Einführung in die Programmiersprache FORTRAN 77: Skriptum für Hörer aller Fachrichtungen ab 1. Semester

145 Pages·1981·3.46 MB·German

by  Günther Lamprecht (auth.)

G. Lamprecht
Einführung in die
Programmiersprache
FORTRAN 77
Programmiersprachen ----------.
Formale Sprachen, von H. Becker und H. Walter
Einführung in ALGOL 60, von H. Feldmann
Einführung in ALGOL 68, von H. Feldmann
Einführung in die Programmiersprache PASCAL,
von K.-H. Becker und G. Lamprecht
Einführung in PASCAL, von H. Feldmann
Die Programmiersprache PASCAL, von D. Krekel und W. Trier
Einführung in die Programmiersprache Ada, von M. Nagl
Einführung in die Programmiersprache PLl1, von H. Kamp
und H. Pudlatz
Einführung in die Programmiersprache FORTRAN 77
von G. Lamprecht
Einführung in die Programmiersprache FORTRAN IV,
von G. Lamprecht
Einführung in die Programmiersprache SIMULA,
von G. Lamprecht
Einführung in die Programmiersprache BASIC,
von W.-D. Schwill und R. Weibezahn
BASIC in der medizinischen Statistik, von H. Ackermann
Einführung in die Programmiersprache COBOL,
von W.-M. Kähler
PEAR L, Process and Experiment Automation Realtime
Language, von W. Werum und H. Windauer
Vieweg -----------------/
Günther Lamprecht
Einführung in die
Programmiersprache
FORTRAN 77
Skriptum für Hörer
aller Fachrichtungen ab 1. Semester
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Lampracht. Günther:
Einführung in die Programmiersprache
FORTRAN 77 (Siebenundsiebzig): Skriptum
für Hörer aller Fachrichtungen ab 1_
Semester/Günther Lamprecht. -
Braunschweig; Wiesbaden: Vieweg, 1981.
(Uni-Text!
ISBN 978-3-528-03345-3 ISBN 978-3-663-14158-7 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-14158-7
1. Auflage 1981
Nachdruck 1983
Alle Rechte vorbehalten
© Springer Fachmedien Wiesbaden 1981
Ursprünglich erschienen bei Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsegesellschaft mbH,
Braunschweig 1981.
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und andere Medien.
Inhaltsverzeichnis
Einleitung 1
1 Ein einführendes Beispiel 4
2 Bildung arithmetischer Ausdrücke 9
3 Schleifensteuerung, logische Größen 15
4 Polynomberechnung; Vektoren, Matrizen 23
5 Ausgabe auf dem Drucker; FORMAT-Anweisung 32
6 Eingabe von Datenkarten 45
7 Interne Darstellung von Zeichen; Initialisierung von Variablen 50
8 Unterprogrammtechnik: Funktionsunterprogramme 61
9 Unterprogrammtechnik: Subroutinen, Vektoren und Matrizen
als Parameter 69
10 Parameterübergabe durch den COMMON-Bereich 77
11 Der Datentyp COMPLEX 82
12 Zugriff auf Dateien 84
13 Uminterpretieren von Datensätzen; die Anweisungen DECODE
und ENCODE 93
Lösungen zu den Beispielen und Aufgaben 96
Anhang A: Interne ZahlendarsteIlung 121
B: DO-Schleifen 124
C: Vorgegebene Funktionen 127
D: Zusammenstellung der Statements 130
Sachwortverzeichnis 132
Vorwort
FORTRAN IV ist die im wissenschaftlichen Bereich am weitesten verbreitete
Programmiersprache. Für fast alle Rechenanlagen und in zunehmendem
Maße auch in Tischrechnern ("intelligenten Terminals") stehen FORTRAN
Compiler zur Verfügung.
Bedingt durch das große Spektrum von Rechenanlagen mit den vielfältigen
Bedürfnissen der verschiedensten Anwendungsgebiete wurden viele Sprach
erweiterungen von FORTRAN IV vorgenommen, so daß heute eine fast
unübersehbare Zahl von IISprachdialekten" vorliegt. Obwohl FORTRAN IV
eine sogenannte höhere Programmiersprache ist und damit die Programme
eigentlich unabhängig von der benutzten Rechenanlage sein sollten, haben
die verschiedenen FORTRAN-Dialekte zu Umstellungsschwierigkeiten ge
führt. Deshalb war es notwendig und konsequent, einen neuen FORTRAN
Standard zu schaffen. Dies ist mit FORTRAN 77 geschehen, das im wesent
lichen eine Erweiterung von FORTRAN IV darstellt und so die früheren
Abweichungen soweit wie möglich in den Standard aufnimmt.
Das vorliegende Buch führt in die Programmiersprache FORTRAN 77 an
Hand von Beispielen ein, wobei gleichzeitig auf abweichende Sprachelemente
von FORTRAN IV eingegangen wird. Die Beispiele und Aufgaben sind so
gewählt, daß sie ohne allzu große Vorkenntnisse mit den dargestellten
FORTRAN-Anweisungen gelöst werden können. Dabei lernt der Leser mit
Ausnahme weniger Anweisungen den gesamten Sprachumfang von FORTRAN 77
kennen.
Frau U. Kleinschmidt möchte ich an dieser Stelle für ihre Sorgfalt beim
Schreiben der Druckvorlage danken.
Bremen, im März 1981 Günther Lamprecht
-1-
Einleitung
Von der Formulierung eines Problems bis hin zu seiner Lösung können wir folgende
Stationen angeben, die nacheinander zu durchlaufen sind:
Entscheidet man sich bei der Auswahl der
adäquaten Hilfsmittel für die Anwendung
einer Rechenanlage, so muß der Lösungsweg
in eindeutiger Weise beschrieben werden.
Alle möglichen Sonderfälle müssen erkannt
und berücksichtigt sein. Erst dann kann
man den Lösungsweg - etwa in der
Programmiersprache Fortran - programmieren.
Nachdem das Programm in allen Einzelheiten
(am Schreibtisch) aufgestellt ist, kann
es Anweisung für Anweisung abgelocht, d.h.
auf Lochkarten übertragen werden. Das
Paket von Lochkarten stellt das Programm
in einer für die Rechenanlage "lesbaren"
Austesten
Programms Form dar.+)
Die Rechenanlage liest das Programm, das
kritische Diskussion in einer sogenannten problemorientierten
der Ergebnisse
Sprache formuliert ist, und übersetzt die
(Kontrollrechnung)
einzelnen Anweisungen mit Hilfe eines
besonderen Programms, des sogenannten
Compilers, in eine für die Maschine un
mittelbar verständliche Sprache
("maschinenorientierte Sprache").
In dieser Phase werden von dem Compiler alle Verstöße gegen die Regeln der
problemorientierten Sprache erkannt und dem Programmierer mitgeteilt.
Ist das Programm ausgetestet, d.h. sind alle formalen Fehler beseitigt und
liefert das Programm die berechneten Werte, so sind die Ergebnisse einer
kritischen Diskussion zu unterziehen. Von dieser Diskussion hängt es ab, ob
der Lösungsweg anders beschrieben,
die Wahl der adäquaten Hilfsmittel anders getroffen
oder das Problem anders formuliert
werden muß. Erst dann, wenn die Rechnung die gewünschten Ergebnisse liefert,
kann das betrachtete Problem als gelöst angesehen werden.
+)Die Lochkarten stellen nicht die einzige Eingabemöglichkeit für Programme dar,
wir werden sie aber wegen ihrer Anschaulichkeit hier beschreiben.
-2-
Für den formalen Aufbau der Programmiersprache Fortran ist es unwesentlich,
welche Konfiguration die benutzte Rechenanlage besitzt. Zum Verständnis ist
es aber sicher gut, den prinzipiellen Aufbau einer Rechenanlage zu kennen.
Er soll daher hier schematisch angegeben werden.
Arbei ts-
--
--- speicher
Magnet-
platten-
--
einheiten
Zentrale
Magnetband- -------- Rechen- ---
einheiten
einheit
---
Disketten-
einheiten
Von der zentralen Recheneinheit werden alle Geräte der Rechenanlage bedient.
Sie ist sozusagen das Herzstück. Uber den Kartenleser werden die Programme
(und eventuell zugehörige Daten) in die Rechenanlage gegeben. Auf dem Drucker
erscheinen ein Protokoll der eingegebenen Programmkarten und zusätzlich alle
Fehlermeldungen, die das Programm betreffen. Ist das Programm ausgetestet,
können die Ergebnisse ebenfalls über den Drucker ausgegeben werden, und zwar in
der Form, die im Programm vorgesehen ist.
Im Arbeitsspeicher wird das Programm während der gesamten Ausführungszeit
aufbewahrt und außerdem werden hier alle vom Programm angeforderten Speicher
plätze reserviert. Uber die Magnetband- und Magnetplatteneinheiten kann man
externe Speichermedien (Magnetbänder, Magnetplatten) ansprechen und so Daten
ein- oder ausgeben. Durch den Kartenstanzer können Programmkarten dupliziert
oder berechnete Daten auf Lochkarten ausgegeben werden, die man später über den
Kartenleser erneut eingeben kann.
In den letzten Jahren verloren die Lochkarten als Datenträger an Bedeutung. An
ihre Stelle traten als Programm-Eingabe-Möglichkeiten zunächst Time-Sharing-Geräte
("Terminals"), die dem Programmierer den unmittelbaren Zugang zur Rechenanlage
gaben. Neuerdings werden an den Terminals Disketten ("floppy disk") eingesetzt.
Dies sind runde Kunststoffscheiben mit einer oder zwei magnetisierbaren Ober
flächen, auf denen die Information von 1000 bis 5000 Lochkarten abgespeichert
-3-
werden kann. Gemeinsam ist den Eingabe-Medien für Programme, daß sie die
Information wie bei den Lochkarten strukturieren ("Kartenabbild"); aus diesem
Grunde wollen wir im folgenden die anschaulichere und anfaßbare Lochkarte
zugrunde legen.
In Fortran kann man als Grundelement Variable und Konstanten mit unterschied
lichen Eigenschaften handhaben. Hierzu zählen
- ganzzahlige Größen (INTEGER)
- reellwertige Größen (REAL und DOUBLE PRECISION)
- komplexwertige Größen (COMPLEX)
- logische Größen (LOGICAL)
und zusätzlich in Fortran 77
- Zeichen-Größen ( CHARACTER)
Die einzelnen Grundelemente kann man zu größeren Einheiten verknüpfen
(z.B. arithmetische Ausdrücke, Boolesche Ausdrücke, Zeichenausdrücke), man
kann ihre Werte ausgeben lassen (WRITE-Anweisungen) oder den Variablen Werte
durch Zuweisungen oder Eingabe-Anweisungen (READ) von externen Speichern
übermitteln.
Darüberhinaus kann man ein Programm durch Schleifen, Unterprogramme und bei
Fortran 77 auch durch Blöcke strukturieren. Die einzelnen Sprachelemente sollen
in den folgenden Kapiteln an Hand einfacher Beispiele beschrieben werden.
Dabei ist das Ziel nicht eine vollständige Beschreibung der Sprache - diese kann
man später im Handbuch nachlesen.+) Vielmehr soll das Verständnis für die Sprache
geweckt werden, wobei man bei späteren Anwendungen bewußt auf solche Teile der
Sprache verzichten sollte, die Schwierigkeiten beim tlbergang von einer Anlage
zur nächsten verursachen.
+)Trotzdem sind bis auf wenige, in der Praxis kaum benötigte Statements alle
Anweisungen von Fortran 77 beschrieben; vgl. Anhang D, Seite 130.