/c
a=sin(b) !对数组的元素分别进行四则运算或者函数运算
甚至还可以像matlab一样非常灵活的只对数组中其中一部分元素进行操作。
a(3:5)=5
a(3:)=5
a(3:5)=(/3,4,5/)
a(1:3) = b(4:6)
a(1:5:2) = 3
a(1:10) = a(10:1:-1)a(:) = b(:,2)
a(:,:) = b(:,:,1)
除此之外，F95还提供了WHERE功能和FORALL功能，能够自动检索并进行多元素操作。和matlab中功能也类似
where (a<3)b = a
end whereforall (i=1:size,j=1:size,i>j) a(i,j) = 1
forall (i=1:size,j=1:size,i==j) a(i,j) = 2
forall (i=1:size,j=1:size,i<j) a(i,j) = 3
数组的保存规则
Fortran中数组的保存规则和C语言恰好是相反的比如
integer a(2,3,4,5)
Fortran为下标从左向右，先跑最左侧下标。而C语言为从右向左。另外，当fortran运行时，索引数组中的一个元素，是从首地址开始，根据下标计算元素所在地址。所以维数很高的数组的元素调用会有较大的额外运算量。
另外，CPU在运行时，在地址相邻的位置调用元素可以大大提高cache的命中率，从而提高CPU运行速度。这就要求我们能够对数组下标的顺序进行调整。例如
do i = 1,5sum = sum + a(1,1,1,1,i)
end dodo i = 1,n
do j = 1,ma(i,j) = ...
end do
end do
就不如
do i = 1,5sum = sum + a(i,1,1,1,1)
end dodo i = 1,n
do j = 1,ma(j,i) = ...
end do
end do
可变大小数组
先给出用法
integer,allocatable :: a(:,:)if (.not. allocated(a)) then
allocate(a(-1:5,5),stat=error)
end ifa(1,1) = 1deallocate(a)
这里说明分配内存是动态的，会损失一部分运行速度，但是并不会损失特别多，是比较推荐的一种写法。而stat=error是用来反馈是否分配内存成功，可以不写。此时动态分配的内存和C类似，是必须释放的。而if条件可以判断a是否已经被分配内存。
彭国伦Fortran95学习笔记（一）第一至七章相关推荐
- 课本学习笔记5：第七章 20135115臧文君
第七章 链接 注:作者:臧文君,原创作品转载请注明出处. 一.概述 1.链接(linking):是将各种代码和数据部分收集起来并组合成为一个单一文件的过程,这个文件可被加载或被拷贝到存储器并执行. 2 ...
- 软考网络管理员学习笔记7之第七章网络管理技术
第七章网络管理技术 考点1.Windows的基本管理 [考法分析] 本考点的基本考法是能够识别Windows系统下,常见命令的含义与作用 [要点分析] 1.需要熟悉掌握常见命令,如ipconfig.pi ...
- Introduction to 3D Game Programming with DirectX 12 学习笔记之 --- 第十五章：第一人称摄像机和动态索引...
Introduction to 3D Game Programming with DirectX 12 学习笔记之 --- 第十五章:第一人称摄像机和动态索引 原文:Introduction to 3 ...
- 学习笔记-应用光学 第一章 几何光学的基本定律
学习笔记-应用光学 第一章 几何光学的基本定律 1-1 发光点.波面.光线和光束 发光点:本身发光或被照明后发光的几何点 波面:发光点在某一时刻发出的光形成波面 (在各向同性均匀介质中波面是球形) 光 ...
- PMBOK(第六版) 学习笔记 ——《第一章 引论》
系列文章目录 PMBOK(第六版) 学习笔记 --<第一章 引论> PMBOK(第六版) 学习笔记 --<第二章 项目运行环境> PMBOK(第六版) 学习笔记 --<第 ...
- 【Python学习笔记】第一章基础知识：格式化输出，转义字符，变量类型转换，算术运算符，运算符优先级和赋值运算符，逻辑运算符，世界杯案例题目，条件判断if语句，猜拳游戏与三目运算符
Python学习笔记之[第一章]基础知识 前言: 一.格式化输出 1.基本格式: 2.练习代码: 二.转义字符 1.基本格式: 2.练习代码: 3.输出结果: 三.输入 1.基本格式: 2.练习代码: ...
- Java 学习笔记：第一章 Java入门
Java 学习笔记:第一章 Java入门 1.1 计算机语言发展史以及未来方向 1.2 常见编程语言介绍 C语言 C++ 语言 Java语言 PHP 语言 Object-C和Swift 语言 Java ...
- c语言第七章函数笔记,我的C语学习笔记-C语言教程(七).doc
我的C语学习笔记- C语言教程(七) C语言教程---第一章: C语言概论 C语言教程---第二章: 数据类型.运算符.表达式 C语言教程---第三章: C语言程序设计初步 C语言教程---第四章: ...
- MYSQL学习笔记（自用）第九章
MYSQL学习笔记(自用)第九章 第一节. 触发器 | Triggers DELIMITER $$CREATE TRIGGER payments_after_insertAFTER INSERT ON ...
- C语言学习-翁凯（第七章笔记）
C语言学习-翁凯(第七章笔记) 第七章 7.1.1初见函数 素数求和 int m,n;int i;int cnt=0;int sum=0;scanf("%d %d",&m, ...
最新文章
- Python日期操作
- python五十:反射
- 使用Varnish加速Web
- C语言家谱管理程序,课内资源 - 基于C语言实现的家谱管理系统
- 运用Appium 实现添加微信好友自动化
- Gartner 容器报告：阿里云与 AWS 并列第一，领先微软、谷歌
- 6-5-3：STL之stack和queue——优先级队列-priority_queue（堆）的基本使用和模拟实现以及仿函数
- ZooKeeper未授权访问漏洞记录（影响范围:全版本，端口:2181）
- 【图像处理】直方图均衡化(附带Matlab及OpenCV3自编程实现代码)
- 建模大师怎么安装到revit中_工程师最爱的REVIT插件，让BIM建模溜到飞起！
- Nexon由Xsolla全球支付服务
- 学习英文之社区，博客及源码 转载
- 3点画矩形的lisp_在CAD中，如何在这个矩形里面再画三个这样的矩形
- 【python + FFmpeg】对视频进行分辨率改变，（带音频）
- 直播问答的后博弈时代：社交化或许才是未来
- php坏处,cpu超频有什么坏处
- 计算机博弈围棋,计算机博弈：“不围棋”入门教程
- Android CoordinatorLayout Behavior
- 钉钉发起审批流程分析
- srs源码分析2-浅析state_threads