科学计算的语言-Fortran

Fortran是一种用于科学计算的编程语言，自1957年问世以来，经历了多个版本的迭代，其中Fortran95是备受推崇的一个版本，它在性能和易用性上都得到了显著的改进。Fortran语言由于其在数值计算领域的高效性，一直被广泛应用于物理、化学、工程、气候模拟等领域的科学计算中。 Fortran95在继承了先前版本的基础上，引入了新的语言特性，增强了程序的可读性和表达力。例如，新增的FORALL语句与结构允许更简洁地描述数组操作，而纯(PURE)过程和逐元(ELEMENTAL)过程则提高了函数的模块性和复用性。此外，扩展的WHERE结构使得条件数组操作更加灵活。新的默认初始化规则简化了数组和变量的声明。还有NULL固有函数和CPU_TIME固有子例行程序，这些内建功能有助于提高程序开发效率和执行性能。 然而，并不是所有的特性都会被保留，有些过时或废弃的语言特性，如算术IF语句和固定源码形式等，虽在老版本Fortran中占有一席之地，但出于向后兼容性的考虑，在新版本中被保留。但为了代码的现代化和优化，建议尽量避免使用这些特性。 Fortran95语言的字符集包括基本字符和与平台有关的辅助字符集。词汇构成包括语句关键词、名称、常量、语句标签、算符和定界符。语句是构成Fortran程序的基本单元，源码形式有自由源程序格式、固定源程序格式和兼容源程序格式等。 在准备数据方面，Fortran提供了一系列数据类型，如整型、实型、复型、逻辑型和字符型等，每种类型都有其特定的取值范围和合法运算集合。在数据类型的描述中，特别强调了数据类型的名称、数据取值的集合、数据类型的合法运算以及常量的表示形式。 构造数据章节介绍了数据的两种基本行为——变量与常量。同时，Fortran还支持复杂的派生数据类型构造，比如结构体。数组是Fortran中一个非常重要的数据结构，支持多种方式访问其元素，包括下标、下标三元组和下标向量等，可有效地对多维数据进行操作。 属性的声明是编写Fortran程序的重要环节，主要通过类型声明语句来实现。每种数据类型都有其声明方式，以整型、实型、复型为例，分别详细说明了它们的声明方法和特点。 Fortran语言的教程不仅涉及到语法和语义的解释，还包括对数据类型、变量、数组操作等基础概念的讲解，这些都是编程时需要掌握的基础知识。同时，为了更好地使用Fortran95，还需了解其在语法要素方面与其他编程语言的异同，例如字符集、语句标签、运算符、关键词、注释、空格使用规则等。 由于Fortran95具有高度优化的数值计算性能，使得它在科学和工程领域的应用程序开发中占据了一席之地。为了充分利用Fortran语言的这些特性，学习者应该对Fortran的历史背景、语言结构、数据操作以及程序设计的原则有深入的理解。通过学习，可以掌握如何编写结构化的科学计算程序，并能够有效地利用其内建功能进行复杂计算，以满足科研和工程领域的应用需求。