10 Programmiersprachen in einem Semester

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Fortran und BASIC 10 Programmiersprachen in einem Semester

Patrick Mächler, David Ammann
Zitate Fortran FORTRAN, 'the infantile disorder', by now nearly 20 years old, is hopelessly inadequate for whatever computer application you have in mind today: it is now too clumsy, too risky, and too expensive to use. Edsger W. Dijkstra FORTRAN was the language of choice for the same reason that three-legged races are popular. Ken Thompson (in "Reflections on Trusting Trust") Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Fortran, Hintergründe FORTRAN bedeutet Formula Translation. Wurde ab 1954 mit Backus bei IBM entwickelt und gilt als erste realisierte höhere Programmiersprache. Der Compiler wurde erst ab 1957 ausgeliefert. Bisher existieren 8 offizielle Versionen: FORTRAN I, FORTRAN II, FORTRAN IV, FORTRAN-66, FORTRAN-77, Fortran90, Fortran95, Fortran2003. Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Programmstruktur PROGRAM program-name [IMPLICIT NONE] [specification part] [execution part] [subprogram part] END PROGRAM program-name Contents in [] are optional. Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Kommentare "!" kommentiert nachfolgende Zeichen Beispiele: READ(*,*) Year ! read in the value of Year ! This is a comment line Leere Zeile wird ebenfalls als Kommentar interpretiert. Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Zeilenfortsetzung "&" dient zur Zeilenfortsetzung Beispiel: A = * Year & + Count / 100 ist dasselbe wie: A = * Year + Count / 100 Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Konstanten/Datentypen I
Integer Constants: Folgen von Zahlen mit (optionalem) Vorzeichen: 0, -345, 768 Real Constants (Decimal Representation): Folgen von Zahlen und ein Dezimalpunkt mit (optionalem) Vorzeichen: 23.45, .123, 123., -.12 Real Constants (Exponential Representation): Integer oder Real (decimal), gefolgt von "E" oder "e", gefolgt von einem Integer: 12.34E2, -1.2e-3 Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Konstanten/Datentypen II
Complex Constants: Bestehend aus zwei Real Constants: (3.1415, -5.5), (1.4, 7.1e4) Logical Constants: True und False: .TRUE., .FALSE. ("." Beachten!) Character String: Müssen durch double quotes oder single quotes eingeschlossen werden: 'John', "John" (Bem: "Lori's apple" = 'Lori''s apple' The compiler will treat a pair of single quotes in the content of a string as one. Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Identifiers Nicht länger als 31 Zeichen Erstes Zeichen muss Buchstabe sein Restliche Zeichen (falls vorhanden) bestehend aus Buchstaben, Zahlen und dem Unterstrich "_" Case insensitive (Smith=smith=sMiTh=smitH) Beispiele (korrekt): MTU, MI, John, Count, I, X, I1025, a1b2C3 Beispiele (inkorrekt): M.T.U., R2-D2, 6feet, _System Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Variablendeklaration I
Allgemein: type-specifier :: list type-specifier = INTEGER, REAL, COMPLEX, LOGICAL, CHARACTER list = kommaseparierte Liste von Variablennamen Beispiele: INTEGER :: ZIP, Mean, Total Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Variablendeklaration II
Spezialfall CHARACTER: CHARACTER(LEN=i) :: List Beispiel: CHARACTER(LEN=15) :: Name, Street Name und Street sind CHARACTER-Variablen der Länge 15. "LEN=" ist optional: CHARACTER(15) :: Name, Street CHARACTER :: digit entspricht CHARACTER(1) :: digit Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Variablendeklaration III
Verschiedene Längen mit einem Statement sind möglich: CHARACTER(LEN=10) :: City, Nation*20, BOX, bug*1 City: Länge = 10 Nation: Länge = 20 Box: Länge = 10 bug: Länge = 1 Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

PARAMETER Attribut Einer Konstante einen Wert zuweisen Beispiele REAL, PARAMETER :: E = , PI = INTEGER, PARAMETER :: Total = 10, Count = 5, Sum = Total*Count Ein Name, der mit Parameter deklariert wurde, ist ein Alias für einen Wert und keine Variable! Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Variablen initialisieren
Keine Standardinitialisation (z.B. mit 0, "", usw) Beispiele: REAL :: Offset = 0.1, Length = 10.0 INTEGER, PARAMETER :: Quantity=10, Amount=435 INTEGER :: Pay=Quantity*Amount, Received=Period+5 INTEGER, PARAMETER :: Period=3 Fehler? Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Variablen Werte zuweisen
variable = expression Der Wert rechts von "=" wird der Variable links vom "=" zugewiesen INTEGER :: Total, Amount, Unit Unit = 5 Amount = Total = Unit * Amount Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Arrays I Allgemein type, DIMENSION(extent) :: name-1, ..., name-n Beispiel: INTEGER, DIMENSION(0:100) :: InputData INTEGER, DIMENSION(10) :: arr (Achtung: Index startet hier mit 1!) INTEGER :: arr(10) Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Arrays II Zugriff auf Array-Elemente: array-name ( integer-expression ) Beispiel: InputData(2) InputData(i*j) InputData(3:7) usw. Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Arrays III Array-Initialisierung: Felder lassen sich gleich bei der Deklaration mit Werten Initialisieren. Eindimensionale Arrays: INTEGER :: arr(5) = (/1, 2, 4, 7, 16/) Mehrdimensionale Arrays (Befehl "reshape"): INTEGER :: arr(2,3)=reshape((/1, 1, 3/),(/2, 3/)) Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Arrays IV Mehrdimensionale Arrays: Allgemein: type, DIMENSION(a:b, c:d, ...) :: arr Beispiel (2D-Array): 1 2 3 4 5 6 soll in einem 2D-Feld gespeichert werden. INTEGER :: arr(2,3) = reshape((/1, 2, 3, 4, 5, 6/),(/2, 3/)) (Analog für n Dimensionen) Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Implied DO I Methode zur raschen Auflistung von vielen Elementen: (item-1,...., item-n, var = initial, final, step) Beispiele: (i, i = -1, 2) -1, 0, 1, 2 (i, i*i, i=1, 10, 3) 1, 1, 4, 16, 7, 49, 10, 100 Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Implied DO II Anwendung: Array Input INTEGER, DIMENSION(1:10) :: x INTEGER :: n, i READ(*,*) n DO i = 1, n READ(*,*) x(i) END DO Einfacher: READ(*,*) n READ(*,*) (x(i), i=1, n) Funktioniert natürlich auch mit WRITE(*,*) Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Arithmetische Operatoren
links nach rechts .NEQV. .EQV. .OR. .AND. rechts nach links .NOT. Logisch keine /= == >= > <= < Relational - + / * ** Arithmetisch Assoziativität Operator Typ -3**2 entspricht –(3**2), da "-" unärer Operator! (-X bedeuted: wechsle Vorzeichen von X!). Priorität von oben nach unten: -3**2 = -9 Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Intrinsische Funktionen I
REAL LOG(x) EXP(x) ATAN(x) ACOS(x) ASIN(x) TAN(x) COS(x) SIN(x) SQRT(x) INTEGER/REAL ABS(x) Rückgabe Typ Argument Typ Funktion Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Intrinsische Funktionen II
Unwandlungsfunktionen: REAL  INTEGER: INT(x), NINT(x), FLOOR(x) REAL  REAL: FRACTION(x) INTEGER  REAL: REAL(x) Diverse Funktionen: MAX(x1, x2, …, xn), MIN(x1, x2, …, xn), MOD(x,y) NINT(x): nearest integer to x FRACTION(x): the fractional part of x Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Das READ Statement Werte von Tastatur in Variablen einlesen: READ(*,*) list list: kommaseparierte Liste von Variablen Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Das READ Statement II Beispiel: INTEGER :: P, Q, R, S READ(*,*) P, Q READ(*,*) READ(*,*) R, S Input: P=?, Q=?, R=?, S=? Lösung: P=100, Q=200, R=700, S=800 P=100, Q=200, R=700, S=800 Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Das WRITE Statement Funktioniert wie READ Statement Allgemein: WRITE(*,*) exp1, exp2, ..., expn WRITE(*,*) ohne Argument(e) gibt leere Zeile aus. Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Character Operators Es existiert nur ein Character Operator: "//" dient zur Verknüpfung von Strings Beispiele: CHARACTER(LEN=*) :: John*4="John", Lori*6="Lori" CHARACTER(LEN=10) :: Ans1 Ans1 = John // Lori Ans1 = ? Lösung: Ans1 = 'JohnLori**' (* = Space) Ans1 = "JohnLori**" mit ** = Space Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Substrings Anfügen von (integer-exp1 : integer-exp2) an eine CHARACTER Variable. Beispiele: CHARACTER(Len=*) :: LeftHand = " " LeftHand(3:5) = "abc"  "12abc67890" LeftHand(4:) = "lmnopqr"  " 123lmnopqr" Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

IF-THEN-ELSE-END IF I Allgemeine Form: IF (logical-expression) THEN statements-1 ELSE statements-2 END IF Else und statements-2 optional! Logical IF: IF (logical-expression) one-statement Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

IF-THEN-ELSE-END IF II
Verschachtelte IF-THEN-ELSE-END-IF Statements sind möglich. ELSE IF ebenfalls möglich: IF (logical-expression-1) THEN statements-1 ELSE IF (logical-expression-2) THEN statements-2 ELSE statements-ELSE END IF Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

SELECT CASE Statement SELECT CASE (selector) CASE (label-list-1) statements-1 CASE (label-list-2) statements CASE DEFAULT statements-DEFAULT END SELECT Wertebereich für label-list-n: (value1 : value2), also zum Beispiel (:-1) für alle negativen Zahlen. Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

General DO-Loop Allgemein DO statements END DO "EXIT" verlässt Schleife Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Counting Do-Loop Allgemein: DO var=initial-value, final-value, [step-size] statements END DO Wenn step-size nicht angegeben, wird 1 genommen. "CYCLE" beginnt mit nächster Iteration. Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

WHERE Allgemein: WHERE( bedingung ) variable = ausdruck Beispiel: INTEGER :: arr(5) = (/1,2,3,4,5/) WRITE(*,*) arr ! Ausgabe: WHERE (arr>=3) arr= WRITE(*,*) arr ! Ausgabe: Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

FORALL Wie WHERE für Einsatz bei Arrays gedacht, Bestimmung der Feldelemente aber über Indizes: Allgemein: INTEGER :: arr(5) = (/1,2,3,4,5/) INTEGER :: i FORALL(i=2:4) arr(i) = END WRITE(*,*) arr ! Ausgabe: Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Datenverbund I Bildung eigener Datentypen aus Fortran- Datenelementen: Allgemein: TYPE :: typename [sequence] ! opt. seq. Speicherplatzablage datentyp :: varname1 ! datentyp :: varnamen END TYPE typename Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Datenverbund II Beispiel: TYPE :: PERSON CHARACTER(25) :: vorname CHARACTER(25) :: nachname INTEGER :: alter END TYPE PERSON Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Unterprogramme Fortran 95 kennt zwei Typen von Unterprogrammen: Funktionen (FUNCTION): Geben einen Wert von bestimmtem Typ zurück. Subroutinen (SUBROUTINE): Besitzen im Gegensatz zu Funktionen keinen Datentyp und Rückgabewert. Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Funktionen I Allgemein: type FUNCTION function-name (arg1, ..., argn) [IMPLICIT NONE] [specification part] [execution part] [subprogram part] END FUNCTION function-name Beinahe identisch mit dem Hauptprogram. Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Funktionen II Beispiel: INTEGER FUNCTION Sum(a, b, c) IMPLICIT NONE INTEGER, INTENT(IN) :: a, b, c Sum = a + b + c END FUNCTION Sum INTENT(IN) definiert die Variable als formale Argumente. Sie können innerhalb der Funktion nicht verändert werden. Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Funktionen III Wohin gehören die Functions? PROGRAM program-name IMPLICIT NONE [specification part] [execution part] CONTAINS [your functions] END PROGRAM program-name Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Subroutinen I Allgemein: SUBROUTINE subName ([formal parameters]) [specification part] [execution part] [return] END SUBROUTINE subName Aufgerufen werden Subroutinen mit: CALL subName Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Subroutinen II Beispiel: PROGRAM bsp CALL sub END PROGRAM bsp SUBROUTINE sub() WRITE(*,*) 'Hallo Welt!' RETURN END SUBROUTINE sub Kompilieren mittels: gfortran bsp.f90 sub.f90 Datei "bsp.f90" Datei "sub.f90" Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Prozeduren als Parameter I
Prozeduren können als Parameter übergeben werden. Unterprogramme werden dazu im Vereinbarungsteil gekennzeichnet: Standard-Funktionen: INTRINSIC namensliste Eigene Unterprogramme: EXTERNAL namensliste Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Prozeduren als Parameter II
Beispiel: PROGRAM bsp REAL, parameter :: PI= INTRINSIC sin, cos ! intrinsic functions CALL sub(sin, PI) ! Ausgabe: CALL sub(cos, PI) ! Ausgabe: END PROGRAM bsp SUBROUTINE sub(funk, x) REAL :: funk, x WRITE(*,*) NINT(funk(x)*1000)/ END SUBROUTINE Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

File I/O I In Fortran ist alles, was mit READ und WRITE bearbeitbar ist, eine Datei! Zugriff: Sequentiell: Lesen ab Beginn der Datei und dann immer nächsten Datensatz. Schreiben an's Dateiende. Direkt: Bearbeiten in beliebiger Reihenfolge durch Angabe der Satznummer. Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

File I/O II Allgemein: open(liste) liste (kommasepariert): [unit =] x: Dateinummer (Integer > 10) file = x: externer Dateiname iostat = x: -1 für EOF, >0 bei Fehler, 0 sonst action = x: 'read', 'write' oder 'readwrite' access = x: 'sequential', 'direct' position = x: Position des Datensatzzeigers ('asis', 'rewind', 'append') Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

The legacy of FORTRAN There is a vast body of Fortran in daily use throughout the scientific and engineering communities. It is the primary language for some of the most intensive supercomputing tasks, such as weather/climate modeling, computational chemistry, quantum chromodynamics and simulation of automobile crash dynamics. Indeed, one finds that even today, half a century later, floating-point benchmarks to gauge the performance of new computer processors are still written in Fortran (e.g., the floating- point component of the SPEC CPU2000 benchmarks), an eloquent tribute to the longevity of the language. en.wikipedia.org Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

BASIC Hintergründe BASIC steht für Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction Code 1964 wurde es am Dartmouth College entwickelt, um den Elektrotechnikstudenten den Einstieg in Algol und Fortran zu erleichtern. BASIC spielte eine massgeblich Rolle in der Anfangs- zeiten der Firma Microsoft. BASIC kann wohl als die Sprache mit den meisten Dialekten bezeichnet werden. Viele neue Dialekte erfreuen sich heute grosser Beliebtheit (Profan, VisualBasic, Blitzbasic, Darkbasic, Purebasic). Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

BASIC Entwurfsprinzipien
BASIC liegt acht Entwurfsprinzipien zugrunde: 1. Für Anfänger einfach zu erlernen 2. universell einsetzbar 3. Erweiterbarkeit der Sprache für Experten 4. Interaktivität 5. Klare Fehlermeldungen 6. Rasche Antwortzeiten 7. Hardwareunabhängigkeit 8. Betriebssystemunabhängigkeit Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Goto I In Fortan I war Goto neben if-then-else die einzige verfügbare Kontrollstruktur. Mit Fortran90 wurde Goto komplett abgeschafft. Auch im ursprünglichen BASIC spielte Goto eine wichtige Rolle. Neuere Dialekte verzichten oft auf das Konstrukt. In einem Brief an die Zeitschrift der ACM, Go To Statement Considered Harmful (die berühmte Phrase stammte von dem damaligen Editor Wirth) sprach sich Dijkstra für eine Abschaffung des Statements aus, da es zu Spaghetti Code führe. Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Goto II Dies löste eine grössere Kontroverse aus, die Knuth später mit einer relativ realistischen Betrachtung wohl beendete. Auch in vielen neueren Programmiersprachen lässt sich Goto noch finden. Entweder in ursprünglicher (C#) oder restriktiver Form (Java: return innerhalb einer Methode, break und continue innerhalb einer Schleife). Fortran und Basic Patrick Mächler, David Ammann

Für Übungsblatt relevante Vergleiche Fortran-Basic
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