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Mini Curso de Programação Fortran Mini Curso de Programação Fortran Universidade Federal de Pelotas XVII Semana Acadêmica da Meteorologia 29 de novembro.

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1 Mini Curso de Programação Fortran Mini Curso de Programação Fortran Universidade Federal de Pelotas XVII Semana Acadêmica da Meteorologia 29 de novembro a 03 de dezembro Prof. Marcello Macarthy

2 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Sumário 1 Introdução 2 Formato do Código-Fonte 3 Tipos de Variáveis 4 Expressões e Atribuições Escalares 5 Comandos 6 Matrizes 7 Subprogramas e Módulos 2

3 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Introdução LógicaLógica Não há consenso quanto à definição da lógica. Alguns autores definem-na como o estudo do processos válidos e gerais pelos quais atingimos a verdade, outros como a ciência das leis do pensamento, ou somente como o estudo dos princípios da inferência válida. Esta pluralidade de definições dá-nos conta da diversidade de estudos que são abrangidos pela Lógica. AlgoritmosAlgoritmos Define por uma seqüência lógica de passos que o computador executara fielmente para que se obtenha um resultado satisfatório. Estas seqüências podem ou não ser executadas dependendo do andamento do algoritmo, porém estes passos sempre serão alcançados em algum momento do algoritmo. 3

4 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Introdução ProgramaçãoProgramação É o processo de definir, utilizando uma linguagem de programação, os comandos, as instruções que o computador deve executar para realizar determinada tarefa em síntese solução de problemas em diversas áreas. Linguagem de ProgramaçãoLinguagem de Programação FORTAN (FORmula TRANslation) –Primeira linguagem de alto nível usada para programação de computadores, proposta por J. Backus, em –Facilidade de transcrição de fórmulas matemáticas. –Direcionada para aplicações em física, matemática, engenharia, meteorologia e análises científicas entre outras... 4

5 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Formato do Programa Fonte Três formatos básicos de arquivos Programa-Fonte Trata-se do programa e/ou dos subprogramas escritos pelo programador, usando algum tipo de editor de texto, de acordo com as regras denidas pela linguagem de programação de alto nível. Programa-Objeto Trata-se do programa-fonte compilado pelo compilador. Esta é a transcrição realizada pelo compilador do programa- fonte fornecido pelo programador para uma linguagem de baixo nível, como Assembler ou outro código diretamente interpretável pela CPU. Programa executável Após a fase de compilação, onde os programas objetos são criados, o agente de compilação aciona o linker, o qual consiste em um programa especial que agrupa os programas objetos de forma a criar um arquivo nal, o programa executável. Linguagem Fortran 5

6 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Algoritmo – Pseudo Código Inicio Algoritmo Declarar variaveis Entrada - Ler Processamento - Executar Saída – Imprimir (Escrever) Fim Algoritmo Linguagem Fortran Fortran Program Declaração de variáveis> Read Processamento (sequencial / decisão/repetição) Print Pause (pausa) Stop (fim da execução End (programa) 6

7 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Todo programa em fortran deve começar pela palavra program e em seguida deve ser dado um nome para esse programa. Evitar deixar espaço entre palavras, quando for necessário utilizar o underline (_). Não usar acentuação; Ponto de exclamação ! significa que pode inserir comentários em qualquer ponto do código-fonte. Impicit none se não for usado o fortran entende que todas as variaveis são reais, ou seja, impede a possibilidade de haver nomes de variáveis não definidos, os quais possuem o seu tipo implícito Declaração de Variáveis (mesmas regras das variáveis em pseudocódigo) Não utilizar acentuação; Variáveis com nomes compostos: deve ser usado o símbolo underline para separá-las; Linguagem Fortran 7

8 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Exemplo 1 program apresentação implicit none print *, Semana Acadêmica da Meteorologia end program Exemplo 1.1 program format1 print 1 1 format (100x," Semana Acadêmica da Meteorologia ") pause stop end Linguagem Fortran 8

9 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Format. Sintaxe n format(ef,[ef,...,ef]])Format Descreve o formato em que os dados devem ser transferidos. Especifica conversão interna e externa sofrida pelos mesmos. Sintaxe n format(ef,[ef,...,ef]]) Onde: n Rótulo associado aos comandos de entrada e saída. e Ef - Especificação do formato. Formato para mensagens Print 1 1 format (///3x,escrever o seu nome///) Onde: / : indica quebra de linha. 3x: indica espaçamento horizontal. Linguagem Fortran 9

10 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Formato para variáveis: Inteiras Iw- Inteiro w- Tamanho Maximo de bytes (posições) ocupados. Caracteres aw- Inteiro w- Tamanho Maximo de bytes (posições) ocupados. Reais Fw.d – Constante inteira indicando largura do campo externo, em caracteres. w- Tamanho Maximo de bytes (posições) ocupadas d- número de casas decimais Linguagem Fortran 10

11 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Comandos para entrada e saída de dados READ -READ - Entrada de Dados – Ler dados a partir do teclado; Sintaxe read (unit, fmt) lista de variáveis Unit – dispositivo de entrada(arquivo, teclado) padrão teclado * Fmt – formato pode ser um rotulo ou * PRINT-PRINT - Saída de dados - Transferir dados para o monitor Sintaxe print *, lista de variáveis ou print *,mensagem Write-Write - Saída de dados Sintaxe write *, lista de variáveis ou write *,mensagem Linguagem Fortran 11

12 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Conjunto de caracteres aceitosConjunto de caracteres aceitos Linguagem Fortran CaractereNome/FunçãoCaractereNome/Função =Igual)Parênteses D +Soma,Virgula -Subtração.Ponto Decimal *Multiplicação$Cifrão /Divisão:Dois Pontos (Parênteses E 12

13 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Declaração de tipo de variável A forma geral de uma declaração de tipo de variáveis é: [([KIND=] )][, ] :: onde especifica o tipo de variável, especifica a espécie da variável, é um dos seguintes: Linguagem Fortran 13

14 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática PARAMETER DIMENSION( ) PUBLIC INTENT( ) PRIVATE OPTIONAL POINTER SAVE TARGET EXTERNAL ALLOCATABLE INTRINSIC e cada entidade é [(lista de extensões)] [*char-len] [= expressão de inicialização] ou [*char-len] Linguagem Fortran 14

15 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática AritméticasAritméticas +, -, *, /,** - Resultado sempre um número real, inteiro ou complexo. CaracteresCaracteres Produz um valor que é sempre uma cadeia de caracteres. // Concatenar. AB//CDE ABCDE RelacionaisRelacionais Um valor que é sempre uma constante lógica. Linguagem Fortran Igual aa.EQ.b Diferente dea.NE.b Menor quea.LT.b Menor ou iguala.LE.b Maiora.GT.b Maior ou iguala.GE;b 15

16 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Inteiros A=10 Print 1,a 1 format(3x,i2) Linguagem Fortran Caracter A=abc Print 1,a 1 format(3x,a3) Reais A= Print 1,a 1 format(3x,f7.2) Exemplo 16

17 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática LogicasLogicas Um valor que é sempre uma constante lógica. FunçõesFunções MOD (EAx, EAy) Onde : EAx – Dividendo e EAy – Divisor SQRT (EA) IFIX (EA) conversão de real para inteiro – parâmetro = real, retorno = inteiro FLOAT (EA) conversão de inteiro para real – parâmetro = inteiro, retorno = real Linguagem Fortran- Expressões.NOT..NOT.a.AND.a.AND.b.OR.a.OR.b 17

18 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Variáveis do tipo INTEGER program inteiro implicit none integer :: x read *, x print*, "Valor lido:",x end program inteiro Linguagem Fortran 18

19 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Variáveis do tipo REAL program var_real implicit none real :: a, b= 10.5e-2 print *, Valor de a: read *, a print *, Valor de a:, a print *, Valor de b:, b end program var_real Linguagem Fortran 19

20 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Variáveis do tipo COMPLEX program var_complexa implicit none complex :: a= (5,-5),b,c print *, "Valor de b:" ! O valor de b deve ser entrado como um literal complexo. ! Exemplo: (-1.5,2.5) read *, b c= a*b print *, "O valor de c:", c end program var_complexa Linguagem Fortran 20

21 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Variáveis do tipo CHARACTER program le_caractere implicit none character(len=10) :: str_read print *, "Entre com texto": read (a), str_read print *, "Texto lido:", str_read end program le_caractere Linguagem Fortran 21

22 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Variáveis do tipo LOGICAL O conceito de espécie (kind) –Em Fortran 90/95, cada um dos cinco tipos intrínsecos, INTEGER, REAL, COMPLEX, CHARACTER e LOGICAL possui associado um valor inteiro não negativo denominado parâmetro de espécie do tipo (kind type parameter). –Por exigência do padrão, um processador deve suportar, no mínimo, duas espécies para os tipos REAL e COMPLEX e uma espécie para os tipos INTEGER, CHARACTER e LOGICAL. Linguagem Fortran 22

23 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática –Os valores da espécie são dependentes do processador e/ou do compilador empregado. –Contudo, há funções intrínsecas fornecidas pelo compilador que verificam as precisões suportadas pelo processador e que podem ser usadas para definir o valor do parâmetro KIND, possibilitando assim a portabilidade do código, isto é, a possibilidade deste rodar em diferentes arquiteturas usando uma precisão mínima especificada pelo programador. Linguagem Fortran 23

24 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Expressões e Atribuições Escalares Em uma expressão, o programa descreve as operações que devem ser executadas pelo computador. O resultado desta expressão pode então ser atribuído a uma variável. Há diferentes conjuntos de regras para expressões e atribuições, dependendo se as variáveis em questão são numéricas, lógicas, caracteres ou de tipo derivado; e também se as expressões são escalares ou matriciais 24 Linguagem Fortran

25 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Ressaltadas Anteriormente, observa-se que as regras básicas são: operador operando Ex: -X operando operador operando Ex: X+Y –Expressões numéricas escalares –Atribuições numéricas escalares –Operadores relacionais –Etc... Linguagem Fortran 25

26 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Se.... Então If (condição) then endif Linguagem Fortran Se.... Então.... Senão If (condição) then else endif Comandos de Decisão 26

27 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática 27 Se.... Então... Senão Encadeados If (condição) then else If (condição) then else endif Linguagem Fortran

28 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática program if_fat !Calcula o fatorial de um número natural. implicit none integer :: i, fat, j ! print *, "Entre com valor:" read *, i if (i < 0) then print *, "Não é possível calcular o fatorial." else if (i == 0) then print *, "fat(",i,")=",1 else fat= 1 do j= 1, i fat= fat*j end do print *, "fat(",i,")=",fat end if end program if_fat Linguagem Fortran 28

29 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Do While (condição) end do program exer17 integer contador do 1 contador=100,200 resto=mod(contador,2) if (resto.eq.0) then print *,contador," um numero par" endif 1Enddo end Linguagem Fortran Comandos Repetição 29

30 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Case SELECT CASE (NUMERO) ! NUMERO é do tipo inteiro. CASE (:-1) ! Todos os valores de NUMERO menores que 0. N_SINAL= -1 CASE (0) ! Somente NUMERO= 0. N_SINAL= 0 CASE (1:) ! Todos os valores de NUMERO > 0. N_SINAL= 1 END SELECT Linguagem Fortran 30

31 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática program testa_case implicit none integer :: a print *, "Entre com a (inteiro):" read *, a select case (a) case (:-1) print *, "Menor que zero." case (0) print *, "Igual a zero." case (1:) print *, "Maior que zero." end select end program testa_case Linguagem Fortran 31

32 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática matriz ou vetorUma matriz ou vetor é um outro tipo de objeto composto suportado pelo Fortran. Por definição Uma matriz consiste de um conjunto retangular de elementos, todos do mesmo tipo e espécie do tipo. Uma outra definição uma matriz é um grupo de posições na memória do computador as quais são acessadas por intermédio de um único nome, fazendo-se uso dos subscritos da matriz. Este tipo de objeto é útil quando for necessário se fazer referência a um número grande, porém a princípio desconhecido, de variáveis do tipo intrínseco ou outras estruturas, sem que seja necessário definir um nome para cada variável. Linguagem Fortran 32

33 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática É recomendável as declarações de matrizes sejam declaradas na forma de atributos de tipos de variáveis. Por exemplo: REAL, DIMENSION(50) :: W REAL, DIMENSION(5:54) :: X CHARACTER(LEN= 25), DIMENSION(5) :: COLUMN CHARACTER(LEN= 30), DIMENSION(10) :: ROW Linguagem Fortran 33

34 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática PostoPosto O posto (rank) de uma matriz é o número de dimensões da mesma. Assim, um escalar tem posto 0, um vetor tem posto 1 e uma matriz tem posto maior ou igual a 2. ExtensãoExtensão A extensão (extent) de uma matriz se refere a uma dimensão em particular e é o número de componentes naquela dimensão. FormaForma A forma (shape) de uma matriz é um vetor cujos componentes são a extensão de cada dimensão da matriz. TamanhoTamanho O tamanho (size) de um matriz é o número total de elementos que compõe a mesma. Este número pode ser zero, em cujo caso esta se denomina matriz nula. Linguagem Fortran 34

35 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática A forma geral da declaração de uma ou mais matrizes: [[, DIMENSION( )] [, ] ::] A forma recomendável da declaração é a seguinte:, DIMENSION( ) [, ] :: Linguagem Fortran 35

36 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Os podem ser quaisquer da seguinte lista: –PARAMETER –ALLOCATABLE –INTENT(INOUT) –OPTIONAL –SAVE –EXTERNAL –INTRINSIC –PUBLIC –PRIVATE –POINTER –TARGET Linguagem Fortran 36

37 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Segue a válidos no Fortran, onde os mesmos são atribuídos às matrizes Inicialização de vetores contendo 3 elementos: INTEGER :: I INTEGER, DIMENSION(3) :: IA= (/1,2,3/), IB= (/(I, I=1,3)/) Declaração da matriz automática LOGB. Aqui, LOGA é uma matriz qualquer (muda ou dummy) e SIZE é uma função intrínseca que retorna um escalar inteiro correspondente ao tamanho do seu argumento: LOGICAL, DIMENSION(SIZE(LOGA)) :: LOGB Linguagem Fortran

38 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Declaração das matrizes dinâmicas, ou alocáveis, de duas dimensões A e B. A forma das matrizes será definida a posteriori por um comando ALLOCATE: REAL, DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: A,B Declaração das matrizes de forma assumida de três dimensões A e B. A forma das matrizes será assumida a partir das informações transferidas pela rotina que aciona o sub-programa onde esta declaração é feita. REAL, DIMENSION(:,:,:) :: A,B Linguagem Fortran

39 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Observações Expressões e atribuições envolvendo matrizes Soma,Multiplicação, divisão e outras operações matriciais A Linguagem possibilita realizar operações envolvendo a matriz na sua totalidade, possibilitando o tratamento de uma matriz como um objeto único, o que, no mínimo, facilita enormemente a construção, leitura e interpretação do código. Linguagem Fortran 39

40 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Programa principal e subrotina para produto 2 matrizes de 2x2, com saída não formatada: Linguagem Fortran 40 Fonte: João Tavares/JOF CFAC

41 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Linguagem Fortran 41 Fonte: João Tavares/JOF CFAC

42 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Linguagem Fortran 42 Fonte: João Tavares/JOF CFAC

43 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Linguagem Fortran 43 Fonte: João Tavares/JOF CFAC

44 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Linguagem Fortran 44 Fonte: João Tavares/JOF CFAC

45 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Funções e Subrotinas A ideia é construir programas que sejam reutilizáveis. Por exemplo uma média calcula-se sempre da mesma maneira. Portanto deve fazer-se o programa uma vez e depois utilizar sempre esse programa. Outro exemplo: –Se quiser calcular um seno usa a função intriseca do FORTRAN, sin e não vai programar o seu cálculo. Linguagem Fortran 45

46 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Para isso o FORTRAN dispõe de 2 ferramentas diferentes, que correspondem aos subprogramas: –As funções –As subrotinas As funções podem dividir-se em: –Funções intrinsecas. –Funções não intrinsecas. Linguagem Fortran 46

47 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Subprogramas Um subprograma é uma unidade de programa independente. Sua execução é subordinada ao programa principal ou a uma outra unidade de programa. A linguagem FORTRAN 90 permite dois tipos de subprogramas: FUNÇÕES E SUB-ROTINAS. Linguagem Fortran 47

48 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Funções – Sintaxe Em adição às funções intrinsecas, o Fortran permite o desenho de novas funções. Uma função de Fortran function, tem a seguinte sintaxe: type FUNCTION function-name (arg1, arg2,..., argn) IMPLICIT NONE [specification part] [execution part] [subprogram part] END FUNCTION function-name Linguagem Fortran 48

49 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Como invocar uma função no programa principal Uma função só produz um resultado. O resultado é passado para o programa principal no final da função com a instrução em que o nome da função é igualado ao resultado a transmitir. A função é invocada no programa principal com uma instrução em que o nome da função e a sua lista de argumentos são invocados. Linguagem Fortran 49

50 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Subrotinas Uma Function, recebe input por via dos seus argumentos formais e devolve um valor, o valor da função, que fica armazenado na variável que tem o nome da função. Nalguns casos, não queremos devolver nenhum valor, ou queremos devolver mais do que um. Nesse caso, o Fortran tem as subrotinas que podem resolver este problema. Linguagem Fortran 50

51 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática SUBROUTINE subroutine-name (arg1, arg2,..., argn) IMPLICIT NONE [specification part] [execution part] [subprogram part] END SUBROUTINE subroutine-name Linguagem Fortran 51

52 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática Aspectos importantes a se investir Idiomas (Inglês) – 1,2,3,... Áreas de Base Matemática, Física e Informática METEOROLOGIA Programação em Meteorologia 52 Considerações Finais

53 Prof. Marcello Macarthy UFPel - CDTEC - Informática !Dados acerca de alunos usando tipo derivado. program alunos_met implicit none integer :: i,ndisc= 5 !Mude este valor, caso seja maior. type:: aluno character(len= 20):: nome integer:: codigo real:: n1,n2,n3,mf end type aluno type(aluno), dimension(5):: disc ! do i= 1,ndisc print*, "Nome:" read "(a)", disc(i)%nome print*, "código:" read*,disc(i)%codigo print*, "Notas: N1,N2,N3:" read*,disc(i)%n1,disc(i)%n2,disc(i)%n3 disc(i)%mf= (disc(i)%n1 + disc(i)%n2 + disc(i)%n3)/3.0 end do do i= 1,ndisc print*, " " print*, " > ",disc(i)%nome," (",disc(i)%codigo,") < " print*, " Média final: ",disc(i)%mf end do end program alunos_met Exercício 53

54 Obrigado! 54


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