とほほのFORTRAN入門

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FORTRANとは

• IBMのジョン・バッカス氏らが1954年に考案した世界最初の高水準プログラミング言語です。
• 名前は「FORmula TRANslation(数式処理)」から由来しています。
• 科学技術計算の分野で特に利用されていました。
• 「FORTRAN 66」、「FORTRAN 77」、「Fortran 90」、「Fortran 95」などのバージョンがあります。
• 大文字・小文字の区別はありません。
• FORTRAN 77 までは固定形式と呼ばれ、プログラムは7〜72カラムめに記述する必要がありました。Fortran 90 では自由形式もサポートされ、この制約はなくなりました。
• 私が学生の頃は、1枚に1行分(ASCII文字を80文字)打てるパンチカードにプログラムを記録し、計算機センターのカード読み取り装置でプログラムをロードしていました。

ここでは、ノスタルジーを感じるために、懐かしの 「FORTRAN 77」 についてさわりだけ紹介してみます。

インストール

# CentOS 7
# yum -y install gcc-gfortran libgfortran

Hello world

 PROGRAM HELLO
 PRINT *, 'HELLO, WORLD!'
 END PROGRAM HELLO

$ gfortran hello.f -o hello
$ ./hello
HELLO, WORLD!

カラム

Fortran 90 では自由形式で記述できますが、FORTRAN 77 までは下記の様な固定形式でした。

• 1行は最大80カラムです。
• 1カラム目に C を書くと、その行はコメント行とみなされます。
• 1〜5カラム目に数字を書くと、その数字はその行の行番号とみなされます。
• 6カラム目に空白や 0 以外の文字を書くと、継続行とみなされます。
• 7〜72カラム目にプログラムを書きます。
• 73〜80カラムは注釈などを書きます。本文には影響しません。
• プログラムでは文字列定義以外の空白文字はすべて無視されます。「GOTO 100」も「GO TO 100」も「GOTO100」も「G OT O1 00」もすべて同じコードとみなされます。

0 1 2 3 4 5 6 7 8
12345678901234567890123456789012345678901234567890123456789012345678901234567890
C THIS IS COMMENT LINE.
 PROGRAM SAMPLE COMMENT
 DO 100 I=1,5 COMMENT
 PRINT *, I
 100 CONTINUE
 END PROGRAM SAMPLE

キーワード

ACCEPT
ASSIGN
AUTOMATIC
BACKSPACE
BLOCK DATA
BYTE			# 1バイト整数
CALL			# サブルーチンコール
CHARACTER		# 文字
CLOSE			# ファイルを閉じる
COMMON
COMPLEX			# 虚数
CONTINUE		# 何もしない
DATA
DECODE
DIMENSION		# N次元配列
DO			# DO文
DO WHILE		# 繰り返し
DOUBLE			# 倍精度
ELSE			# IF文
ELSE IF			# IF文
ENCODE
END			# 終わり
ENTRY
EQUIVALENCE
EXTERNAL
FORMAT			# フォーマット指定
FUNCTION		# 関数定義
GOTO			# GOTO文
IF			# IF文
IMPLICIT		# 暗黙の型定義
INCLUDE
INQUIRE
INTEGER			# 整数
INTRINSIC
LOGICAL			# 真偽値
MAP
NAMELIST
OPEN			# ファイルオープン
OPTIONS
PARAMETER
PAUSE			# 一時中断
POINTER
PRINT			# 出力
PROGRAM			# プログラムの開始
READ			# データ入力
REAL			# 実数
RECORD
RETURN			# 戻り値分岐
REWIND
SAVE
STATIC
STOP			# プログラム停止
STRUCTURE
SUBROUTINE		# サブルーチン
TYPE
UNION
VIRTUAL
VOLATILE
WRITE			# ファイル出力

型

文字(CHARACTER)

 CHARACTER S(2)*3
 S(1)='AAA'
 S(2)='BBB'

真偽値(LOGICAL)

 LOGICAL F1, F2
 F1=.TRUE.
 F2=.FALSE.

1バイト整数(BYTE)

 BYTE B				# 1バイト整数B
 BYTE B/127/			# 初期化

整数(INTEGER)

 INTEGER N, M			# 整数NとM
 INTEGER N(2), M(3)		# N(1), N(2), M(1), M(2), M(3)
 INTEGER N/123/, M/234/		# 初期化
 INTEGER*2 N			# 2バイト整数N
 INTEGER*4 N			# 4バイト整数N
 INTEGER*8 N			# 8バイト整数N

実数(REAL)

 REAL X, Y			# 実数XとY
 REAL X/12.3/			# 初期化(12.3)
 REAL X/1.23E2/			# 初期化(×ばつ102)
 REAL*4 X, Y			# 4バイト実数
 REAL*8 X, Y			# 8バイト実数
 REAL*8 X/1.23D2/			# 初期化(×ばつ102)
 REAL*16 X, Y			# 16バイト実数
 REAL*16 X/1.23Q2/		# 初期化(×ばつ102)

虚数(COMPLEX)

 COMPLEX X, Y			# 虚数XとY
 COMPLEX X/(1.0,2.0)/		# 初期化
 COMPLEX*8 X			# 8バイト虚数
 COMPLEX*16 X			# 16バイト虚数
 COMPLEX*32 X			# 32バイト虚数

倍精度(DOUBLE)

 DOUBLE PRECISION X		# REAL*8と同意
 DOUBLE COMPLEX X			# COMPLEX*16と同意

N次元配列(DIMENSION)

 DIMENSION N(2)			# N(1), N(2)
 DIMENSION N(2,3)			# N(1,1), ..., N(2,3)
 DIMENSION N(-2:2)		# N(-2), ..., N(2)

演算子

+		# 加算
-		# 減算
*		# 乗算
/		# 除算
**		# べき乗
.LT.		# より小さい(Less Than)
.LE.		# 以下(Less than or Equal to)
.EQ.		# 等しい(EQual to)
.NE.		# 等しくない(Not Equal to)
.GE.		# 以上(Greater than or Equal to)
.GT.		# より大きい(Greater Than)
.OR.		# または(OR)
.AND.		# かつ(AND)
.NOT.		# 否定(NOT)

変数

暗黙的に、I〜L で始まる変数は整数、その他は実数とみなされます。

制御構文

CONTINUE文

 CONTINUE				# 何もしない

GOTO文

 GOTO 100				# 行番号100にジャンプする
 PRINT *, 'NOT PRINTED THIS LINE'
100 PRINT *, 'HERE!'

DO文

 DO 100 I=1,5			# 行番号100との間を5回繰り返す
 PRINT *, I
100 CONTINUE

DO WHILE文

 N=1
 DO WHILE (N .LT. 10)		# Nが10より小さい間繰り返す
 PRINT *, N
 N=N+1
 END DO

IF文

 IF (A1 .GT. A2) THEN		# もしA1がA2より大きければ
 PRINT *, 'BIG!'
 ELSE IF (A1 .EQ. A2) THEN	# 等しければ
 PRINT *, 'EQUAL!'
 ELSE				# さもなくば
 PRINT *, 'SMALL!'
 ENDIF

IF文

 IF (N) 100, 110, 120		# Nの値によって
100 PRINT *, 'A'			# 負数なら100に、
110 PRINT *, 'B'			# 0なら110に、
120 PRINT *, 'C'			# 正数なら120にジャンプする

PAUSE文

 PAUSE				# プログラムを一時中断する

STOP文

 STOP				# プログラムを中止する

入出力

PRINT文

 PRINT *, A, B			# 標準形式
 PRINT '(I5)', N			# 5桁の整数(I:10進数, O:8進数, Z:16進数)
 PRINT '(F6.2)', X		# 小数部2桁、全体6桁の実数(F:固定小数, E:指数, D:倍精度, G:自動)
 PRINT '(A)', 'HELLO'		# 文字
 PRINT '(L)', FLAG		# 真偽値 (真ならT, 偽ならFを出力)
 PRINT '(F4.1, F5.2)', X, Y	# 複数の値を出力

FORMAT文

 PRINT 100, X, Y			# 行番号100で指定したフォーマットで出力
100 FORMAT (F4.2, ' ', F6.3)

OPEN文

 OPEN(100, FILE="sample.dat")	# ファイルをオープンし、ユニット番号100を割り当てる

READ文

 READ (*, *), N			# 標準入力から標準フォーマットで読み込む
 READ (*, '(I3)'), N		# 標準入力から3桁の整数値フォーマットで読み込む
 OPEN(100, FILE='sample.dat')	# ファイルをオープンし、ユニット番号100を割り当てる
 READ (100, *), N			# ユニット番号100のファイルから標準フォーマットで読み込む

WRITE文

 WRITE (*, *), N			# 標準出力に標準フォーマットで書き出す
 WRITE (*, '(I3)'), N		# 標準出力に3桁の整数値フォーマットで書き出す
 OPEN(100, FILE='sample.dat')	# ファイルをオープンし、ユニット番号100を割り当てる
 WRITE (100, *), N		# ユニット番号100のファイルに標準フォーマットで書き込む

CLOSE文

 CLOSE (100)			# OPEN()で開いたファイルを閉じる

関数・サブルーチン

FUNCTION文

 PROGRAM MAIN
 Z=TASHIZAN(2.3, 3.4)		# 関数を呼び出す
 PRINT *, Z
 END PROGRAM MAIN
 FUNCTION TASHIZAN(X, Y)		# 関数を定義する
 TASHIZAN=X+Y			# 関数と同じ変数名が戻り値
 RETURN
 END FUNCTION TASHIZAN

SUBROUTINE文

 SUBROUTINE TASHIZAN(X,Y,Z)	# サブルーチンを定義
 REAL :: X, Y, Z
 Z=X+Y
 END SUBROUTINE TASHIZAN

CALL文

 PROGRAM MAIN
 X=12.3
 Y=23.4
 CALL TASHIZAN(X,Y,Z)		# サブルーチンを呼び出す
 PRINT *, Z
 END PROGRAM MAIN

RETURN文

 PROGRAM MAIN
 N=123
 M=234
 CALL HIKAKU(N, M, *110, *120)	# RETURNに対応する行番号にジャンプする
 PRINT *, 'EQUAL'		# 無値であればEQUALを表示
 GOTO 130
110 PRINT *, 'SMALL'		# 1であればSMALLを表示
 GOTO 130
120 PRINT *, 'BIG'			# 2であればBIGを表示
130 CONTINUE
 END PROGRAM MAIN
 SUBROUTINE HIKAKU(N, M, *, *)
 IF (N .EQ. M) THEN
 RETURN			# 等しければ無値を返す
 ELSE IF (N .LT. M) THEN
 RETURN 1			# 小さければ1を返す
 ELSE
 RETURN 2			# 大きければ2を返す
 END IF
 END SUBROUTINE

その他

IMPLICIT文

 IMPLICIT INTEGER (A-Z)		# A〜Zで始まる変数は整数とみなす
 IMPLICIT REAL (X-Z)		# X〜Zで始まる変数は実数とみなす

リンク

• FORTRAN 77 Language Reference (by Oracle)

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