Классификация и правописание операторов

• Формат исходного текста программы на Фортране
• Классификация и написание операторов и конструкций
• Количественный состав операторов языка FORTRAN
• Простые и составные операторы
• Правила написания составных операторов
• Классификация операторов ФОРТРАН по назначению
•        НЕИСПОЛНЯЕМЫЕ ОПЕРАТОРЫ
•        ИСПОЛНЯЕМЫЕ ОПЕРАТОРЫ
•        Обмен данными с файлами
•        Управление ходом вычислений 

Для текста программы на Фортране характерно следующее

• текст состоит из операторов или предложений, как сказали бы в английском, где принят термин "statement"
• традиционно построчное оформление операторов перенесли и на конструкции, что отличает Фортран от С либо Паскаля
  - где языковые конструкции не привязаны к строкам, а разделены при помощи  "{ }"  ";"   либо begin  end ;
  - где комментарии пишут по-другому
• текст в в стиле Ф-90 получил раширение *.f90
• в стиле Ф-90 в одной строке разрешили писать несколько простых операторов, разделенных ";"
• преемственность допускает оформление текста в одном из двух стилей
  - с первой позиции по 132 позицию в свободном формате - для всех текстов *.f90 и текстов *.for после метакоманды $freeform
    оператор пишут свободно в следующем порядке [метка] оператор [перенос] [ ! комментарий]
  - с седьмой позиции по 72 позицию в фиксированном формате -  для текстов *.for
     оператор пишут строго по позициям  [метка(1:5)] перенос(6:6) оператор(7:72) ] [ ! комментарий(1:72)] [номерПК(73:80)]
• при описании языков в  квадратные скобки принято заключать необязательные конструкции [ ]
• формат $freeform, предложенный фирмой MS в Ф-77 v5.1, опередил свободный формат стандарта Ф-90, поэтому имеются различия 
• фиксированный формат использовался еще при вводе с перфокарт в Ф-66

Текст программы на Фортране

• содержит в начале строку-заголовок, а в конце - строку  end
  например    PROGRAM Primer  .. .. END , где .. ..- наличие каких-то строк текста
• между заголовком и end пишут операторы, сначала неисполняемые, затем исполняемые
• текст легче воспринимается, если его разбавлять пустыми строками, пробелами (пробелы не внутри слов) и строками-комментарияи (оформление последних зависит от формата исходного текста)
• в конце строки с оператором после "!" допустимы построчные комментарии
• неисполняемые операторы отвечают на вопрос "какой или как?" и влияют на перевод исполняемых операторов в команды компьютера
• исполняемые операторы отвечают на вопрос "что делать?" - это команды или действия
• знак переноса строки и его место зависят от формата исходного текста
• метакоманды  - это команды компилятору в тексте программы
• метакоманда $freeform инициирует свободный формат (с оговорками о переносе и строчных комментариях)

Знак переноса оператора зависит от формата исходного текста и пишется

• как знак "&" в конце переносимой строки текста *.f90

• как знак "-" в конце переносимой строки текста в формате $freeform

• как знак "*"  в шестой позиции строки-продолжения для программы в фиксированном формате

Комментарии способствуют пониманию программы, пишутся понятным языком, лучше на русском. Строка-комментарий в зависимости от формата исходного текста начинается

• с восклицательного знака (пробелы не в счет) - в свободном формате *.f90 и в фиксированном формате

• с двойной кавычки " в первой позиции строки - в формате $freeform

Метка - целое, которое можно написать перед оператором, отделив ее хотя бы одним пробелом. В фиксированном формате метка пишется строго с первой по пятую позицию строки.

Пример текста программы primer.f90   в свободном формате

Классификация операторов

В обсуждении используем три независимых подхода к классификации операторов:

• исполняемые и неисполняемые - по месту в программе
• простые и составные (конструкции) - по сложностип и по оформлению
• по назначению

Составные исполняемые операторы подразделяются в свою очередь на

• программные единицы (ПЕ) - с заголовками program   subroutine    function   module
• конструкции или блочные операторы - с заголовками do  DoWhile   if   SelectCase    where

Правила записи составных операторов (СО) действуют, в частности, и для блочных операторов, однако помимо этого  для блочных операторов допускается вложение. В составных неисполняемых операторах не допускаются вложения, но допускаются ссылки на ранее сделанные определения

С развитием идей структурного программирования преобладающим стал стиль "неотрывного восприятия программы". Для его воплощения в Ф-77 включен блочный If .. else ..endIf. В опережение стандарта  Ф-90  фирма MS предложила свою реализацию Ф-77, в которой появились блочные Do .. ..endDo   Dowhile .. ..endDo и SelectCase .. ..endSelect и составные операторы среди неисполнямых операторов: Structure .. .. endStructure (соответствует Type .. .. endType Ф-90),  Map .. .. endMap   Union.. ..endUnion. Накопленный опыт программирования показал, что структурированные программы не только легче читать, но и легче отлаживать, легче писать, конструируя программы из готовых блоков средствами текстовых редакторов, таких как ME или редактор, встроенный в FPS40. Именно благодаря этому в MS-F-77 как и в Ф-90 удобно  писать структурированные программы без меток и операторов go to

По количественному составу в языке FORTRAN представлены:

Как видно из приведенной таблицы словарный запас языка Фортран (около сотни слов) несравненно беднее естественных языков (сотни тысяч слов). Отметим, что в языке "С" словарный запас соизмерим с Фортраном, но гораздо большее разнообразие допустимых простых конструкций, например одних операторов присваивания в  "С" 10 штук вместо 1. В Pascal ключевых слов несколько больше, чем в Фортране, особенно в его диалекте Delphi. Оба языка и Фортран и Pascal в отличие от "С" придерживаются строгой концепции типов и являются высокоуровневыми яэыками программирования. Яэык программирования  Фортран считается более приспособленным к реализации методов вычислений из математики, физики и статистики. Яэык программирования  "С" считается более приспособленным к системному программированию, к обслуживаню баз данных и интерфейсов. Яэык программирования  Pascal считался хорошо приспособленным для обучения. С переходом к Windows остался лишь один компилятор Delphi для Pascal, прием он не яляется преемником  Pascal для DOS даже для той же фирмы Borland.

Языки Фортран и "С" в отличие от Pascal развиваются через стандартизацию. Фортран развивается по принципу эволюции таким образом, что когда-либо объявленные конструкции считаются допустимыми и в последующих версиях; однако некоторые конструкции выходят из моды, заменяясь более емкими.  Концепция структурного программирования впервые была опробована в Pascal и, хорошо зарекомендовав себя, нашла себе место и в новых стандартах Фортрана. Языки Фортран и "С", имея компиляторы одной фирмы MS, легче компонуются в единый исполняемый модуль. При смешанном программировани с использованием компиляторов разных фирм (например MS Фортран и Borland Delphi) приходится использовать стандартизованные динамически связываемые библиотеки DLL.

Простые и составные операторы

В первоначальной версии языка подавляющее большинство составляли простые операторы, но действующая тенденция - к обогащению составными операторами (конструкциями). Каждый оператор в Фортране традиционно начинается с новой строки, но в Ф-90 допускается в одной строке писать несколько простых операторов, разделяя их ";". Простой оператор можно записать в строку, пусть даже длинную, пусть с переносом. Составной оператор или конструкция занимает как минимум 3 строки и не требует никаких знаков препинания в конце
Заголовок
  группа операторов или один оператор
EndЗаголовок
Начальная и конечная строки Заголовок .. .. EndЗаголовок как бы образуют скобки составного оператора.

Традиции написания СО в разных языках таковы

• в Фортране - обрамление начальной и конечной строчкой;  нет знаков препинания в конце оператора и программы; пробелы используются свободно (не внутри имен для Ф-90); ключевых слов в Фортране нет

• в языке "С" конструкция выделяется фигурными скобками {}, а оператор заканчивается знаком ";"  пробелы, знаки табуляции и конец строки используются свободно, но не внутри имен; ключевые слова зарезервированы в языке

• в языке Pascal - блок выделяется ключевыми словами begin и end , оператор заканчивается знаком ";" , а программа заканчивается точкой; пробелы и конец строки используются свободно, но не внутри имен; ключевые слова зарезервированы в языке

• то, что в прежнем Фортране разделялось концом строки, в Ф-90 может быть разделено и знаком ";"
  поэтому строка программы
  program pr;implicit none;real x,y;integer::k,p;p=10;do k=1,10 ; p=p-1;x=p*0.1;y=sin(x);write(*,*)p,x,y;enddo;end
  не вызовет ошибок, однако она написана согласно букве закона, но в нарушение духа Фортрана

• традиционная построчная запись той же программы восприниматся легче
  program pr
  implicit none
  real x,y;    integer:: k,p   !  простые операторы в строке разделены ";"
  p=10
  do k=1,10
     p=p-1;  x=p*0.1; y=sin(x);  write(*,*) p,x,y
  enddo
  end program pr

Следует иметь в виду отличие в написании конструкций и операторов в программах на Фортране и в таких языках как Паскаль и С

• в Паскале и С конструкции и операторы размещают по строкам, чтобы их было удобно читать человеку
• в Фортране - не только для удобства чтения, но и для понимания компилятором текста без ";"
• в Фортране "новый оператор - новая строка" и нет необходимости в знаках препинания в конце  
• при построчном оформлении в Фортране ";"   - это лишь разделитель простых операторов, записанных в одну строку, а в Паскаль и С каждый оператор должен завершаться знаком ";"

Правила написания составных операторов

Начало СО определяется по начальной строке с одним из следующих слов в заголовке:

• для описаний - это Type  Map  Union   Interface
• для программных единиц (ПЕ) - это Program Subroutine Function Module
• для блоков (исполняемых СО) - это Do   If   SelectCase    DoWhile   Where

Конец СО - слово end, за которым пишется то же самое ключевое слово, что и в начале, например, Do .. endDo  причем EndDo  можно писать с пробелом end do или без него enddo , маленькими или большими буквами. В конце ПЕ в Ф-77 писали просто end , а теперь повторяют заголовок  program progy .. .. end program progy . СО группирует следующие подряд операторы, простые или составные, образуя из них так называемый "черный ящик". Термин "черный ящик" означает возможность до поры до времени не заглядывать внутрь него, концентрируя внимание на размещении ящичков, а не на их содержимом. Конструируя программу по определенным правилам из черных ящичков, мы повышаем предсказуемость поведения программы, облегчаем ее чтение, облегчаем диагностику ошибок, облегчаем и ускоряем отладку программы. Это подтверждено как теорией, так и практикой программирования.

Представим в наглядной графической форме основные правила.

• Единственность входа повышает предсказуемость поведения "черного ящичка"

• Нельзя перекрывать СО

• 

• Помимо нормального выхода из СО для исполняемых СО  допустим и досрочный выход

• Досрочный выход из исполняемых СО реализуется:
  - в ту же точку, что и нормальный выход
  - из программных единиц операторами return и stop
  - из блока do оператором exit - на оператор следующий за enddo
  -можно, но опасно оператором перехода за область действия блока (только не вовнутрь другого блока)

• Ящички допустимо складывать тремя способами:
  1) для любых составных операторов - возможно следование друг за другом
  2) кроме следования для блоков (исполняемых СО) допустимо вложение
  3) Внутри одного текста ПЕ пишут последовательно, либо ПЕ помещают в разные тексты. В ПЕ вкладывают прочие СО и простые операторы в определенном порядке

Не претендуя на исчерпывающий список операторов и конструкций FORTRAN, показанные ниже таблицы группируют операторы по назначению и дают представление об основных возможностях. Принятые ниже обозначения:

• v-переменная, c-константа, e-выражение,   f-функция,  a-атрибут, s-дескриптор

• ..v-список переменных через запятую

• .. ..- это один или много операторов, идущих подряд в одной или нескольких строках, которые объединяют в блок

• { } многократное повторение конструкции

• ..{ } -повторение конструкции через запятую

Поясним приведенные обозначения на примере    real ..v
здесь имеется в виду ключевое слово real , следом за которым идет список переменных ..v , включающий любые имена переменных, разделенных запятыми. В конкретном операторе это, к примеру, может выглядеть как     real alfa, mu2,six

НЕИСПОЛНЯЕМЫЕ ОПЕРАТОРЫ ( описания и определения )

Описание типов	Пояснения
implicit NONE	все объекты описывать явно
integer ..v  real ..v   complex ..v logical ..v   character ..v	объявление объектов базовых типов числа не числа
Type ИМЯ_Т .. .. endType Type (ИМЯ_Т ) ..v	объявление производного типа ИМЯ_Т отнесение к нему переменных из списка ..v
..a   ::   ..v    например real,parameter :: pi=3.14, e=2.71	в Ф-90 слева от  "::" пишут список атрибутов, а справа - список атрибутов

Другие определения

	dimension ..{ v(..c) }	описание размерности массива
	allocatable ..v	динамический объект
	save ..v	объект, не сохраняемый  в стеке
	parameter( ..{v= c} )	задание констант
	data ..{ ..v/ ..c / }	инициализация переменных
	equivalence ..{( ..v )}	список эквивлентных имен
	Map . . . . endMap Union . . . . endUnion	список эквивлентных полей
	m format (..s)	формат ввода-вывода
	external .. f	Функции внешние
	intrinsic ..f	Функции внутренние
	ИМЯ( ..v)= e	Функции операторные

Большинство определений могут быть и самостоятельными операторами и -атрибутами в Ф-90.

ИСПОЛНЯЕМЫЕ ОПЕРАТОРЫ (действия)

Простые исполняемые операторы    Оператор чаще всего пишется с новой строки, возможно с переносом

Оператор присваивания        v = e
пустышка                                  m continue

Обмен данными с файлами:   u-устройство, (u ..) - после u ряд необязательных параметров

Управление ходом вычислений

Простые операторы - пишутся в одну строку

Нерекомендуемые возможности  -  с   метками m:
if( арифм.выражение e) m< , m= , m>   условный переход по знаку e    - 0 + 
go to m    Безусловный переход
if(условие e ) go to m    условный переход
go to( ..m ),v     Переключатель по меткам в зависимости от целой v

CОСТАВНЫЕ ОПЕРАТОРЫ   по схеме начало .. .. конец

ПE пишут друг за другом, вкладывая в них прочие операторы

Блоки

Условные блочные операторы

Циклы

Варианты написания и ряд деталей проясняется по мере обсуждении конкретных операторов.
Фортран уникален среди языков тем, что в нем нет зарезервированых ключевых слов, например, write=2.5 воспринимается без ошибок как оператор присваивания для переменной write .