Fortran

llenguatge de programació

Fortran (o FORTRAN) és el primer llenguatge de programació d'alt nivell, desenvolupat a la dècada dels 50 i que encara s'usa actualment. El nom ve de FORmula TRANslation ('traducció de fórmules' en anglès). Les primeres versions usaven el nom FORTRAN, però l'estàndard actual es refereix al llenguatge com a Fortran[1]

Infotaula de llenguatge de programacióFortran
Fortran acs cover.jpeg
Tipusllenguatge de programació, llenguatge de programació estructurada, llenguatge de programació imperatiu, llenguatge de programació procedural, llenguatge de programació orientat a objectes, generic programming language (en) Tradueix i array programming language (en) Tradueix Modifica el valor a Wikidata
Data de creació1957
DissenyJohn W. Backus Modifica el valor a Wikidata
DesenvolupadorJohn Backus i IBM
Paradigma de programacióprogramació estructurada, programació orientada a objectes, programació procedimental, programació genèrica, llenguatge imperatiu i array programming (en) Tradueix Modifica el valor a Wikidata
Darrera versió estableFortran 2008 (ISO/IEC 1539-1:2010)
Tipus de dadesestàtic, manifest i nominal
Majors implementacionsmúltiples, per exemple Absoft, Cray, GFortran, G95, IBM, Intel, Lahey/Fujitsu, Numerical Algorithms Group, Open Watcom, PathScale, PGI, Silverfrost, Oracle, XL Fortran,
Influenciat perSpeedcoding
Ha influenciatALGOL 58, BASIC, C, PL/I, PACT I, MUMPS, Ratfor
Sistema operatiumultiplataforma
Extensió dels fitxers.f, .for, .f90, .f95
Etiqueta d'Stack ExchangeEtiqueta Modifica el valor a Wikidata
Pàgina webfortran-lang.org Modifica el valor a Wikidata

El primer compilador de FORTRAN per a l'IBM 704 el va desenvolupar de 1954 a 1957 un equip d'IBM dirigit per John W. Backus.[2] L'objectiu principal era desenvolupar un llenguatge d'alt nivell, que permetés escriure programes independents de la màquina, però que tingués una velocitat d'execució semblant a la del llenguatge d'assemblador. El llenguatge va ser un èxit rotund i la comunitat científica el va adoptar de seguida. Com que el llenguatge s'ha fet servir sempre per a programes numèricament intensius, els compiladors de Fortran solen produir executables molt eficients. Tot i això, a finals dels anys 80, el llenguatge (Fortran 77) havia quedat força endarrerit respecte a altres com C. Les noves revisions (Fortran 90 i 95) l'han modernitzat eliminant-ne algunes de les característiques més obsoletes i afegint suport per a programació orientada a objectes, paral·lelisme, etc. Actualment, Fortran s'utilitza gairebé només per a càlcul científic i anàlisi numèrica.[3]

HistòriaModifica

 
Logotip de Fortran

Als anys cinquanta ja hi havia llenguatges de programació que eren utilitzats per a grans processos de dades. Al 1953, John W. Backus va idear una proposta basada en crear un llenguatge de programació més “simple” i més “accessible”.

El llenguatge d'alt nivell (llenguatge que incorpora un llenguatge completament humà i intel·ligible) proposat per Backus buscava poder fer programacions més fàcils, directes i intel·ligibles per a l'ordinador d'IBM, l'IBM 704.

Es van unir a l'equip de Jhon W. Backus els programadors Sheldon F. Best, Richard Goldberg, Lois Haibit, Harlan Herrick, Robert Nelson, Roy Nutt, David Sayre, Peter Sheridan i Irving Ziller.[4]

Finalment, al 1954, l'equip va presentar  la primera especificació de Fortran (IBM Mathematical FORmula TRANslating System) i al 1956 van presentar la primera alternativa de llenguatge de programació per a l'ordinador IBM 704.[5][6]

No obstant, el Fortran va ser exclusiu per a ordinadors IBM fins al 1961, moment en què va passar a ser públic per poder-lo utilitzar altres fabricants i ampliar la base més enllà d'IBM.[7] A partir d'aquí, s'han creat noves versions del llenguatge per adaptar-les a les noves tecnologies. Les dues últimes, a data de novembre 2020, van ser publicades el 2008 i 2018.[8]

FuncionamentModifica

El llenguatge Fortran és un llenguatge basat en càlculs numèrics dissenyats al seu inici per a ser utilitzats en ordinadors IBM i dirigit a científics i enginyers.

Es diu que és un llenguatge d'alt nivell ja què es caracteritza per la seva potència de càlcul matemàtic, però a la vegada està limitat en la seva aplicació: edició d'informes, gestió d'arxius o tractament de cadenes de caràcters.[9]

Va ser dissenyat per a l'ús amb targeta perforada de 80 columnes, de manera que l'ordre de les instruccions havia de ser seqüencial (la programació dels algoritmes era lineal). Degut a l'evolució de les tecnologies informàtiques, el Fortran també va haver d'evolucionar introduint noves funcions i estructures de control. També va afegir seccions per poder fer operacions matemàtiques amb matrius i millores útils per al compilador (permet traduir programes sencers per a diferents màquines).[10]

VersionsModifica

El llenguatge Fortran ha anat evolucionant amb els anys, i se n'han publicat successius estàndards oficials:

  • FORTRAN IV (o FORTRAN 66)
  • FORTRAN 77
  • Fortran 90: ANSI X3.198-1992 (R1997). Títol: Programming Language "Fortran" Extended.
  • Fortran 95: ISO/IEC 1539-1:1997. Títol: Information technology - Programming languages - Fortran - Part 1: Base language
  • Fortran 2003 ISO/IEC 1539-1:2004 Títol: Information technology - Programming languages - Fortran - Part 1: Base language
  • Fortran 2008 ISO/IEC 1539-1:2010
  • Fortran 2018, inicialment anomenat Fortran 2015. És l'última versió existent a 11.2020.

Fortran 90Modifica

Fortran 90 suposa un gran canvi en la història de Fortran. Afegeix moltes característiques que reflecteixen els canvis en la programació des del 1978.[11]

  • El codi es pot escriure en format lliure, i la facilitat d'escriure en minúscules
  • Els identificadors poden tenir fins a 31 caràcters
  • Es poden fer comentaris en una línia
  • Es poden fer operacions de matrius
  • Subprogrames recursius
  • Mòduls, permet reunir subprogrames i dades, permet limitar l'accés a algunes parts del codi
  • Millora de la gestió dels arguments dels subprogrames, i permet comprovar les interfícies en temps de compilació
  • Sobrecàrrega d'operadors
  • Estructures de dades
  • Millora en declarar les variables. Es permet donar més informació de la variable
  • Gestió de la memòria dinàmica. Es permet reservar/alliberar memòria en temps d'execució
  • Es pot declarar una variable com a punter
  • Bucles estructurats. Acabats amb "end do", i amb les ordres "exit" i "cycle" per poder canviar la lògica del bucle
  • "Select Case"
  • Control de l'usuari de la precisió
  • Noves funcions intrínseques

Fortran 95Modifica

El Fortran 95 és una petita revisió de Fortran 90. No pretén fer cap canvi radical, sinó corregir alguns problemes del Fortran 90 i afegir unes quantes extensions basades en el High Performance Fortran:[12]

  • "Forall" i "Where" que ajuden a la vectorització
  • L'usuari pot definir els subprogrames com a "pure" i "elemental"
  • Inicialització de punters i estructures

Una de les grans addicions a l'estàndard és l'ISO Technical Report: TR-15581: Enhanced Data Type Facilities, normalment conegut com a Allocatable TR. Aquest millora les capacitats de la reserva de memòria. Es poden definir matrius "alocatables" a dintre de les estructures de dades, reservar la memòria en subprogrames i reservar la memòria com a retorn d'una funció.

Una altra addició és el suport de l'aritmètica de coma flotant, definit en l'estàndard ISO Technical Report: TR-15580: Floating-point exception handling

Fortran 2003Modifica

És una revisió amb moltes característiques noves. Existeix un sumari d'aquestes en la plana web oficial del Fortran Working Group (WG5)[13]

Fortran 2008Modifica

Aquest és l'últim estàndard, ISO/IEC 1539-1:2010, conegut de manera informal com Fortran 2008, va ser aprovat el setembre de 2010.[14][15] Tal com el Fortran 95, aquesta és una modificació menor, que incorpora aclariments i correccions a Fortran 2003.

Fortran 2018Modifica

La darrera revisió del llenguatge (Fortran 2018) es coneixia anteriorment com Fortran 2015.[16]

Fortran 2018 incorpora dues especificacions tècniques publicades prèviament:

  • ISO / IEC TS 29113: 2012 Més interoperabilitat amb C [17]
  • ISO / IEC TS 18508: 2015 Funcions paral·leles addicionals a Fortran [18]

Altres canvis i noves funcions inclouen compatibilitat amb ISO / IEC / IEEE 60559: 2011 (la versió de l ’ IEEE floating point standard abans de l’última revisió menor IEEE 754-2019), entrada / sortida hexadecimal, IMPLICIT NONE millores i altres canvis.[19][20][21][22]

Programa d'exemple (Fortran 90 o 95)Modifica

Hola mónModifica

Aquest programa escriu "Hola món" al dispositiu de sortida predeterminat (habitualment, la consola),

program hola
  write(*,*)'Hola món!'
end program hola

Assignació de memòriaModifica

El següent programa mostra l'ús de l'assignació dinàmica de memòria i operacions basades en vectors, dues funcionalitats noves afegides en la versió Fortran 90. En particular, cal remarcar l'absència de llaços DO i dels connectors IF/THEN a l'hora de manipular els vectors matemàticament com un tot.

  program mitjana

  ! Llegeix uns quants nombres i en calcula la seva mitjana.
  ! Tal i com està escrit, si no hi ha punts d'entrada, la mitjana que retorna és zero.
  ! Tot i que potser aquest no és el comportament desitjat, ajuda a mantenir l'exemple senzill.

  implicit none

  real, dimension(:), allocatable :: points
  integer                         :: number_of_points
  real                            :: average_points=0., positive_average=0., negative_average=0.

  write (*,*) "Entreu el nombre de punts dels que desitgeu calcular-ne la mitjana:"
  read  (*,*) number_of_points

  allocate (points(number_of_points))

  write (*,*) "Entreu els punts dels que en voleu calcular la mitjana:"
  read  (*,*) points

  ! Calculant la mitjana sumant els punts i dividint-los pel nombre total de punts 
  if (number_of_points > 0) average_points = sum(points) / number_of_points

  ! Ara calcularem la mitjana dels valors positius i negatius per separat
  if (count(points > 0.) > 0) then
     positive_average = sum(points, points > 0.) / count(points > 0.)
  end if

  if (count(points < 0.) > 0) then
     negative_average = sum(points, points < 0.) / count(points < 0.)
  end if

  deallocate (points)

  ! Mostra el resultat al terminal
  write (*,'(a,g12.4)') 'Mitjana = ', average_points
  write (*,'(a,g12.4)') 'Mitjana dels valors positius = ', positive_average
  write (*,'(a,g12.4)') 'Mitjana dels valors negatius = ', negative_average

  end program mitjana

ReferènciesModifica

  1. «Fortran». L'Enciclopèdia.cat. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.
  2. John Backus. «The history of FORTRAN I, II and III» (en anglès).
  3. Eugene Loh «The Ideal HPC Programming Language» (en anglès). Queue. Association of Computing Machines, 8, 6, 18-06-2010.
  4. McJones, Paul. «History of FORTRAN and FORTRAN II». Software Preservation Group, 18-06-2021. [Consulta: 12 octubre 2021].
  5. Backus, J. «The history of Fortran I, II, and III». IEEE Annals of the History of Computing, 20, 4, Oct.-Dec./1998, pàg. 68–78. DOI: 10.1109/85.728232.
  6. «The FORTRAN Automatic Coding System for the IBM 704 EDPM : Programmer's Reference Manual» (pdf). Applied Science Division and Programming Research Department, International Business Machines Corporation.
  7. McCracken, Daniel D. A guide to Fortran IV programming. Second edition. Nova York: John Wiley & Sons, 1972. ISBN 0-471-58281-6. 
  8. Llaca, Manuel. «Fortran, el primer lenguaje de programación de alto nivel y el inicio de los compiladores» (en spanish). [Consulta: 23 novembre 2019].
  9. IV, FORTRANLenguaje de programación de alto nivelCreadorJohn W. BackusFecha de Creación1956VersionesFortran; Fortran 77; Fortran 90. «Fortran - EcuRed» (en castellà). [Consulta: 25 novembre 2019].
  10. López, José María. «La historia de Fortran y los lenguajes de programación actuales» (en espanyol europeu), 03-08-2019. [Consulta: 25 novembre 2019].
  11. «American National Standard – Programming Language Fortran Extended». Arxivat de l'original el 01/05/2002.
  12. «Fortranplus | Fortran information» (en anglès). [Consulta: 12 octubre 2021].
  13. Fortran Working Group (WG5).Sumari de noves característiques de fortran 2003 pdf[Enllaç no actiu]
  14. N1836, Summary of Voting/Table of Replies on ISO/IEC FDIS 1539-1, Information technology - Programming languages - Fortran - Part 1: Base language ftp://ftp.nag.co.uk/sc22wg5/N1801-N1850/N1836.pdfPDF ( 101 KiB)
  15. «Fortran 2008 - Last Working Draft». Gnu.Org. [Consulta: 10 maig 2014].
  16. «Technical Library» (en anglès). [Consulta: 12 octubre 2021].
  17. «Més interoperabilitat amb C». ISO. [Consulta: 20 novembre 2017].
  18. «Funcions paral·leles addicionals a Fortran». ISO. [Consulta: 20 novembre 2017].
  19. «The New Funcions de Fortran 2015». ISO. [Consulta: 23 juny 2017].
  20. «/ 04 / doctor-fortran-in-one-door-closes Doctor Fortran a "One Door Closes"». Software.intel.com. [Consulta: 21 setembre 2015].
  21. «El doctor Fortran va holandès : Fortran 2015». Software.intel.com. [Consulta: 19 novembre 2014].
  22. «Information technology — Programming languages Fortran — Part 1: Base language» (pdf). [Consulta: 12 octubre 2021].

Enllaços externsModifica

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Fortran