Вызов процедур и использование модулей

Различают два вида процедур:

- Function – процедура-функция, вызываемая в выражении, например, p=имя_функции(аргументы), аргументы только входные с атрибутом intent(in); способы определения функции разнообразны – встроенные, операторные, внутренние, внешние, модульные, чистые, однако вызов любой из них аналогичен вызову простейшей встроенной функции max z = (x+y) / max(x,y);

- Subroutine – процедура-подпрограмма, вызываемая оператором вызова call имя(аргументы), аргументы входные –intent(in), выходные – intent(out), изменяющиеся – intent(inout).

Неисполняемый оператор использования модуля use имя_модуля пишут сразу после заголовка ПЕ. Любая ПЕ, как программа, так и другой модуль может использовать модуль, присоединяя общедоступные объекты с атрибутом public и делая доступными модульные процедуры.

Передача данных через аргументы процедуры.

Объекты вызывающей программы в скобках после имени вызываемой процедуры называют фактическими аргументами. Объекты вызываемой программы в скобках после имени в заголовке процедуры, называют формальными аргументами. Количество фактических и формальных аргументов должно совпадать. Попарно в порядке следования фактические и формальные аргументы должны соответствовать по типу, назначению и форме. Совпадения имен сопоставляемых фактических и формальных аргументов не требуется, но и не запрещается.

Память под формальные аргументы, в том числе и под массивы, в процедуре не резервируется: из вызывающей программы передается адрес объекта, с которым работает процедура.

Возвращаемое значение функции связано с её именем и по форме может быть скаляром, вектором, матрицей, многомерным массивом, описываемым атрибутом dimension.

На аргументы процедур в связи с их назначением накладывается ряд ограничений:

1. формальные аргументы могут быть только переменными и массивами;

2. фактические аргументы, соответствующие входным формальным аргументам с атрибутом intent(in), могут быть:

- переменными, константами, выражениями,

- массивами, секциями массивов, элементами массивов,

- именами внешних или встроенных функций;

3. фактические аргументы, соответствующие формальным выходным аргументамс атрибутом intent(out)и изменяющимся аргументам с атрибутомintent(inout), могут быть только переменными, элементами массивов, массивами, секциями массивов.

Оператор Interface

В вызывающей ПЕ, а лучше в используемом модуле, для внешней процедуры пишут оператор interface, который описывает правила её вызова. Для модульных и внутренних процедур интерфейсы считаются явными и их описывать не надо. Оператор interface описывает:

- вид процедурыFunction илиSubroutine;

- имена и порядок следования формальных аргументов;

- формальный аргумент пишут с атрибутом intent – назначение, имеющим одно из трёх значений: intent(in), intent(out), intent(inout).

Оператор interface– это самостоятельный составной оператор описания с локализованными внутри описаниями формальных аргументов

Interface

описание процедуры и её формальных аргументов

.. ..

описание процедуры и её формальных аргументов

End Interface

Особенностью оператора Interfaceявляется то, что вложенные в него описания процедур и их аргументов локализованы в каждой из процедур и независимы друг от друга и от описаний той программной единицы, где написан оператор интерфейса. До Фортрана-90 оператора интерфейса не было. Спрашивается, надо ли его описывать?
– Ответ не односложный:

1. для встроенных, внутренних и модульных процедур интерфейс считается явным, и его описывать не требуется;

2. интерфейс внешних процедур описывать рекомендуется - это помогает исключить ошибки вызова; рекомендуется собрать интерфейсы в модуле, а не дублировать их в вызывающих программах;

3. интерфейс нужно описывать или он должен быть явным:

- для процедур с необязательными и ключевыми аргументами,

- для функций с атрибутомdimension,

- длячистых (pure) функций и подпрограмм,

- в случае перегрузки типов, формы, операций и присваиваний.

Операторы End, Stop, Return

К оператору End применимы следующие правила:

1. послеоператораEnd рекомендуется повторять заголовок ПЕ

Subroutinename(аргументы)

Операторы

End Subroutine name

2. End – это последний оператор ПЕ, не только конец текста, но и нормальное завершение программы, что означает:

- в главной программе – закрытие файлов, освобождение памяти и возврат в ОС,

- в процедуре – освобождение динамической памяти и возврат в вызывающую программу.

Оператор Stopпо действию похож на Endглавнойпрограммы, только может встретиться в любом месте проекта – это, скорее всего, прекращение приложения из-за ошибки, на консоли – stop program terminated.

Оператор Return по действию похож на Endпроцедуры. Смысл оператора Return в следующем: он может появляться в любом месте любой из процедур – это всегда досрочное завершение активной процедуры.

Обмен данными в проекте

Программные единицы (ПЕ) проекта получают данные и формируют результаты. Помимо передачи данных через аргументы в Фортране-90 появились два новых способа доступа к объектам носителя данных по именам:

- вложенные процедуры импортируют объекты внешней ПЕ;

- объекты модуля общедоступны там, где модуль используют (use) и модуль является носителем данных, объекты модуля по умолчанию являются общедоступными (атрибутpublic), а локальные объекты модуля должны быть помечены атрибутом private.

Присоединение данных носителя

Носителем данных может быть:

- внешняя программа для своих внутренних процедур;

- модуль для своих модульных процедур;

- модульная процедура для своих внутренних процедур.

Пример: попадают ли пять точек из Array в круг?

Program Host

integer :: i; real :: R=5 ! радиус

real,public,dimension(1:2)::x0=(/1,1/)! координаты центра

real, dimension(1:2,1:5):: Array

Open(1,File='In.txt'); Open(2,File='Out.txt')

write(2,3) R,x0; read(1,*) Array

do i = 1,5

if(InCircle(Array(:,i))&

write(2,2)Array(:,i),'внутри круга'

Enddo

2 format('Точка с координатами [',f6.2,' , ',f6.2, '] - ', a)

3 format('Окружность радиуса ', f6.2, &
' с координатами центра [', f6.2, ',', f6.2, ']')

Contains

logical function InCircle(X) ! модульная процедура: X в круге?

real,intent(in),dimension(1:2)::X ! X - координаты точки

real:: R=1 ! радиус

InCircle = sum((X-x0)**2) < R*R

end function InCircle

end Program Host

Функция InCircle является внутренней, а главная программаHost манипулирует с объектами так:

- x0 присоединяется к числу видимых объектов внутренней функции InCircle из носителя данных Host;

- секция Array(:,i) поступает через аргументы, как вектор X в функции;

- R=5 главной программы и real:: R=1 внутренней функции не входят в противоречие – это просто две одноименные переменные; чтобы в InCircle не было R надо обязательно удалитьreal:: R=1.

Присоединение данных модуля

Модуль – централизованное хранилище общедоступных объектов, описываемых в проекте однократно. Оператор «use имя_модуля» размещают вслед за заголовком программной единицы – и тогда появляется доступ к объектам модуля: константам, переменным, массивам (атрибут public по умолчанию), интерфейсам процедур, спискам Namelist, производным типам данных, модульным процедурам, обслуживающим объекты модуля.

Пример: попадают ли 5 точек в круг радиуса 5 с центром в точке (1,2)?

Module Mo

real,dimension(1:2)::p0=(/1,2/) ! x,y - координаты центра

real,public:: R=1 ! инициализация радиуса

real,dimension(1:2,1:5)::P ! 5 точек (x,y)

Namelist /R_P0/R,P0

Contains

function InCircle()

logical,dimension(1:5)::InCircle

InCircle=(p(1,:)-p0(1))**2+(p(2,:)-p0(2))**2 < R**2

end function InCircle

end Module Mo

Program With_module

use Mo

R=5 ! изменение радиуса

Open(1,File='In.txt'); Open(2,File='Out.txt')

write(2,R_P0); read(1,*) P

write(2,22) R,p0; write(2,222) P

22 format('Радиус:',f6.1,' центр:[',f6.1,',',f6.1,']')

222 format( 'Точки:'/(2f6.1) )

write(2,*) InCircle() ! логический вектор для точек

if( all( InCircle()) ) write(2,*)'все точки внутри круга'

end Program With_module

Результат выполнения программы:

&R_P0

R = 5.000000 ,

P0 = 1.000000 , 2.000000

/

Радиус: 5.0 центр:[ 1.0, 2.0]

Точки:

1.0 2.0

3.0 4.0

0.0 1.0

2.0 3.0

40.0 50.0

T T T T F

Радиус real::R=1 указан в модуле. В главной программе написать real::R=5 нельзя – это вызовет ошибку, как повторное описание объекта R. Можно только перевычислить R=5.

Оператор use может исключить ошибки, вызванные коллизией имен:

- с помощью оператора use Mo, only: x0, InCircle можно ограничить список используемых имен модуля;

- заменив имя R на несуществующее имя R_null (use Mo, R_null=>R), можем писать оператор real::R в главной программе.

Атрибут private – локальный, приписанный объекту модуля, запретит доступ к объекту вне модуля. Проектируя модуль, следует избегать общедоступных (public) тривиальных имен вроде i, j, k, a и т.п.

Встроенные функции Фортрана

Встроенные функции являются неотъемлемой частью языка Фортран и их имена входят в число ключевых слов. В учебниках на русском языке наиболее полное описание функций имеется в [2]. У каждой функции – уникальное имя, типы аргументов. У многих функций имеются необязательные и ключевые аргументы. Многие функции заимствуют у одного из своих аргументов форму (такие функции называют элементными) и тип возвращаемого значения (такие функции называют родовыми). В Фортране-90 числовые функции стали элементными и родовыми: если аргумент – массив, то и результат – конформный массив того же типа, полученный применением функции поэлементно. Ряд математических функций, как max, min… являются родовыми, заимствующими тип у своего аргумента. В зависимости от выполняемых действий функции принято разбивать на группы. При работе с тригонометрическими функциями величину угла задают в радианах или в градусах, добавляя окончание d к имени функции.

Числовые функции

Таблица 37.

Функции редукции массивов

Редукция в переводе с английского – «сокращение». Функции редукции сокращают количество измерений исходного массива так, что у результата либо 0 измерений (это скаляр) либо число измерений меньше на одно указанное. Ключевые слова аргументов функций:

1. Array – числовой массив;

2. Dim - номер сокращаемого измерения, возможны два варианта:

- если аргумент Dim не указан, результат – скаляр (0 измерений);

- Dim указывает номер измерения, исчезающего у результата.

Для одномерного массива в обоих случаях в результате – скаляр;

3. Mask– свойство массива Array для участия в подведении итогов.

Каждый аргумент может быть:

- позиционным – на своем по порядку месте в списке аргументов функции и без ключевых слов «array=»,«mask=»или«dim=»;

- ключевым – аргумент задается с ключевыми словами «array=», «mask=», «dim=» независимо от номера в списке аргументов.

Важное требование: Array и Mask – конформные массивы. Для одномерных массивов это означает, что у них равное количество элементов. Часто Mask задают в виде логического выражения от числового массива, чтобы гарантировать конформность, например, для массива
Array=Ar задаютmask=Ar>0 или для Array=Ar(1:3) –mask=Ar>0.