Bases & Structure de programme
Structure de programme & Hello World
Chaque programme Fortran commence par 'program NAME' et se termine par 'end program NAME'. 'implicit none' est OBLIGATOIRE en Fortran moderne — il force la déclaration explicite de toutes les variables (sans lui, Fortran utilise le typage implicite où les variables commençant par i-n sont entières, les autres réelles, ce qui est une source majeure de bugs). Le bloc 'contains' sépare le code exécutable des procédures internes (sous-routines/fonctions définies à l'intérieur du programme). Les commentaires commencent par '!'. La forme source libre (Fortran 90+) utilise l'extension .f90 ; les colonnes n'ont pas d'importance. Compilez avec gfortran/ifort.
program hello
! A complete Fortran program structure
implicit none
! declarations go here
integer :: status = 0
print *, "Hello, World!" ! list-directed output to stdout
! executable statements
call do_work(status)
print *, "Exit status: ", status
contains
subroutine do_work(st)
integer, intent(out) :: st
st = 0
print *, "Working..."
end subroutine do_work
end program hello
! Compile: gfortran hello.f90 -o hello
! Run: ./helloVariables & Types intrinsèques
Fortran a 5 types intrinsèques : integer, real, complex, character, logical. 'kind' sélectionne la précision/taille — utilisez kind=8 pour 64 bits (ou mieux, utilisez selected_real_kind/iso_fortran_env pour la portabilité). Les littéraux réels ont besoin d'un suffixe de kind : 3.14_8 (pas seulement 3.14). Double precision est la syntaxe héritée pour real(kind=8). Les littéraux complexes utilisent la forme (réel, imag). Les valeurs logiques sont .true. / .false. (avec des points). Les chaînes de caractères ont une 'len' fixe sauf si déclarées avec len=: et allocatable (longueur différée, Fortran 2003+). Initialisez toujours avec le suffixe de kind correspondant pour éviter une perte de précision silencieuse.
program variables
implicit none
! Integer types
integer :: count = 0
integer(kind=8) :: big = 9223372036854775807_8 ! 64-bit
! Real types
real :: x = 3.14 ! default (often 32-bit)
real(kind=8) :: y = 2.718281828459045_8 ! double precision
double precision :: z = 1.0d0
! Complex
complex :: c = (1.0, 2.0) ! 1 + 2i
complex(kind=8) :: cw = (1.0_8, 2.0_8)
! Character
character(len=20) :: name = "Alice"
character(len=:), allocatable :: flexible ! deferred length
! Logical
logical :: flag = .true.
! Print all
print *, count, big
print *, x, y, z
print *, c, cw
print *, name, flag
end program variablesConstantes & Paramètres
Les constantes utilisent l'attribut 'parameter' et doivent être initialisées à la déclaration. Elles ne peuvent pas être modifiées — le compilateur peut les optimiser et les intégrer. Utilisez SCREAMING_SNAKE_CASE par convention. character(*) signifie 'prendre la longueur de l'initialiseur' (pratique pour les constantes de chaîne). Les paramètres sont couramment utilisés pour les tailles de tableau, les constantes physiques et les codes entiers de type énumération. Fortran 2003+ a aussi de vrais types ENUM mais les entiers parameter restent le choix idiomatique. Les paramètres peuvent être utilisés dans les déclarations de dimension de tableau et d'autres contextes d'expression constante.
program constants
implicit none
! Named constants via 'parameter' attribute
integer, parameter :: MAX_SIZE = 100
real, parameter :: PI = 3.14159265
real, parameter :: E = 2.718281828
character(*), parameter :: APP_NAME = "MyApp"
! Using parameters
real :: arr(MAX_SIZE)
arr = 0.0
print *, APP_NAME, " size=", MAX_SIZE
print *, "Circumference: ", 2.0 * PI * 5.0
! Enum-like via parameter
integer, parameter :: SUNDAY = 1, MONDAY = 2, TUESDAY = 3
integer :: day = MONDAY
print *, "Day code: ", day
end program constantsOpérateurs & Expressions
Opérateurs Fortran : arithmétiques (+ - * / **), avec ** pour l'exponentiation (unique à Fortran). La division entière tronque vers zéro — utilisez real(a)/b pour la vraie division. Deux syntaxes relationnelles : moderne (< > == /= <= >=) et héritée (.lt. .gt. .eq. .ne. .le. .ge.). Logique : .and. .or. .not. .eqv. (équivalence) .neqv. (ou exclusif). La concaténation de chaînes utilise // ; trim() supprime les espaces de fin (Fortran remplit les chaînes de longueur fixe avec des espaces). mod vs modulo : mod suit le signe de la division tronquée, modulo suit la division par défaut — ils diffèrent pour les opérandes négatifs.
program operators
implicit none
integer :: a = 17, b = 5
real :: x = 2.0
! Arithmetic
print *, a + b, a - b, a * b ! 22 12 85
print *, a / b ! 3 (integer division!)
print *, real(a) / b ! 3.4 (cast to real)
print *, a ** 2 ! 289 (exponentiation)
print *, mod(a, b) ! 2 (modulo)
print *, modulo(a, b) ! 2 (differs for negatives)
! Relational (both forms work)
print *, a > b, a < b ! T F
print *, a .gt. b, a .lt. b ! T F (old form)
print *, a == b, a /= b ! F T
! Logical
print *, (a > 0) .and. (b > 0) ! T
print *, (a > 0) .or. (b < 0) ! T
print *, .not. (a > 0) ! F
print *, (a > 0) .eqv. (b > 0) ! T (equivalence)
! String concatenation
character(10) :: s1 = "Hello", s2 = "World"
print *, trim(s1) // " " // trim(s2) ! Hello World
end program operatorsFonctions intrinsèques & Math
Fortran a un riche ensemble de fonctions intrinsèques (intégrées). Math : abs, sqrt, exp, log (naturel), log10, sin/cos/tan/asin/acos/atan/atan2, sinh/cosh/tanh. Arrondi : int (tronquer), nint (le plus proche), floor, ceiling. Conversion : real(), int(), cmplx(). Interrogation : size, shape, huge (valeur max), tiny (min positif), kind. Toutes les fonctions trig prennent des radians. atan2(y, x) retourne l'angle dans le bon quadrant (contrairement à atan). Utilisez huge/tiny pour vérifier les limites de portée. Les intrinsèques sont élémentaires — elles fonctionnent sur les tableaux élément par élément automatiquement.
program intrinsics
implicit none
real :: x = -3.7, y = 2.5
! Math functions
print *, abs(x) ! 3.7
print *, sqrt(2.0) ! 1.414...
print *, exp(1.0) ! 2.718... (e^x)
print *, log(2.0) ! 0.693... (natural log)
print *, log10(1000.0) ! 3.0
print *, sin(3.14159/2) ! 1.0
print *, cos(0.0) ! 1.0
print *, atan2(1.0,1.0) ! 0.785... (pi/4)
! Rounding
print *, int(x) ! -3 (truncate toward zero)
print *, nint(x) ! -4 (nearest integer)
print *, floor(x) ! -4 (toward -inf)
print *, ceiling(x) ! -3 (toward +inf)
print *, abs(x), max(x, y), min(x, y) ! 3.7 2.5 -3.7
! Type conversion
print *, real(5) ! 5.0
print *, int(3.9) ! 3
! Inquiry
real :: arr(10)
print *, size(arr) ! 10
print *, huge(1) ! 2147483647
print *, tiny(1.0) ! smallest positive real
end program intrinsicsFlux de contrôle
If...Then...Else
IF bloc : 'if (cond) then ... else if (cond) then ... else ... end if'. Chaque branche a besoin de 'then' (sauf le else final). Le IF logique est sur une ligne : 'if (cond) statement' (pas de 'then'/'end if'). Les conditions utilisent des opérateurs relationnels (< > == /= <= >= ou .lt. .gt. .eq. .ne. .le. .ge.) combinés avec .and. .or. .not. 'stop' termine le programme (optionnellement avec un message/code). Le IF arithmétique (if (x) label1, label2, label3) est supprimé dans Fortran 2018 — ne l'utilisez jamais. Utilisez toujours 'implicit none' pour que les variables non déclarées soient détectées.
program if_demo
implicit none
integer :: score = 85
character(1) :: grade
! Multi-branch if/else if/else
if (score >= 90) then
grade = 'A'
else if (score >= 80) then
grade = 'B'
else if (score >= 70) then
grade = 'C'
else if (score >= 60) then
grade = 'D'
else
grade = 'F'
end if
print *, "Score ", score, " -> Grade ", grade
! Logical if (single statement, no 'then')
if (score < 0 .or. score > 100) stop "Invalid score"
! Arithmetic if (OBSOLETE - avoid)
! if (x) 10, 20, 30 ! jump to label based on sign
end program if_demoSelect Case (Switch)
select case est l'instruction switch de Fortran. Les cas peuvent être des valeurs uniques (case (3)), des listes (case (1, 3, 5)) ou des intervalles (case (4:5) signifie 4 à 5 inclus). case default est le repli. Contrairement à C, il n'y a PAS de chute — chaque branche est indépendante et une seule s'exécute. Fonctionne avec les types integer, character et logical (PAS real). Les intervalles de caractères utilisent l'ordre ASCII ('A':'Z'). Pour les comparaisons en virgule flottante, utilisez if/else. select case est plus efficace que les longues chaînes if/else if pour le dispatch entier/caractère (le compilateur peut utiliser des tables de saut).
program case_demo
implicit none
integer :: day = 3
character(1) :: ch = 'A'
character(10) :: day_name
! Integer select case
select case (day)
case (1)
day_name = "Monday"
case (2)
day_name = "Tuesday"
case (3)
day_name = "Wednesday"
case (4:5)
day_name = "Thu/Fri"
case (6:7)
day_name = "Weekend"
case default
day_name = "Invalid"
end select
print *, day_name
! Character select case (case-insensitive via pre-upper)
select case (ch)
case ('A':'Z')
print *, "Uppercase letter"
case ('a':'z')
print *, "Lowercase letter"
case ('0':'9')
print *, "Digit"
case default
print *, "Other"
end select
! Logical select case
select case (day > 5)
case (.true.)
print *, "Weekend!"
case (.false.)
print *, "Weekday"
end select
end program case_demoBoucles Do (comptées)
Boucle DO comptée : 'do var = start, end, step' (step par défaut à 1). La boucle s'exécute tant que var <= end (pour step positif) ou var >= end (pour step négatif). var est incrémenté APRÈS chaque itération. Les constructions implied-do [(expr, var=start,end)] sont puissantes pour l'initialisation de tableau et les listes d'E/S. Les boucles nommées (outer: do ... end do outer) permettent de cibler cycle/exit vers un niveau d'imbrication spécifique. La variable de boucle est automatiquement définie ; en Fortran elle conserve sa valeur finale après la boucle. Évitez de modifier la variable de boucle à l'intérieur du corps de la boucle.
program do_loops
implicit none
integer :: i, j, total
! Basic counted loop: do var = start, end [, step]
do i = 1, 5
print *, i ! 1 2 3 4 5
end do
! With step
do i = 10, 1, -1 ! countdown
print *, i
end do
do i = 0, 100, 25 ! 0 25 50 75 100
print *, i
end do
! Implied-do (inline, for array init / I/O)
integer :: arr(5) = [(i**2, i=1,5)] ! 1 4 9 16 25
print *, arr
print *, (i, i=1,3) ! 1 2 3
! Nested loops with labels (for cycle/exit targeting)
total = 0
outer: do i = 1, 3
inner: do j = 1, 3
total = total + i*j
end do inner
end do outer
print *, "Total: ", total
end program do_loopsDo While & Boucles infinies
do while (cond) ... end do est une boucle à pré-test (vérifie la condition avant chaque itération ; peut s'exécuter zéro fois). Pour un comportement post-test, utilisez do ... if (cond) exit ... end do. Le 'do ... end do' nu est une boucle infinie — vous DEVEZ avoir une instruction exit (sinon infini). 'exit' quitte la boucle la plus interne (ou une boucle nommée). Les boucles nommées (factorial_loop:) permettent à exit de cibler une boucle externe. Utilisez do while lorsque le nombre d'itérations est inconnu et dépend d'une condition ; utilisez do compté lorsque le nombre est connu à l'avance.
program while_demo
implicit none
integer :: n, count
real :: x, sum
! do while: pre-test loop
n = 1024
count = 0
do while (n > 1)
n = n / 2
count = count + 1
end do
print *, "log2(1024) = ", count ! 10
! Infinite loop with exit
sum = 0.0
do
read(*, *) x
if (x < 0) exit ! leave loop
sum = sum + x
end do
print *, "Sum: ", sum
! do ... end do with conditional exit
n = 1
factorial_loop: do
if (n > 10) exit factorial_loop
print *, n, factorial(n)
n = n + 1
end do factorial_loop
contains
recursive function factorial(n) result(f)
integer, intent(in) :: n
integer :: f
if (n <= 1) then
f = 1
else
f = n * factorial(n-1)
end if
end function factorial
end program while_demoCycle, Exit & Contrôle de boucle
cycle saute le reste de l'itération courante et passe à la suivante (comme 'continue' en C/Python). exit sort de la boucle entièrement (comme 'break'). Les deux ciblent la boucle la plus interne par défaut, mais avec les boucles nommées (search: do ... end do search) vous pouvez cibler une boucle externe : 'exit search' ou 'cycle search'. C'est essentiel pour sortir proprement des boucles imbriquées. Utilisez cycle pour le filtrage (sauter les itérations indésirables) et exit pour l'arrêt anticipé (recherche trouvée, erreur détectée). Les boucles nommées rendent le flux de contrôle imbriqué explicite et lisible.
program loop_control
implicit none
integer :: i, j
! cycle: skip to next iteration (like 'continue' in C)
do i = 1, 10
if (mod(i, 2) == 0) cycle ! skip even numbers
print *, i ! 1 3 5 7 9
end do
! exit: break out of loop (like 'break' in C)
do i = 1, 100
if (i * i > 50) then
print *, "Stopped at i=", i
exit
end if
end do
! Named loops: cycle/exit can target outer loops
search: do i = 1, 5
do j = 1, 5
if (i + j == 7) then
print *, "Found: ", i, "+", j, "= 7"
exit search ! break out of OUTER loop
end if
end do
end do search
! Early exit from a search
integer :: arr(10) = [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6, 5, 3]
do i = 1, size(arr)
if (arr(i) == 9) then
print *, "Found 9 at index ", i
exit
end if
end do
end program loop_controlTableaux & Opérations vectorielles
Déclaration & Initialisation de tableau
Les tableaux Fortran sont indexés à 1 par défaut (borne inférieure = 1), mais vous pouvez spécifier une borne inférieure personnalisée : a(0:4) a des indices 0..4. Les tableaux multidimensionnels utilisent l'ordre (lignes, colonnes) — stockage colonne-major (le premier index varie le plus vite en mémoire). Initialisez avec des constructeurs de tableau [1,2,3] ou implied-do [(expr, i=start,end)]. reshape remplit un tableau multidimensionnel à partir d'une liste 1D. size() retourne le nombre total d'éléments ; lbound/ubound retournent les bornes inférieures/supérieures. shape() retourne la forme comme un tableau 1D. Les tableaux sont 'whole-array' — vous pouvez les affecter et opérer dessus sans boucles explicites.
program array_decl
implicit none
! Declaration with dimension
integer :: a(5) ! 1D, indices 1..5
integer :: b(0:4) ! 1D, indices 0..4 (custom lower bound)
real :: c(3, 4) ! 2D, 3 rows x 4 cols
real, dimension(10) :: d ! using dimension attribute
! Initialization at declaration
integer :: x(5) = [1, 2, 3, 4, 5]
integer :: y(5) = [(i*2, i=1,5)] ! implied-do: 2 4 6 8 10
integer :: z(5) = 0 ! all zeros
real :: m(2,2) = reshape([1,2,3,4], [2,2])
! Allocation later
print *, size(x), lbound(x), ubound(x) ! 5 1 5
print *, size(c, dim=1) ! 3 (rows)
print *, size(c, dim=2) ! 4 (cols)
! Array of characters
character(10) :: names(3) = ["Alice", "Bob", "Carol"]
print *, names(2) ! Bob
end program array_declSections de tableau & Indices vectoriels
Les sections de tableau (slicing) utilisent la syntaxe a(start:end:stride) — toutes les parties optionnelles. Le pas peut être négatif (inverser). Les indices vectoriels permettent de rassembler/disperser avec un tableau d'indices : a(idx) retourne [a(idx(1)), a(idx(2)), ...]. Les sections peuvent être affectées : a(2:4) = [99,98,97]. La construction 'where' est une affectation conditionnelle au niveau du tableau (comme numpy where). Les opérations de tableau de Fortran sont vectorisées — pas de boucles explicites nécessaires pour les opérations élément par élément. C'est la fonctionnalité tueuse de Fortran pour le code numérique : syntaxe propre, de type mathématique que les compilateurs auto-vectorisent.
program array_sections
implicit none
integer :: a(10) = [(i, i=1,10)]
integer :: b(5)
integer :: idx(3) = [2, 5, 7]
! Array sections (slicing): a(start:end[:stride])
print *, a(3:7) ! 3 4 5 6 7
print *, a(1:10:2) ! 1 3 5 7 9 (stride 2)
print *, a(:5) ! 1 2 3 4 5 (start defaults to 1)
print *, a(6:) ! 6 7 8 9 10 (end defaults to ubound)
print *, a(::3) ! 1 4 7 10
print *, a(10:1:-1) ! 10 9 8 ... 1 (reverse)
! Vector subscript (gather)
b = a(idx) ! b = [a(2), a(5), a(7)] = [2, 5, 7]
print *, b
! Assigning to a section
a(2:4) = [99, 98, 97]
print *, a(1:5) ! 1 99 98 97 5
! 2D sections
real :: m(4,4) = 0.0
m(2:3, 2:3) = 1.0 ! set 2x2 sub-block
print *, m(2,2), m(3,3) ! 1.0 1.0
! Where construct (masked array assignment)
where (a > 50) a = 0 ! set elements > 50 to 0
end program array_sectionsTableaux multidimensionnels & Matrices
Fortran stocke les tableaux en colonne-major (le premier index varie le plus vite en mémoire) — contrairement à C. reshape remplit dans l'ordre colonne-major, donc reshape([1,2,3,4],[2,2]) donne [[1,3],[2,4]]. matmul(A,B) est la vraie multiplication matricielle (algèbre linéaire) ; A*B est élément par élément (Hadamard) — ils ne sont PAS les mêmes ! transpose(A) retourne la transposée. Réductions : sum, product, maxval, minval, maxloc, minloc, count — toutes prennent en charge dim= pour réduire le long d'un axe. Pour des performances élevées, écrivez les boucles dans l'ordre colonne-major (boucle la plus interne sur le premier index) pour être cache-friendly.
program matrices
implicit none
real :: A(3,3), B(3,3), C(3,3)
integer :: i, j
! Initialize with implied-do
A = reshape([(real(i), i=1,9)], [3,3])
! A = 1 4 7
! 2 5 8
! 3 6 9 (column-major fill!)
! Identity matrix
B = 0.0
do i = 1, 3
B(i,i) = 1.0
end do
! Matrix multiplication (intrinsic)
C = matmul(A, B) ! A * I = A
print *, C(1,1), C(2,2) ! 1.0 5.0
! Transpose
print *, transpose(A)(1,:) ! 1 2 3 (first row of A^T)
! Element-wise operations
C = A + B ! element-wise add
C = A * 2.0 ! scalar multiply
C = A * B ! element-wise (NOT matmul!)
! Array reduction along a dimension
print *, sum(A, dim=1) ! column sums: 6 15 24
print *, sum(A, dim=2) ! row sums: 12 15 18
print *, maxval(A) ! 9.0
print *, maxloc(A) ! 3 3 (location of max)
! Reshape
integer :: flat(6) = [1,2,3,4,5,6]
integer :: mat(2,3)
mat = reshape(flat, [2,3])
end program matricesTableaux allouables (Dynamiques)
Les tableaux allocatable sont la méthode moderne pour la mémoire dynamique en Fortran — plus sûrs que les pointeurs (pas de fuites de mémoire, désallocation automatique à la sortie de la portée). Déclarez avec l'attribut allocatable et une forme différée (:, (:,:), etc.). allocate() avec stat= attrape les erreurs (vérifiez toujours !). deallocate() libère explicitement. Fortran 2003+ prend en charge la réallocation automatique à l'affectation : flex = [flex, 4] agrandit le tableau. allocated() vérifie si actuellement alloué. Les allocatables sont préférés aux pointeurs pour les tableaux dynamiques car le compilateur les suit et les libère automatiquement — pas de fuites, pas de pointeurs pendants.
program alloc_demo
implicit none
integer, allocatable :: arr(:), matrix(:,:)
integer :: n, m, i, stat
! Get size from user
print *, "Enter size:"
read(*, *) n
m = n * 2
! Allocate
allocate(arr(n), matrix(n, m), stat=stat)
if (stat /= 0) then
print *, "Allocation failed!"
stop 1
end if
! Use the arrays
arr = [(i, i=1, n)]
matrix = 0.0
do i = 1, n
matrix(i, :) = i
end do
print *, size(arr), size(matrix, dim=2)
print *, allocated(arr) ! T
! Deallocate (or let it auto-deallocate at scope exit)
deallocate(arr, matrix)
print *, allocated(arr) ! F
! Automatic reallocation on assignment (Fortran 2003)
integer, allocatable :: flex(:)
flex = [1, 2, 3] ! auto-allocates to size 3
flex = [flex, 4, 5] ! reallocates to size 5: 1 2 3 4 5
print *, flex
deallocate(flex)
end program alloc_demoFonctions intrinsèques de tableau
Les intrinsèques de tableau de Fortran sont son superpouvoir. Réductions : sum, product, maxval, minval, maxloc (index du max), minloc, count (nombre de true), any (existe), all (tous). Toutes prennent en charge mask= pour la réduction conditionnelle. pack() rassemble les éléments où le masque est true (comme numpy compress) ; unpack() disperse. cshift/eoshift font tourner les tableaux (circulaire vs end-off). merge(a, b, mask) fait la sélection élément par élément. Note : Fortran n'a PAS de tri intégré — vous devez en écrire un (ou utiliser une bibliothèque). Ces intrinsèques sont élémentaires et vectorisables, rendant le code Fortran à la fois propre et rapide.
program array_funcs
implicit none
integer :: a(5) = [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6]
! Wait, let's fix size
integer :: b(8) = [3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6]
integer :: c(5) = [10, 20, 30, 40, 50]
logical :: mask(5) = [.true., .false., .true., .false., .true.]
! Inquiry
print *, size(b) ! 8
print *, shape(b) ! 8
print *, lbound(b), ubound(b) ! 1 8
! Reductions
print *, sum(b) ! 31
print *, product(c) ! 120000000
print *, maxval(b), minval(b) ! 9 1
print *, maxloc(b) ! 6 (index of max)
print *, minloc(b) ! 2 (index of min, first occurrence)
print *, count(b > 3) ! 5 (number of true elements)
print *, any(b > 8) ! T (at least one)
print *, all(b > 0) ! T (all of them)
! With mask
print *, sum(b, mask=b > 3) ! sum of elements > 3
print *, pack(b, b > 3) ! compact array of elements > 3
print *, unpack([1,2], mask, 0) ! spread values per mask
! Manipulation
print *, cshift(b, 2) ! circular shift left by 2
print *, eoshift(b, 2) ! end-off shift left by 2 (fills 0)
print *, merge(b, c, mask) ! element-wise: b where mask true, else c
! Sorting (Fortran 2003+)
integer :: sorted(8)
sorted = b
call sort_array(sorted) ! custom sort (no built-in sort)
end program array_funcsChaînes & Gestion de caractères
Déclaration de caractère & Longueur
Les chaînes Fortran sont de LONGUEUR FIXE par défaut — les chaînes plus courtes sont remplies d'espaces pour atteindre la longueur déclarée. character(N) ou character(len=N) déclare une longueur N. character(*) prend la longueur du contexte (initialiseur de paramètre ou argument factice). character(:), allocatable permet les chaînes dynamiques à longueur différée (Fortran 2003+) — la chaîne se réalloue à l'affectation. len() retourne la longueur déclarée ; len_trim() retourne la longueur sans espaces de fin. trim() retourne la chaîne sans espaces de fin (mais le résultat est toujours de longueur fixe dans le contexte). Pour le traitement de texte à longueur variable, utilisez des chaînes allocatable à longueur différée.
program char_decl
implicit none
! Fixed-length strings
character(10) :: s1 = "Hello"
character(len=20) :: s2 = "World"
character(20) :: s3 ! len= keyword optional
! Deferred-length (allocatable) - Fortran 2003+
character(:), allocatable :: flex
flex = "Dynamic" ! len=7
flex = "Now longer string" ! reallocates to len=18
print *, len(flex) ! 18
! Array of strings
character(15) :: names(3) = ["Alice", "Bob", "Carol"]
! Single character
character(1) :: ch = 'A'
character :: ch2 = 'B' ! len=1 default
print *, s1 ! "Hello " (padded to 10)
print *, trim(s1) ! "Hello" (no padding)
print *, len(s1), len_trim(s1) ! 10 5
print *, names(2) ! "Bob" (padded)
end program char_declConcaténation de chaînes & Opérations
La concaténation de chaînes utilise l'opérateur //. repeat(s, n) répète une chaîne n fois. Les sous-chaînes utilisent s(start:end) — indexé à 1, INCLUSIF aux deux extrémités (contrairement à Python). s(8:) signifie de la position 8 à la fin ; s(:5) signifie du début à la position 5. index(s, sub) retourne la position de la première occurrence de sub (0 si non trouvée, sensible à la casse). scan(s, set) retourne la position du premier caractère DANS l'ensemble ; verify(s, set) retourne le premier caractère PAS dans l'ensemble. adjustl/adjustr décalent les espaces de début/fin. Les chaînes Fortran ne sont PAS terminées par null comme C — la longueur est suivie séparément.
program string_ops
implicit none
character(20) :: first = "John", last = "Doe"
character(50) :: full
! Concatenation with //
full = first // " " // last ! "John Doe"
print *, trim(full)
! Repeat
print *, repeat("-", 30) ! 30 dashes
! Substring (1-indexed, inclusive)
character(20) :: s = "Hello, World!"
print *, s(1:5) ! "Hello"
print *, s(8:12) ! "World"
print *, s(8:) ! "World!" (to end)
print *, s(:5) ! "Hello" (from start)
! Index (find substring)
print *, index(s, "World") ! 8 (position, 0 if not found)
print *, index(s, "world") ! 0 (case-sensitive)
print *, scan(s, "aeiou") ! 2 (first vowel position)
print *, verify(s, "abcdefg") ! 1 (first char NOT in set)
! Length
print *, len_trim(s) ! 13
print *, adjustl(s) ! left-justify
print *, adjustr(s) ! right-justify
end program string_opsFonctions intrinsèques de chaîne
iachar(c) retourne le code ASCII d'un caractère ; achar(i) est l'inverse. (ichar/char dépendent du processeur — préférez iachar/achar pour la portabilité.) Fortran n'a PAS de conversion de casse intégrée — utilisez iachar/achar manuellement (A-Z est 65-90, a-z est 97-122, la différence est 32). Comparaison lexicographique : lge/lgt/lle/llt (lexicalement supérieur/inférieur à) gèrent les chaînes de longueurs différentes gracieusement. Les E/S internes (read/write vers une chaîne au lieu d'un fichier) sont la méthode idiomatique pour convertir entre chaînes et nombres : read(str, *) num et write(str, fmt) num. Le format I0 donne des entiers à largeur minimale (pas de remplissage).
program string_funcs
implicit none
character(20) :: s = "Hello World"
integer :: i
character(1) :: ch
! Character code conversion
print *, iachar('A') ! 65 (ASCII code)
print *, achar(66) ! 'B' (from ASCII code)
print *, ichar('A') ! processor-dependent (use iachar for ASCII)
! Case conversion (manual - no built-in)
do i = 1, len_trim(s)
ch = s(i:i)
if (ch >= 'A' .and. ch <= 'Z') then
s(i:i) = achar(iachar(ch) + 32) ! to lowercase
end if
end do
print *, s ! "hello world"
! Comparison
print *, lge("apple", "banana") ! F (lexicographic >=)
print *, lgt("zebra", "apple") ! T
print *, lle("abc", "abcd") ! T (<=)
print *, llt("abc", "abd") ! T (<)
! String to number conversion (internal read)
character(20) :: num_str = "3.14159"
real :: pi_val
read(num_str, *) pi_val
print *, pi_val * 2 ! 6.28318
! Number to string (internal write)
character(20) :: out_str
integer :: n = 42
write(out_str, '(I0)') n ! I0 = minimal-width integer
print *, "Number: " // trim(out_str)
end program string_funcsFormatage de chaînes
Les spécifications de format vivent dans une chaîne : '(I5, F8.2, A)'. I=entier, F=réel à virgule fixe, E=exponentiel, ES=scientifique (mantisse 1-10), A=caractère, X=espace, /=nouvelle ligne. La largeur vient en premier (I5 = largeur 5), puis .m optionnel pour les chiffres min (I5.3). I0 signifie largeur minimale (pas de remplissage). ES donne une vraie notation scientifique (1.23E+6) vs E (0.12E+7). Répétitions : 3I4 = trois entiers chacun de largeur 4. Littéraux de chaîne dans le format : '("text")'. Le format peut être une variable chaîne, un * (list-directed, le compilateur choisit) ou une étiquette (numéro d'instruction). Pour une sortie propre, préférez I0 pour les entiers et F ou ES pour les réels.
program format_demo
implicit none
integer :: n = 42
real :: pi = 3.14159265
real :: big = 1234567.89
character(20) :: name = "Alice"
! Format specifiers
! Iw - integer, width w
! Iw.m - integer, width w, at least m digits
! Fw.d - fixed-point real, width w, d decimals
! Ew.d - exponential, width w, d decimals
! Aw - character, width w
! A - character, default width
! nX - n spaces
! / - newline
write(*, '(I5)') n ! " 42"
write(*, '(I5.3)') n ! " 042"
write(*, '(I0)') n ! "42" (minimal)
write(*, '(F10.4)') pi ! " 3.1416"
write(*, '(E12.4)') big ! " 0.1235E+07"
write(*, '(ES12.4)') big ! " 1.2346E+06" (scientific)
write(*, '(A10)') name ! " Alice"
write(*, '(A, I3)') "n=", n ! "n= 42"
! Multiple items
write(*, '(A, I3, A, F8.4)') "n=", n, " pi=", pi
! Repeated format: 3I4 = three integers width 4
write(*, '(3I4)') 1, 2, 3 ! " 1 2 3"
! Newline and spacing
write(*, '("Name: ", A, /, "Age: ", I3)') name, n
! List-directed (default format)
print *, name, n, pi
end program format_demoAnalyse & Tokenisation
Fortran n'a PAS de split/tokenize intégré — vous devez l'écrire manuellement en utilisant index() et les sous-chaînes. Le modèle : trouvez le délimiteur avec index, extrayez le jeton avec une sous-chaîne, avancez au-delà du délimiteur, répétez. Pour les paires clé=valeur, trouvez '=' avec index et divisez en clé (avant) et valeur (après). trim() supprime les espaces de fin ; adjustl() supprime les espaces de début. Pour une analyse robuste, gérez aussi les jetons vides et les espaces. Alternativement, utilisez des lectures internes avec des spécificateurs de format pour les données structurées, ou lisez depuis une chaîne comme si c'était un fichier. Des bibliothèques comme split() existent dans certains frameworks Fortran mais ne sont pas standard.
program parse_demo
implicit none
character(100) :: line = "name=Bob,age=30,city=NYC"
character(50) :: token
integer :: pos, start, end
! Split by comma
start = 1
do
end = index(line(start:), ",")
if (end == 0) then
! last token
token = line(start:)
call process(trim(token))
exit
end if
token = line(start:start+end-2)
call process(trim(token))
start = start + end
end do
contains
subroutine process(t)
character(*), intent(in) :: t
integer :: eq_pos
eq_pos = index(t, "=")
if (eq_pos > 0) then
print *, "Key: ", trim(t(:eq_pos-1)), &
" Value: ", trim(t(eq_pos+1:))
end if
end subroutine process
end program parse_demo
! Output:
! Key: name Value: Bob
! Key: age Value: 30
! Key: city Value: NYCProcédures : Fonctions & Sous-routines
Fonctions
Les fonctions retournent une valeur et sont utilisées dans les expressions (comme les fonctions math). Syntaxe moderne : 'function name(args) result(var)' — la variable result est ce qui est retourné. intent(in) marque les arguments en lecture seule (le compilateur l'applique). Les fonctions peuvent retourner des scalaires OU des tableaux (utilisez size() de l'entrée pour dimensionner la sortie). Les fonctions devraient être PURE (pas d'effets de bord) — ne modifiez pas l'état global et ne faites pas d'E/S dans une fonction. Les procédures internes (dans le bloc 'contains') ont accès aux variables de l'hôte (association hôte). Pour les procédures externes, utilisez un bloc interface pour spécifier la signature.
program func_demo
implicit none
! Function declared in interface or as external
print *, add(3, 4) ! 7
print *, square(5) ! 25
print *, distance(0.0, 0.0, 3.0, 4.0) ! 5.0
contains
! Basic function with result clause
function add(a, b) result(c)
integer, intent(in) :: a, b
integer :: c
c = a + b
end function add
! Function with result named same as function (legacy)
function square(x) result(y)
integer, intent(in) :: x
integer :: y
y = x * x
end function square
! Real function
function distance(x1, y1, x2, y2) result(d)
real, intent(in) :: x1, y1, x2, y2
real :: d
d = sqrt((x2-x1)**2 + (y2-y1)**2)
end function distance
! Array-valued function
function reverse(arr) result(rev)
integer, intent(in) :: arr(:)
integer :: rev(size(arr))
integer :: i, n
n = size(arr)
do i = 1, n
rev(i) = arr(n-i+1)
end do
end function reverse
end program func_demoSous-routines & Intent
Les sous-routines sont appelées avec 'call' et ne retournent pas de valeur — elles modifient les arguments sur place. Utilisez des sous-routines lorsque : (1) vous devez modifier plusieurs arguments, (2) l'opération est une 'commande' pas un 'calcul', (3) retourner un résultat de type tableau est maladroit. Les attributs intent documentent et appliquent la direction de l'argument : intent(in) = lecture seule (erreur de compilation si vous affectez), intent(out) = écriture seule (non défini à l'entrée, doit être défini avant le retour), intent(inout) = lecture-écriture. Spécifiez toujours intent — cela détecte les bugs et permet l'optimisation. Les sous-routines peuvent modifier les tableaux qui leur sont passés (pas de copie faite s'ils sont contigus).
program sub_demo
implicit none
integer :: x = 10, y = 20
real :: arr(5) = [1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0]
! Subroutines are called with 'call'
call swap(x, y)
print *, x, y ! 20 10
call scale_array(arr, 2.0)
print *, arr ! 2 4 6 8 10
call fill_zero(arr)
print *, arr ! 0 0 0 0 0
contains
subroutine swap(a, b)
integer, intent(inout) :: a, b ! read AND write
integer :: tmp
tmp = a
a = b
b = tmp
end subroutine swap
subroutine scale_array(a, factor)
real, intent(inout) :: a(:)
real, intent(in) :: factor
a = a * factor ! whole-array operation
end subroutine scale_array
subroutine fill_zero(a)
real, intent(out) :: a(:) ! write-only (output)
a = 0.0
end subroutine fill_zero
end program sub_demoFonctions pures & élémentaires
Les fonctions pure n'ont PAS d'effets de bord : pas d'E/S, pas de modification de variable globale, pas de stop, ne peuvent appeler que d'autres procédures pure. Elles permettent l'optimisation du compilateur (parallélisation, élimination des sous-expressions communes) et sont requises dans certains contextes (par ex., DO CONCURRENT). Les fonctions élémentaires sont écrites pour des SCALAIRES mais fonctionnent automatiquement sur les tableaux élément par élément — écrivez une fois, utilisez pour les deux. pure elemental combine les deux. Utilisez pure pour toute fonction qui est vraiment une fonction math (pas d'effets de bord). Utilisez elemental lorsque l'opération s'applique naturellement élément par élément aux tableaux (fonctions math, conversions). Le compilateur peut auto-vectoriser les appels élémentaires sur les tableaux.
program pure_demo
implicit none
real :: a(5) = [1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0]
real :: b(5)
integer :: i
! Pure function: no side effects, no I/O
b = square_arr(a)
print *, b ! 1 4 9 16 25
! Elemental function: works on scalars AND arrays automatically
b = cube(a) ! applies cube() element-wise
print *, b ! 1 8 27 64 125
print *, cube(2.0) ! also works on scalar: 8.0
contains
! Pure: no side effects, no I/O, no stop, only pure calls
pure function square_arr(x) result(y)
real, intent(in) :: x(:)
real :: y(size(x))
y = x * x
end function square_arr
! Elemental: scalar signature, but works on arrays too
elemental function cube(x) result(y)
real, intent(in) :: x
real :: y
y = x * x * x
end function cube
! Pure elemental: both
pure elemental double precision function sq(x) result(y)
double precision, intent(in) :: x
double precision :: y
y = x * x
end function sq
end program pure_demoArguments optionnels & par mot-clé
Les arguments optionnels permettent aux appelants de les omettre. Utilisez present(arg) à l'intérieur de la procédure pour vérifier si un argument a été fourni — accéder à un optionnel absent est un comportement indéfini. Les arguments par mot-clé (name="value") permettent de passer les arguments dans n'importe quel ordre et rendent les appels auto-documentés. Une fois que vous utilisez un mot-clé, tous les arguments suivants doivent aussi utiliser des mots-clés. Les arguments optionnels doivent venir après tous les arguments requis dans la signature. Les valeurs par défaut sont implémentées via des vérifications present() (Fortran n'a pas de syntaxe de défaut intégrée). Mot-clé + optionnel ensemble permettent des API flexibles : les appelants spécifient uniquement ce dont ils ont besoin.
program optional_demo
implicit none
! All arguments after the first optional must also be optional
print *, greet("Alice") ! Hello, Alice!
print *, greet("Bob", "Hi") ! Hi, Bob!
print *, greet("Carol", greeting="Hey") ! keyword argument
print *, greet(greeting="Welcome", name="Dave") ! all keywords
! With present() check
call log_msg("Starting up")
call log_msg("Error!", level=2)
call log_msg("Debug info", level=0, file="debug.log")
contains
function greet(name, greeting) result(msg)
character(*), intent(in) :: name
character(*), intent(in), optional :: greeting
character(50) :: msg
character(20) :: g
if (present(greeting)) then
g = greeting
else
g = "Hello"
end if
msg = trim(g) // ", " // name // "!"
end function greet
subroutine log_msg(message, level, file)
character(*), intent(in) :: message
integer, intent(in), optional :: level
character(*), intent(in), optional :: file
integer :: lvl
lvl = 1
if (present(level)) lvl = level
print *, "[L", lvl, "] ", trim(message)
end subroutine log_msg
end program optional_demoProcédures internes & récursives
Les procédures internes (à l'intérieur de 'contains') ont une association hôte — elles peuvent lire ET modifier les variables du programme hôte (comme des fermetures). Utilisez-les pour les assistants qui ont besoin de l'état hôte. Les procédures récursives doivent être déclarées avec le préfixe 'recursive' (Fortran 90/2003) ; Fortran 2018 fait de la récursivité le défaut. Pour la récursivité mutuelle, utilisez un bloc interface pour déclarer la référence forward. La récursivité est élégante mais peut être lente (surcoût d'appel de fonction) et risquée (débordement de pile pour la récursivité profonde). Pour factorielle/fibonacci, les versions itératives sont plus rapides et plus sûres. Utilisez la récursivité pour les problèmes naturellement récursifs (traversal d'arbre, diviser-pour-régner) avec profondeur bornée.
program nested_demo
implicit none
integer :: counter = 0 ! host variable
! Internal procedures (in contains) access host variables
call increment
call increment
print *, counter ! 2
! Recursive function
print *, factorial(5) ! 120
print *, fib(10) ! 55
! Mutual recursion (needs forward declaration)
print *, is_even(4) ! T
contains
subroutine increment
counter = counter + 1 ! modifies host's counter
end subroutine increment
recursive function factorial(n) result(f)
integer, intent(in) :: n
integer :: f
if (n <= 1) then
f = 1
else
f = n * factorial(n-1)
end if
end function factorial
recursive function fib(n) result(f)
integer, intent(in) :: n
integer :: f
if (n < 2) then
f = n
else
f = fib(n-1) + fib(n-2)
end if
end function fib
! Mutual recursion with interface
recursive function is_even(n) result(r)
integer, intent(in) :: n
logical :: r
interface
recursive function is_odd(m) result(ro)
integer, intent(in) :: m
logical :: ro
end function is_odd
end interface
if (n == 0) then
r = .true.
else
r = is_odd(n-1)
end if
end function is_even
end program nested_demoModules & Encapsulation
Bases des modules & Use
Les modules sont le mécanisme d'encapsulation principal de Fortran (remplaçant les common blocks et procédures externes). Un fichier module contient : (1) des déclarations (constantes, variables, types dérivés), (2) un bloc 'contains' avec des procédures. Utilisez 'use module_name' pour importer ; 'use module_name, only: x, y' importe uniquement des entités spécifiques (recommandé — évite la pollution d'espace de noms). Les variables de module sont persistantes (statiques) et partagées entre toutes les procédures qui utilisent le module. Les modules fournissent des interfaces explicites (le compilateur vérifie les types d'arguments), contrairement aux procédures externes. Compilez toujours les fichiers module avant les fichiers qui les utilisent. 'implicit none' dans un module se propage à toutes ses procédures.
! geometry.f90 - module file
module geometry
implicit none
private ! default: everything private
public :: circle_area, circle_perimeter, PI
! Module-level constants (persistent)
real, parameter :: PI = 3.14159265
contains
function circle_area(r) result(a)
real, intent(in) :: r
real :: a
a = PI * r * r
end function circle_area
function circle_perimeter(r) result(p)
real, intent(in) :: r
real :: p
p = 2.0 * PI * r
end function circle_perimeter
end module geometry
! main.f90 - using the module
program use_module
use geometry, only: circle_area, circle_perimeter, PI
implicit none
real :: r = 5.0
print *, "Area: ", circle_area(r) ! 78.5398
print *, "Perimeter: ", circle_perimeter(r) ! 31.4159
print *, "PI: ", PI
end program use_module
! Compile: gfortran geometry.f90 main.f90 -o mainContrôle d'accès (Public/Private)
Contrôle d'accès : 'private' rend les entités internes au module ; 'public' les exporte. Le défaut peut être défini au niveau du module ('private' puis sélectivement 'public :: ...') — c'est la meilleure pratique (interface explicite). Les composants de type dérivé peuvent être private même si le type lui-même est public — les appelants peuvent utiliser le type mais ne pas accéder aux internes directement ; ils doivent passer par des procédures. 'save' rend les variables de module persistantes (elles conservent leurs valeurs entre les appels) — les variables de module sont sauvegardées par défaut. 'final' définit un destructeur (appelé lorsque l'objet sort de la portée). Cette encapsulation permet la vraie POO avec des invariants appliqués via des procédures.
module bank_account
implicit none
private ! default: everything private
! Explicitly export:
public :: account_t, deposit, withdraw, get_balance
! Derived type - can expose type but hide internals
type :: account_t
private ! components are private
real :: balance = 0.0
integer :: id = 0
contains
procedure :: balance => get_bal ! type-bound procedure
final :: cleanup ! destructor
end type account_t
! Module-level counter (private, not exported)
integer, save :: next_id = 1000
contains
! Constructor (factory function)
function create_account(initial) result(acc)
type(account_t) :: acc
real, intent(in) :: initial
acc%balance = initial
acc%id = next_id
next_id = next_id + 1
end function create_account
subroutine deposit(acc, amount)
type(account_t), intent(inout) :: acc
real, intent(in) :: amount
acc%balance = acc%balance + amount
end subroutine deposit
function get_bal(acc) result(b)
class(account_t), intent(in) :: acc
real :: b
b = acc%balance
end function get_bal
subroutine cleanup(acc)
type(account_t) :: acc
! cleanup code (e.g., log closure)
end subroutine cleanup
end module bank_accountTypes dérivés dans les modules
Les types dérivés définis dans les modules peuvent avoir : des procédures liées au type (procedure :: name => impl), des constructeurs (via une interface surchargée avec le nom du type) et des composants allocatable. Le 'class(keyword)' dans les procédures liées au type permet le polymorphisme (le type réel peut être une sous-classe). Les procédures liées au type sont appelées comme obj%method(args) — syntaxe POO. La surcharge du nom du type comme interface vous permet d'avoir plusieurs constructeurs (vector_from_array, vector_from_size). Les composants allocatable sont automatiquement alloués/désalloués. C'est la POO Fortran moderne : encapsulation, méthodes, constructeurs et polymorphisme, tous dans le système de modules.
module vector_mod
implicit none
private
public :: vector_t, vector_add, vector_scale
! Derived type with type parameters (Fortran 2003)
type :: vector_t
real, allocatable :: data(:)
integer :: length = 0
contains
procedure :: norm => vector_norm
procedure :: print => vector_print
end type vector_t
! Constructor interface (overloaded)
interface vector_t
procedure vector_from_array
procedure vector_from_size
end interface vector_t
contains
function vector_from_array(arr) result(v)
real, intent(in) :: arr(:)
type(vector_t) :: v
v%data = arr
v%length = size(arr)
end function
function vector_from_size(n, fill) result(v)
integer, intent(in) :: n
real, intent(in) :: fill
type(vector_t) :: v
allocate(v%data(n))
v%data = fill
v%length = n
end function
function vector_norm(self) result(n)
class(vector_t), intent(in) :: self
real :: n
n = sqrt(sum(self%data**2))
end function
subroutine vector_print(self)
class(vector_t), intent(in) :: self
print *, "Vector(len=", self%length, "): ", self%data
end subroutine
function vector_add(a, b) result(c)
type(vector_t), intent(in) :: a, b
type(vector_t) :: c
c%data = a%data + b%data
c%length = a%length
end function
function vector_scale(a, s) result(c)
type(vector_t), intent(in) :: a
real, intent(in) :: s
type(vector_t) :: c
c%data = a%data * s
c%length = a%length
end function
end module vector_modProcédures génériques & Surcharge
Les interfaces génériques fournissent un polymorphisme ad-hoc (surcharge) : un nom dispatche vers différentes procédures spécifiques selon les types d'arguments. Le bloc 'interface name / module procedure proc1, proc2 / end interface' liste toutes les procédures spécifiques. Le compilateur choisit celle qui correspond par type/rang d'argument à la compilation. Toutes les procédures spécifiques dans un générique doivent avoir des signatures DISTINCTES (distinguables par les types d'arguments) — sinon ambiguïté. C'est ainsi que Fortran fait la surcharge d'opérateur/fonction sans templates. Le dispatch générique est résolu à la compilation (pas de surcoût à l'exécution). Utilisez les génériques pour fournir une API uniforme entre les types.
module generics_mod
implicit none
private
public :: print_value, add
! Generic interface: one name, multiple specific procedures
interface print_value
module procedure print_int
module procedure print_real
module procedure print_str
module procedure print_int_array
end interface print_value
interface add
module procedure add_int
module procedure add_real
module procedure add_arrays
end interface add
contains
subroutine print_int(x)
integer, intent(in) :: x
print *, "Integer: ", x
end subroutine
subroutine print_real(x)
real, intent(in) :: x
print *, "Real: ", x
end subroutine
subroutine print_str(s)
character(*), intent(in) :: s
print *, "String: ", trim(s)
end subroutine
subroutine print_int_array(arr)
integer, intent(in) :: arr(:)
print *, "Array: ", arr
end subroutine
function add_int(a, b) result(c)
integer, intent(in) :: a, b
integer :: c
c = a + b
end function
function add_real(a, b) result(c)
real, intent(in) :: a, b
real :: c
c = a + b
end function
function add_arrays(a, b) result(c)
real, intent(in) :: a(:), b(:)
real :: c(size(a))
c = a + b
end function
end module generics_mod
program use_generics
use generics_mod
implicit none
call print_value(42) ! Integer: 42
call print_value(3.14) ! Real: 3.14
call print_value("Hello") ! String: Hello
call print_value([1,2,3]) ! Array: 1 2 3
print *, add(2, 3) ! 5
print *, add(2.5, 3.5) ! 6.0
end program use_genericsSurcharge d'opérateurs
La surcharge d'opérateurs vous permet de définir comment +, -, *, /, ==, etc. fonctionnent sur vos types dérivés. interface operator(+) / module procedure vec_add / end interface lie l'opérateur + à une fonction. Pour les opérateurs binaires, vous pouvez surcharger les deux ordres (vec*scalaire et scalaire*vec) avec des procédures séparées. assignment(=) surcharge l'opérateur d'affectation (la procédure est une sous-routine avec intent(out) LHS et intent(in) RHS). Cela permet une syntaxe de type math : c = a + b au lieu de c = vec_add(a, b). Utilisez la surcharge d'opérateurs pour les types mathématiques (vecteurs, matrices, nombres complexes) où elle améliore la lisibilité. Évitez la surcharge pour des sémantiques non évidentes. Le constructeur de structure vec3(x,y,z) est intégré pour les types dérivés.
module vec_ops
implicit none
private
public :: vec3, operator(+), operator(*), assignment(=)
type :: vec3
real :: x, y, z
end type vec3
! Overload the + operator for vec3 + vec3
interface operator(+)
module procedure vec_add
end interface
! Overload * for vec3 * scalar and scalar * vec3
interface operator(*)
module procedure vec_scale_r
module procedure vec_scale_l
module procedure vec_dot
end interface
! Overload = for array-to-vec assignment
interface assignment(=)
module procedure arr_to_vec
end interface
contains
function vec_add(a, b) result(c)
type(vec3), intent(in) :: a, b
type(vec3) :: c
c = vec3(a%x+b%x, a%y+b%y, a%z+b%z)
end function
function vec_scale_r(v, s) result(r)
type(vec3), intent(in) :: v
real, intent(in) :: s
type(vec3) :: r
r = vec3(v%x*s, v%y*s, v%z*s)
end function
function vec_scale_l(s, v) result(r)
real, intent(in) :: s
type(vec3), intent(in) :: v
type(vec3) :: r
r = vec3(v%x*s, v%y*s, v%z*s)
end function
! vec3 * vec3 = dot product (scalar)
function vec_dot(a, b) result(d)
type(vec3), intent(in) :: a, b
real :: d
d = a%x*b%x + a%y*b%y + a%z*b%z
end function
subroutine arr_to_vec(v, arr)
type(vec3), intent(out) :: v
real, intent(in) :: arr(3)
v = vec3(arr(1), arr(2), arr(3))
end subroutine
end module vec_ops
program use_ops
use vec_ops
implicit none
type(vec3) :: a, b, c
a = vec3(1.0, 2.0, 3.0)
b = vec3(4.0, 5.0, 6.0)
c = a + b ! vec3 addition
print *, c%x, c%y, c%z ! 5 7 9
print *, a * 2.0 ! scale: 2 4 6
print *, 3.0 * b ! scale: 12 15 18
print *, a * b ! dot product: 32
end program use_opsTypes dérivés (Structs) & POO
Définition de types dérivés
Les types dérivés sont les structs de Fortran (types composites définis par l'utilisateur). Définissez avec 'type :: Name ... end type Name'. Composants accédés avec % (PAS . — c'est pour les nombres complexes). Constructeur de structure : Name(val1, val2) crée une instance. Les composants peuvent avoir des valeurs par défaut (= value dans la déclaration). L'affectation de type entier copie tous les composants (copie profonde pour les composants allocatable). Les tableaux de types dérivés sont pris en charge. Les types dérivés sont le fondement de la POO en Fortran (avec procédures liées au type, héritage, polymorphisme). Utilisez % pour l'accès aux composants : obj%field, obj%method(). La syntaxe de constructeur Name(args) est automatique sauf si vous la surchargez avec une interface.
program derived_types
implicit none
! Basic derived type (struct)
type :: Point
real :: x, y
end type Point
! Type with default initialization
type :: Person
character(20) :: name = "Unknown"
integer :: age = 0
logical :: active = .true.
end type Person
! Declare and construct
type(Point) :: p1, p2
type(Person) :: alice, bob
! Structure constructor
p1 = Point(3.0, 4.0)
p2 = Point(0.0, 0.0)
alice = Person("Alice", 30, .true.)
bob = Person("Bob", 25) ! uses default for 'active'
! Access components with %
print *, p1%x, p1%y ! 3.0 4.0
print *, alice%name, alice%age ! Alice 30
print *, bob%active ! T (default)
! Modify components
p1%x = p1%x + 1.0
alice%age = 31
! Whole-type assignment (component-wise copy)
p2 = p1
print *, p2%x ! 4.0
! Array of derived types
type(Point) :: points(3)
points(1) = Point(1.0, 1.0)
points(2) = Point(2.0, 2.0)
points(3) = Point(3.0, 3.0)
print *, points(2)%y ! 2.0
end program derived_typesComposants de type & Constructeurs
Les types dérivés peuvent avoir : des composants allocatable (mémoire auto-gérée), des composants initialisés par défaut, des procédures liées au type (méthodes) et des finaliseurs (destructeurs). L''interface TypeName / module procedure custom_init / end interface' surcharge le constructeur de structure avec une fonction de fabrique personnalisée. 'class(ClassName)' (vs 'type(ClassName)') dans les procédures liées au type permet le polymorphisme (le type réel peut être une sous-classe). Les procédures 'final' s'exécutent lorsqu'un objet sort de la portée (destructeur) — utilisez-les pour libérer les ressources. Les composants allocatable sont automatiquement désalloués à la finalisation, mais les finaliseurs explicites sont plus clairs pour le nettoyage complexe. Les constructions block permettent de déclarer des variables en milieu de code (Fortran 2008).
program type_components
implicit none
! Type with various component kinds
type :: Student
integer :: id
character(20) :: name
real, allocatable :: grades(:) ! allocatable component
integer :: num_grades = 0
contains
procedure :: add_grade
procedure :: average => student_avg
final :: student_finalize
end type Student
! Overloaded constructor
interface Student
module procedure student_init
end interface Student
type(Student) :: s
! Use custom constructor
s = Student(101, "Alice")
call s%add_grade(85.0)
call s%add_grade(92.0)
call s%add_grade(78.0)
print *, s%average() ! 85.0
contains
function student_init(id, name) result(s)
integer, intent(in) :: id
character(*), intent(in) :: name
type(Student) :: s
s%id = id
s%name = name
s%num_grades = 0
end function
subroutine add_grade(self, g)
class(Student), intent(inout) :: self
real, intent(in) :: g
integer :: n
n = self%num_grades
if (n == 0) then
allocate(self%grades(1))
else
! grow array
block
real, allocatable :: tmp(:)
tmp = self%grades
deallocate(self%grades)
allocate(self%grades(n+1))
self%grades(1:n) = tmp
end block
end if
self%num_grades = n + 1
self%grades(n+1) = g
end subroutine
function student_avg(self) result(avg)
class(Student), intent(in) :: self
real :: avg
if (self%num_grades > 0) then
avg = sum(self%grades) / self%num_grades
else
avg = 0.0
end if
end function
subroutine student_finalize(self)
type(Student) :: self
if (allocated(self%grades)) deallocate(self%grades)
end subroutine
end program type_componentsProcédures liées au type (Méthodes)
Les procédures liées au type sont les méthodes de Fortran : 'procedure :: method_name => implementation'. Appelez-les comme obj%method(args) — syntaxe POO. Le premier argument est 'self' (l'objet), déclaré comme 'class(TypeName)' (polymorphe) ou 'type(TypeName)' (concret). 'class' permet l'héritage/polymorphisme ; 'type' est pour les types non extensibles. Le '=> implementation' mappe le nom de méthode à une procédure spécifique (permet le renommage). final est le destructeur. Cet exemple implémente une pile dynamique avec un tableau à croissance automatique. Les procédures liées au type donnent la vraie POO : encapsulation (données + méthodes ensemble), syntaxe de passage de message (obj%method) et polymorphisme (via class). Utilisez toujours class() pour les procédures liées au type pour permettre un futur héritage.
module stack_mod
implicit none
private
public :: stack_t
type :: stack_t
integer, allocatable :: data(:)
integer :: top = 0
integer :: capacity = 0
contains
procedure :: push => stack_push
procedure :: pop => stack_pop
procedure :: peek => stack_peek
procedure :: is_empty => stack_is_empty
procedure :: size => stack_size
procedure :: clear => stack_clear
final :: stack_finalize
end type stack_t
interface stack_t
module procedure stack_init
end interface
contains
function stack_init(initial_cap) result(s)
integer, intent(in), optional :: initial_cap
type(stack_t) :: s
integer :: cap
cap = 16
if (present(initial_cap)) cap = initial_cap
allocate(s%data(cap))
s%capacity = cap
s%top = 0
end function
subroutine stack_push(self, val)
class(stack_t), intent(inout) :: self
integer, intent(in) :: val
if (self%top >= self%capacity) then
! grow
block
integer, allocatable :: tmp(:)
tmp = self%data
deallocate(self%data)
allocate(self%data(self%capacity * 2))
self%data(1:self%capacity) = tmp
self%capacity = self%capacity * 2
end block
end if
self%top = self%top + 1
self%data(self%top) = val
end subroutine
function stack_pop(self) result(val)
class(stack_t), intent(inout) :: self
integer :: val
if (self%top == 0) stop "Stack underflow"
val = self%data(self%top)
self%top = self%top - 1
end function
function stack_peek(self) result(val)
class(stack_t), intent(in) :: self
integer :: val
val = self%data(self%top)
end function
logical function stack_is_empty(self) result(r)
class(stack_t), intent(in) :: self
r = (self%top == 0)
end function
integer function stack_size(self) result(n)
class(stack_t), intent(in) :: self
n = self%top
end function
subroutine stack_clear(self)
class(stack_t), intent(inout) :: self
self%top = 0
end subroutine
subroutine stack_finalize(self)
type(stack_t) :: self
if (allocated(self%data)) deallocate(self%data)
end subroutine
end module stack_mod
program use_stack
use stack_mod
implicit none
type(stack_t) :: s
s = stack_t(8) ! initial capacity 8
call s%push(10)
call s%push(20)
call s%push(30)
print *, s%size() ! 3
print *, s%pop() ! 30
print *, s%pop() ! 20
print *, s%is_empty() ! F
end program use_stackHéritage & Polymorphisme
POO Fortran : 'type, extends(Parent) :: Child' crée une sous-classe (héritage). 'type, abstract :: Name' avec 'procedure(...), deferred :: method' définit une base abstraite (comme une classe abstraite Java / virtuelle pure C++). 'class(Base)' est polymorphe — peut contenir n'importe quelle sous-classe. Dispatch polymorphe : appeler obj%method() invoque la surcharge de la sous-classe. 'select type (var => expr) / type is (ConcreteType) / end select' fait la vérification de type à l'exécution (downcasting). Allouez avec 'allocate(TypeName::var)' pour créer un objet polymorphe d'un type concret spécifique. C'est la pleine POO : héritage, polymorphisme, types abstraits et dispatch à l'exécution — comparable à Java/C++.
module shapes
implicit none
private
public :: shape, circle, rectangle, shape_ptr
! Base type (abstract)
type, abstract :: shape
character(20) :: name
contains
procedure(area_if), deferred :: area
procedure(describe_if), deferred :: describe
procedure :: get_name => shape_get_name
end type shape
! Abstract interface (must be implemented by subclasses)
abstract interface
function area_if(self) result(a)
import :: shape
class(shape), intent(in) :: self
real :: a
end function area_if
subroutine describe_if(self)
import :: shape
class(shape), intent(in) :: self
end subroutine describe_if
end interface
! Derived type: circle extends shape
type, extends(shape) :: circle
real :: radius
contains
procedure :: area => circle_area
procedure :: describe => circle_describe
end type circle
! Derived type: rectangle extends shape
type, extends(shape) :: rectangle
real :: width, height
contains
procedure :: area => rect_area
procedure :: describe => rect_describe
end type rectangle
! Class pointer for polymorphism
type :: shape_ptr
class(shape), allocatable :: ptr
end type shape_ptr
contains
function shape_get_name(self) result(n)
class(shape), intent(in) :: self
character(20) :: n
n = self%name
end function
function circle_area(self) result(a)
class(circle), intent(in) :: self
real :: a
a = 3.14159265 * self%radius**2
end function
subroutine circle_describe(self)
class(circle), intent(in) :: self
print *, "Circle '", trim(self%name), "' r=", self%radius
end subroutine
function rect_area(self) result(a)
class(rectangle), intent(in) :: self
real :: a
a = self%width * self%height
end function
function rect_describe(self) result(s)
class(rectangle), intent(in) :: self
character(50) :: s
write(s, '("Rectangle ", F6.2, "x", F6.2)') self%width, self%height
end function
end module shapes
program use_polymorphism
use shapes
implicit none
type(shape_ptr) :: shapes_arr(2)
! Allocate concrete types into polymorphic container
allocate(circle::shapes_arr(1)%ptr)
select type(s => shapes_arr(1)%ptr)
type is (circle)
s%radius = 5.0
s%name = "C1"
end select
allocate(rectangle::shapes_arr(2)%ptr)
select type(s => shapes_arr(2)%ptr)
type is (rectangle)
s%width = 3.0
s%height = 4.0
s%name = "R1"
end select
! Polymorphic dispatch
block
integer :: i
do i = 1, 2
call shapes_arr(i)%ptr%describe
print *, "Area: ", shapes_arr(i)%ptr%area()
end do
end block
end program use_polymorphismTypes imbriqués & Tableaux de types
Les types dérivés peuvent être imbriqués (composition) : un type peut avoir des composants d'autres types dérivés. Accédez aux composants imbriqués avec des % chaînés : emp%home%city. Les constructeurs de structure s'imbriquent naturellement : Employee(id, name, Address(...), salary). Les tableaux de types dérivés sont pris en charge : type(Employee) :: emps(N). Vous pouvez extraire un tableau d'un seul composant : emps(:)%id donne un tableau d'entiers. Les composants allocatable permettent des collections à taille dynamique (par ex., un département avec un nombre variable d'employés). Ce modèle de composition est le fondement pour construire des structures de données complexes (arbres, graphes, listes) en Fortran. Utilisez la composition (has-a) plutôt que l'héritage (is-a) lorsqu'il n'y a pas de relation de sous-type claire.
program nested_types
implicit none
! Nested derived types
type :: Address
character(50) :: street
character(30) :: city
character(10) :: zip
end type Address
type :: Employee
integer :: id
character(30) :: name
type(Address) :: home ! nested type
real :: salary
end type Employee
type :: Department
character(30) :: name
type(Employee), allocatable :: employees(:) ! array of types
integer :: count = 0
end type Department
! Construct with nested structure constructor
type(Employee) :: emp
emp = Employee(101, "Alice", &
Address("123 Main St", "Springfield", "12345"), 75000.0)
! Access nested components
print *, emp%name ! Alice
print *, emp%home%city ! Springfield
print *, emp%home%zip ! 12345
! Department with array of employees
type(Department) :: dept
dept%name = "Engineering"
allocate(dept%employees(3))
dept%employees(1) = emp
dept%employees(2) = Employee(102, "Bob", &
Address("456 Oak Ave", "Shelbyville", "54321"), 68000.0)
dept%count = 2
! Iterate over array of types
block
integer :: i
do i = 1, dept%count
print *, dept%employees(i)%id, trim(dept%employees(i)%name), &
dept%employees(i)%home%city
end do
end block
! Array of derived type components
print *, dept%employees(1:2)%id ! array of id field
end program nested_typesE/S Fichiers & Formatage
Ouverture & Fermeture de fichiers
open() connecte un fichier à un numéro d'unité. newunit=u laisse le compilateur choisir une unité unique (évite les conflits) — préférez toujours cela aux numéros d'unité codés en dur. status : 'old' (le fichier doit exister), 'new' (ne doit pas exister), 'replace' (supprimer + créer), 'scratch' (temporaire, auto-supprimé à la fermeture). action : 'read', 'write', 'readwrite'. position : 'rewind' (début), 'append' (fin), 'asis' (où que ce soit). Vérifiez toujours iostat après open et read — non nul signifie erreur (négatif = EOF, positif = erreur). iomsg donne un message d'erreur descriptif. close() déconnecte. Pour une gestion robuste des fichiers, vérifiez toujours iostat et gérez les erreurs gracieusement.
program file_open
implicit none
integer :: u, ios
character(100) :: msg
! newunit: compiler picks a unique unit number (Fortran 2008)
! status: 'old' (must exist), 'new' (must not exist),
! 'replace' (overwrite), 'scratch' (temporary)
! action: 'read', 'write', 'readwrite'
! position: 'rewind', 'append', 'asis'
open(newunit=u, file="data.txt", status="replace", &
action="write", iostat=ios, iomsg=msg)
if (ios /= 0) then
print *, "Open failed: ", trim(msg)
stop 1
end if
write(u, *) "First line"
write(u, *) "Second line"
close(u)
! Append to existing file
open(newunit=u, file="data.txt", status="old", &
action="write", position="append", iostat=ios)
if (ios == 0) then
write(u, *) "Appended line"
close(u)
end if
! Scratch file (auto-deleted on close)
open(newunit=u, status="scratch", action="readwrite")
write(u, *) "Temporary data"
rewind(u)
! read back...
close(u) ! file disappears
! Reading with end-of-file detection
open(newunit=u, file="data.txt", status="old", action="read")
do
read(u, '(A)', iostat=ios) msg
if (ios /= 0) exit ! EOF or error
print *, trim(msg)
end do
close(u)
end program file_openE/S formatées
Les spécificateurs de format contrôlent les E/S : '(A, I0, F8.2)'. A=caractère, I0=entier largeur minimale, F8.2=réel largeur 8 avec 2 décimales. write(unit, fmt) écrit ; read(unit, fmt) lit. unit=* signifie stdout/stdin. Pour les fichiers, utilisez l'unité de open(). Les E/S list-directed (*) sont flexibles : read(u, *) a, b, c lit des valeurs séparées par des virgules/espaces automatiquement. Pour le CSV, la lecture list-directed fonctionne si les valeurs sont séparées par des virgules. Les chaînes de format peuvent être réutilisées : '(3I4)' applique I4 trois fois. Faites toujours correspondre le format au type de données — les formats non correspondants causent des erreurs d'exécution. Pour le texte mixte + nombres, lisez comme une chaîne puis analysez, ou utilisez des formats explicites.
program formatted_io
implicit none
integer :: u, n = 42
real :: pi = 3.14159265
character(20) :: name = "Alice"
! Write formatted data to file
open(newunit=u, file="output.txt", status="replace")
write(u, '(A, I0)') "Count: ", n
write(u, '(A, F8.4)') "Pi: ", pi
write(u, '(A, A)') "Name: ", trim(name)
write(u, '(3(I0, 1X))') 1, 2, 3 ! "1 2 3 "
close(u)
! Read formatted data back
open(newunit=u, file="output.txt", status="old", action="read")
block
character(100) :: line
integer :: i
do i = 1, 5
read(u, '(A)') line
print *, trim(line)
end do
end block
close(u)
! Reading structured data
open(newunit=u, file="data.csv", status="replace")
write(u, '(I0, ",", I0, ",", I0)') 1, 10, 100
write(u, '(I0, ",", I0, ",", I0)') 2, 20, 200
close(u)
! Read back as numbers
open(newunit=u, file="data.csv", status="old", action="read")
block
integer :: a, b, c
! List-directed read handles commas as separators
read(u, *) a, b, c
print *, a, b, c ! 1 10 100
read(u, *) a, b, c
print *, a, b, c ! 2 20 200
end block
close(u)
end program formatted_ioE/S non formatées (binaires)
Les E/S non formatées (binaires) sont plus rapides et plus compactes que les E/S formatées (texte) — pas de conversion de chaîne. form='unformatted' les active. access='stream' (Fortran 2003) donne un accès en flux d'octets (comme les E/S fichier C, pas de marqueurs d'enregistrement). access='sequential' (défaut) utilise des marqueurs d'enregistrement (chaque write/read est un enregistrement avec des préfixes de longueur) — portable au sein de Fortran mais pas vers d'autres langages. Pour l'interopérabilité avec C/Python, utilisez l'accès stream. Les fichiers binaires ne sont pas lisibles par l'homme mais idéaux pour les grands jeux de données numériques. Écrivez toujours les métadonnées (tailles de tableau, infos de type) avant les données pour pouvoir les relire correctement. Les E/S non formatées préservent la pleine précision (pas d'arrondi par conversion texte).
program binary_io
implicit none
integer :: u, i
real :: arr(5) = [1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0]
real :: arr_in(5)
integer :: n
! Write binary (unformatted) - faster, no format conversion
open(newunit=u, file="data.bin", status="replace", &
form="unformatted", access="stream")
write(u) size(arr) ! write the count first
write(u) arr ! write the whole array
close(u)
! Read binary back
open(newunit=u, file="data.bin", status="old", &
form="unformatted", access="stream", action="read")
read(u) n ! read the count
print *, "Count: ", n
read(u) arr_in ! read the array
print *, arr_in ! 1 2 3 4 5
close(u)
! Sequential unformatted (default) - with record markers
open(newunit=u, file="data_seq.bin", status="replace", &
form="unformatted") ! access defaults to "sequential"
do i = 1, 5
write(u) i, arr(i) ! each write is a "record"
end do
close(u)
! Read sequentially
open(newunit=u, file="data_seq.bin", status="old", &
form="unformatted", action="read")
do
read(u, iostat=i) n, arr_in(1)
if (i /= 0) exit
print *, n, arr_in(1)
end do
close(u)
end program binary_ioNamelist (E/S groupées)
namelist groupe des variables pour des E/S texte structurées — comme JSON/YAML mais natif Fortran. Définissez avec 'namelist /name/ var1, var2, ...'. write(u, nml=name) produit au format &NAME var=val, var=val, /. read(u, nml=name) l'analyse en retour. Namelist est parfait pour les fichiers de configuration : les utilisateurs éditent un fichier texte, le programme le lit. Les variables conservent leurs valeurs déclarées comme défauts ; seules celles dans le fichier sont surchargées. Le format est indulgent (insensible aux espaces, virgules optionnelles). Namelist prend en charge tous les types intrinsèques et les tableaux. iostat attrape les erreurs d'analyse. C'est la façon la plus simple de rendre un programme Fortran configurable sans écrire un analyseur personnalisé.
program namelist_demo
implicit none
! Namelist groups variables for easy I/O
integer :: max_iter = 100
real :: tolerance = 1.0e-6
logical :: verbose = .true.
character(20) :: method = "newton"
real :: params(3) = [0.1, 0.2, 0.3]
! Define a namelist group
namelist /config/ max_iter, tolerance, verbose, method, params
! Write namelist to file
block
integer :: u
open(newunit=u, file="config.nml", status="replace")
write(u, nml=config)
close(u)
end block
! The file looks like:
! &CONFIG
! MAX_ITER=100,
! TOLERANCE=1.0000000E-06,
! VERBOSE=T,
! METHOD="newton",
! PARAMS=0.100000, 0.200000, 0.300000,
! /
! Read namelist from file (overrides defaults)
block
integer :: u, ios
open(newunit=u, file="config.nml", status="old", action="read")
read(u, nml=config, iostat=ios)
close(u)
if (ios /= 0) then
print *, "Error reading config"
else
print *, "max_iter=", max_iter
print *, "tolerance=", tolerance
print *, "method=", trim(method)
print *, "params=", params
end if
end block
! User can edit config.nml in a text editor
! then re-run to pick up new values
end program namelist_demoFichiers internes & Gestion d'erreurs
Les fichiers internes vous permettent de lire depuis / écrire vers une chaîne de caractères au lieu d'un fichier — le sprintf/sscanf de Fortran. write(str, fmt) formate vers une chaîne ; read(str, fmt) analyse depuis une chaîne. C'est la méthode standard pour convertir entre chaînes et nombres. Utilisez toujours iostat pour la gestion d'erreurs : 0 = succès, négatif = EOF, positif = erreur. Les étiquettes héritées end= et err= fonctionnent mais iostat est plus propre (pas de goto). Pour une analyse robuste, vérifiez iostat après chaque lecture. Les E/S internes sont excellentes pour : construire des chaînes de sortie, analyser l'entrée utilisateur, convertir des valeurs de fichier de configuration. La chaîne agit comme un 'fichier interne' — mêmes instructions d'E/S, juste une destination chaîne.
program internal_io
implicit none
character(100) :: buffer
integer :: n = 42
real :: x = 3.14159
integer :: ios
! Internal write: format to a string (like sprintf)
write(buffer, '(A, I0, A, F8.4)') "n=", n, " x=", x
print *, trim(buffer) ! n=42 x= 3.1416
! Internal read: parse from a string (like sscanf)
character(50) :: input = "100 3.14 hello"
integer :: a
real :: b
character(20) :: c
read(input, *, iostat=ios) a, b, c
if (ios == 0) print *, a, b, trim(c) ! 100 3.14 hello
! Robust number parsing with error handling
character(20) :: num_str = "3.14abc"
real :: val
read(num_str, *, iostat=ios) val
if (ios /= 0) then
print *, "Parse error: '", trim(num_str), "' is not a number"
else
print *, "Value: ", val
end if
! End-of-file and error handling on file reads
block
integer :: u
character(100) :: line
open(newunit=u, file="data.txt", status="old", action="read")
do
read(u, '(A)', iostat=ios) line
if (ios < 0) then
print *, "End of file"
exit
else if (ios > 0) then
print *, "Read error at line"
exit
end if
print *, trim(line)
end do
close(u)
end block
! err= and end= labels (legacy style)
block
integer :: u, val
open(newunit=u, file="nums.txt", status="old", action="read")
do
read(u, *, end=100, err=200) val
print *, val
end do
100 print *, "Reached EOF"
close(u)
goto 300
200 print *, "Read error!"
close(u)
300 continue
end block
end program internal_ioCalcul numérique
Paramètres de kind & Précision
Les paramètres de kind contrôlent la précision/taille. Méthode portable moderne : utilisez iso_fortran_env (int32/int64, real32/real64/real128). Héritée : selected_real_kind(digits, exponent_range). real32 ≈ 7 chiffres significatifs, real64 ≈ 15 chiffres (double), real128 ≈ 33 chiffres (quad). CRITIQUE : ajoutez toujours le suffixe de kind aux littéraux (3.14_dp, pas 3.14) — sinon le littéral est analysé en simple précision PUIS converti, perdant des chiffres. precision() retourne les chiffres significatifs ; range() retourne la portée de l'exposant décimal. epsilon() donne l'epsilon machine (plus petit incrément distinguable). tiny/huge donnent min/max. Pour le calcul scientifique, utilisez par défaut real64 (double précision).
program precision_demo
use iso_fortran_env, only: int32, int64, real32, real64, real128
implicit none
! Portable kind selection via iso_fortran_env
integer(kind=int32) :: i32 = 100
integer(kind=int64) :: i64 = 9223372036854775807_int64
real(kind=real32) :: r32 = 3.14159265_real32 ! single (~7 digits)
real(kind=real64) :: r64 = 3.14159265358979_real64 ! double (~15 digits)
real(kind=real128) :: r128 = 3.14159265358979_real128 ! quad (~33 digits)
! Legacy: selected_real_kind (still works)
integer, parameter :: dp = selected_real_kind(15, 307) ! double
integer, parameter :: sp = selected_real_kind(6, 37) ! single
real(kind=dp) :: pi = 3.14159265358979_dp
print *, "real32 precision: ", precision(r32), " range: ", range(r32)
print *, "real64 precision: ", precision(r64), " range: ", range(r64)
print *, "real128 precision: ", precision(r128)
! Epsilon and tiny
print *, "epsilon(r32): ", epsilon(r32) ! ~1.19e-7
print *, "epsilon(r64): ", epsilon(r64) ! ~2.22e-16
print *, "tiny(r64): ", tiny(r64) ! smallest positive
print *, "huge(i32): ", huge(i32) ! 2147483647
print *, "huge(i64): ", huge(i64)
! Always use _kind suffix on literals
! WRONG: real(kind=dp) :: x = 3.14 (loses precision!)
! RIGHT: real(kind=dp) :: x = 3.14_dp
end program precision_demoAlgèbre linéaire (matmul, solve, BLAS)
Fortran a de l'algèbre linéaire intégrée : matmul (multiplication matrice-matrice/matrice-vecteur), dot_product, transpose. Pour résoudre des systèmes linéaires (Ax=b), valeurs propres, SVD, etc., utilisez LAPACK (la bibliothèque Fortran standard de l'industrie) : dgesv résout Ax=b, dgesvd fait la SVD, dsyev fait la décomposition en valeurs propres. Liez avec -llapack -lblas. L'exemple montre une élimination gaussienne manuelle pour un système 3x3 — pour le vrai travail, utilisez LAPACK (plus rapide, plus précis avec pivotage, gère n'importe quelle taille). Le stockage colonne-major de Fortran correspond nativement aux attentes de LAPACK (pas de transposition nécessaire). matmul est optimisé mais pour les grandes matrices, BLAS dgemm est plus rapide. Vérifiez toujours le nombre de condition pour la stabilité numérique.
program linalg
implicit none
real(8) :: A(3,3), B(3,3), C(3,3)
real(8) :: v(3), w(3), x(3)
real(8) :: det
integer :: i
! Initialize matrices
A = reshape([1,2,3, 4,5,6, 7,8,10], [3,3]) ! column-major fill
B = reshape([1,0,0, 0,1,0, 0,0,1], [3,3]) ! identity
! Matrix-matrix multiplication
C = matmul(A, B) ! A * I = A
print *, "A * I = A? ", all(abs(C - A) < 1e-10)
! Matrix-vector multiplication
v = [1.0, 2.0, 3.0]
w = matmul(A, v)
print *, "A * v = ", w ! 14 32 53
! Dot product
print *, "v . v = ", dot_product(v, v) ! 14
! Outer product
C = 0.0
do i = 1, 3
C(:,i) = v * v(i)
end do
! Transpose
C = transpose(A)
! Solve linear system Ax = b (need LAPACK or custom)
! Using LAPACK dgesv:
! call dgesv(n, nrhs, A, lda, ipiv, b, ldb, info)
! For demo, manual Gaussian elimination:
x = solve_3x3(A, v)
print *, "Solution: ", x
contains
function solve_3x3(A, b) result(x)
real(8), intent(inout) :: A(3,3)
real(8), intent(in) :: b(3)
real(8) :: x(3), M(3,4), factor
integer :: k, j
M(:,1:3) = A
M(:,4) = b
! Forward elimination
do k = 1, 2
do i = k+1, 3
factor = M(i,k) / M(k,k)
M(i,:) = M(i,:) - factor * M(k,:)
end do
end do
! Back substitution
x(3) = M(3,4) / M(3,3)
x(2) = (M(2,4) - M(2,3)*x(3)) / M(2,2)
x(1) = (M(1,4) - M(1,2)*x(2) - M(1,3)*x(3)) / M(1,1)
end function
end program linalgNombres aléatoires
call random_number(x) remplit x avec des réels uniformes [0,1) — fonctionne sur des scalaires ou des tableaux. call random_seed(size=n) obtient la taille de la graine ; random_seed(put=seed) définit la graine pour la reproductibilité (essentiel pour les tests/débogage). Pour les entiers dans [a,b] : a + int(r * (b-a+1)). Pour les nombres aléatoires gaussiens (normaux), utilisez la transformée de Box-Muller (montrée) ou la méthode polaire. Fortran n'a pas de générateur de distribution normale intégré — implémentez-le ou utilisez une bibliothèque. Pour les simulations de Monte Carlo, définissez la graine pour la reproductibilité, puis exécutez de nombreux essais. random_number n'est PAS cryptographiquement sûr — utilisez une bibliothèque crypto pour la sécurité. Pour le code parallèle, chaque image a besoin d'une graine distincte.
program random_demo
implicit none
real :: r
integer :: i, n = 10
real :: arr(10)
integer :: seed_size
integer, allocatable :: seed(:)
! Initialize random seed (Fortran 2003: random_seed with no args
! uses a processor-dependent seed; for reproducibility, set it)
call random_seed(size=seed_size)
allocate(seed(seed_size))
! Set a fixed seed for reproducibility
seed = [(12345 + i*6789, i=1, seed_size)]
call random_seed(put=seed)
! Generate uniform [0,1) random reals
call random_number(r)
print *, "Single: ", r
call random_number(arr) ! fills entire array
print *, "Array: ", arr
! Generate integers in [a, b]
block
integer :: a = 1, b = 6
integer :: dice
do i = 1, 5
call random_number(r)
dice = a + int(r * (b - a + 1)) ! [1, 6]
print *, "Dice roll: ", dice
end do
end block
! Normal (Gaussian) via Box-Muller transform
block
real :: u1, u2, z1, z2
integer :: j
do j = 1, 5
call random_number(u1)
call random_number(u2)
u1 = max(u1, 1e-10) ! avoid log(0)
z1 = sqrt(-2.0 * log(u1)) * cos(2.0 * 3.14159265 * u2)
z2 = sqrt(-2.0 * log(u1)) * sin(2.0 * 3.14159265 * u2)
print *, "Gaussian: ", z1, z2
end do
end block
! Monte Carlo: estimate pi
block
integer :: inside = 0, total = 100000
real :: x, y
do i = 1, total
call random_number(x)
call random_number(y)
if (x*x + y*y <= 1.0) inside = inside + 1
end do
print *, "Pi estimate: ", 4.0 * real(inside) / total
end block
end program random_demoIntégration numérique & Recherche de racines
Intégration numérique : la règle de Simpson est plus précise que la règle des trapèzes (erreur O(h^4) vs O(h^2)). Passez des fonctions en arguments en utilisant un bloc interface. Recherche de racines : la bissection est robuste (converge toujours si le signe change) mais lente (convergence linéaire) ; la méthode de Newton est rapide (convergence quadratique) mais nécessite la dérivée et peut diverger. Pour le travail de production, utilisez QUADPACK (intégration) ou MINPACK (recherche de racines) — bibliothèques Fortran éprouvées. Le bloc interface est essentiel lors du passage de fonctions en arguments — il indique au compilateur la signature de la fonction. Définissez toujours un nombre maximal d'itérations pour éviter les boucles infinies. Vérifiez la convergence avec les tolérances de valeur de fonction ET de taille de pas.
program numerical
implicit none
real(8) :: a, b, result
integer :: n
! Numerical integration: Simpson's rule
! Integrate f(x) = x^2 from 0 to 2 (exact: 8/3 ≈ 2.6667)
a = 0.0; b = 2.0; n = 1000
result = simpson(f_sq, a, b, n)
print *, "Integral of x^2 from 0 to 2: ", result ! ~2.6667
! Integrate sin(x) from 0 to pi (exact: 2.0)
result = simpson(f_sin, 0.0_8, 3.14159265358979_8, 1000)
print *, "Integral of sin(x) from 0 to pi: ", result ! ~2.0
! Root finding: bisection method
! Find root of f(x) = x^2 - 2 (i.e., sqrt(2) ≈ 1.4142)
result = bisection(f_x2_minus_2, 0.0_8, 2.0_8, 1e-12_8)
print *, "sqrt(2) = ", result ! ~1.41421356
! Newton's method (needs derivative)
result = newton(f_x2_minus_2, fp_x2_minus_2, 1.0_8, 1e-12_8)
print *, "sqrt(2) via Newton: ", result
contains
! Function to integrate: x^2
function f_sq(x) result(y)
real(8), intent(in) :: x
real(8) :: y
y = x * x
end function
function f_sin(x) result(y)
real(8), intent(in) :: x
real(8) :: y
y = sin(x)
end function
! Simpson's rule: integral of f from a to b with n intervals
function simpson(f, a, b, n) result(integral)
interface
function f(x) result(y)
import
real(8), intent(in) :: x
real(8) :: y
end function
end interface
real(8), intent(in) :: a, b
integer, intent(in) :: n
real(8) :: integral, h, x
integer :: i
h = (b - a) / n
integral = f(a) + f(b)
do i = 1, n-1
x = a + i * h
if (mod(i, 2) == 0) then
integral = integral + 2.0 * f(x)
else
integral = integral + 4.0 * f(x)
end if
end do
integral = integral * h / 3.0
end function
function f_x2_minus_2(x) result(y)
real(8), intent(in) :: x
real(8) :: y
y = x*x - 2.0
end function
function fp_x2_minus_2(x) result(y)
real(8), intent(in) :: x
real(8) :: y
y = 2.0 * x
end function
! Bisection: find root in [a, b] (f(a) and f(b) must have opposite signs)
function bisection(f, a, b, tol) result(root)
interface
function f(x) result(y)
import
real(8), intent(in) :: x
real(8) :: y
end function
end interface
real(8), intent(in) :: a, b, tol
real(8) :: root, fa, fb, mid, fmid
integer :: iter, maxiter = 100
fa = f(a); fb = f(b)
if (fa * fb > 0) stop "No sign change in interval"
do iter = 1, maxiter
mid = (a + b) / 2.0
fmid = f(mid)
if (abs(fmid) < tol .or. (b - a)/2.0 < tol) then
root = mid
return
end if
if (fa * fmid < 0) then
b = mid; fb = fmid
else
a = mid; fa = fmid
end if
end do
root = (a + b) / 2.0
end function
! Newton's method: x_{n+1} = x_n - f(x)/f'(x)
function newton(f, fp, x0, tol) result(root)
interface
function f(x) result(y)
import
real(8), intent(in) :: x
real(8) :: y
end function
function fp(x) result(y)
import
real(8), intent(in) :: x
real(8) :: y
end function
end interface
real(8), intent(in) :: x0, tol
real(8) :: root, x, fx, fpx
integer :: iter, maxiter = 100
x = x0
do iter = 1, maxiter
fx = f(x); fpx = fp(x)
if (abs(fx) < tol) then
root = x
return
end if
x = x - fx / fpx
end do
root = x
end function
end program numericalArithmétique IEEE & Exceptions
Le module ieee_arithmetic (Fortran 2003) fournit le support IEEE 754 : Infini, NaN (Not a Number), NaN signalant/silencieux, drapeaux d'exception et modes d'arrondi. NaN n'est JAMAIS égal à quoi que ce soit (y compris lui-même) — utilisez ieee_is_nan() pour tester. L'infini résulte d'un débordement ou d'une division par zéro. Les drapeaux d'exception (ieee_divide_by_zero, ieee_overflow, ieee_underflow, ieee_inexact, ieee_invalid) suivent si des exceptions se sont produites — vérifiez avec ieee_get_flag, effacez avec ieee_set_flag. ieee_set_halting_mode contrôle si une exception arrête le programme. Les modes d'arrondi affectent les opérations en virgule flottante. Utilisez cela pour le code numérique robuste : détectez NaN/Inf, gérez les exceptions gracieusement et contrôlez la précision. Note : -ffast-math dans gfortran casse la conformité IEEE (ne l'utilisez pas pour le code reposant sur ces fonctionnalités).
program ieee_demo
use ieee_arithmetic
implicit none
real :: a, b, c
logical :: flag
! IEEE special values
a = ieee_value(a, ieee_positive_inf) ! +Infinity
b = ieee_value(b, ieee_negative_inf) ! -Infinity
c = ieee_value(c, ieee_quiet_nan) ! NaN
print *, "Infinity: ", a ! Infinity
print *, "NaN: ", c ! NaN
print *, "Inf > 1e30: ", a > 1e30 ! T
print *, "NaN == NaN: ", c == c ! F (NaN is never equal!)
! Check for special values
print *, "is_nan(c): ", ieee_is_nan(c) ! T
print *, "is_finite(1.0): ", ieee_is_finite(1.0) ! T
print *, "is_inf(a): ", ieee_is_finite(a) ! F
! Operations producing special values
print *, "1.0/0.0: ", 1.0/0.0 ! Infinity (if -ffast-math off)
print *, "0.0/0.0: ", 0.0/0.0 ! NaN
print *, "sqrt(-1.0): ", sqrt(-1.0) ! NaN
! IEEE exception flags
call ieee_set_halting_mode(ieee_divide_by_zero, .false.) ! don't halt
b = 1.0 / 0.0 ! sets divide_by_zero flag, returns Inf
call ieee_get_flag(ieee_divide_by_zero, flag)
print *, "Divide by zero occurred: ", flag ! T
! Check and clear flags
call ieee_set_flag(ieee_all, .false.) ! clear all flags
b = 1.0 / 0.0
call ieee_get_flag(ieee_divide_by_zero, flag)
print *, "Flag after division: ", flag ! T
call ieee_set_flag(ieee_all, .false.) ! clear
! Rounding modes
call ieee_set_rounding_mode(ieee_nearest) ! default
call ieee_set_rounding_mode(ieee_down) ! round toward -inf
call ieee_set_rounding_mode(ieee_up) ! round toward +inf
call ieee_set_rounding_mode(ieee_to_zero) ! truncate
! Comparing NaN-safe
if (ieee_unordered(c, 1.0)) print *, "c is unordered (NaN)"
end program ieee_demoCoarrays & Parallèle
Déclaration de coarray de base
Les coarrays sont le modèle parallèle intégré de Fortran (F2008). Chaque 'image' est un processus parallèle. Déclarez avec le suffixe [*]. this_image() retourne le rang ; num_images() le nombre. Accédez à distance avec x[k]. sync all est une barrière. Compilateurs : gfortran (avec -fcoarray=lib), ifort, Cray.
program coarray_hello
use iso_fortran_env, only: real64
implicit none
real(real64) :: x[*] ! coarray — one copy per image
integer :: me
me = this_image()
x = real(me, real64) ! local assignment
call co_sum(x, result_image=1) ! reduce sum to image 1
if (me == 1) print *, 'Sum =', x
sync all ! barrier
end programAccès distant et sync
Accédez au coarray distant avec le suffixe [k] — communication unilatérale. Les lectures et écritures sont non bloquantes jusqu'à la sync. sync all est une barrière globale ; sync images([1,2]) attend des images spécifiques. Sections critiques : lock/unlock avec critical...end critical. Évitez le deadlock en ordonnançant les syncs de manière cohérente.
program remote_access
implicit none
integer :: val[*], neighbor
integer :: me, n
me = this_image()
n = num_images()
val = me * 10
sync all ! ensure all writes complete
! read from neighbor (circular)
neighbor = merge(1, me + 1, me == n)
print *, 'Image', me, 'sees neighbor', neighbor, 'value', val[neighbor]
! write to image 1 from all
if (me /= 1) val[1] = val[me]
sync all
if (me == 1) print *, 'Image 1 received:', val
end programOpérations collectives
Collectives : co_sum, co_min, co_max, co_broadcast. Elles opèrent sur les coarrays et réduisent/diffusent à travers les images. result_image spécifie qui obtient la réponse (défaut : tous). source_image pour la diffusion. Synchronisez toujours avant de lire les résultats collectifs sur d'autres images. Plus rapide que les boucles manuelles avec syncs.
program collectives
use iso_fortran_env, only: real64
implicit none
real(real64) :: local_sum, global_sum[*]
integer :: i
local_sum = 0.0_real64
do i = 1, 100
local_sum = local_sum + real(i * this_image(), real64)
end do
global_sum = local_sum
call co_sum(global_sum, result_image=1)
if (this_image() == 1) print *, 'Total:', global_sum
! other collectives: co_min, co_max, co_broadcast
call co_broadcast(global_sum, source_image=1)
end programTypes dérivés coarray
Les types dérivés peuvent être des coarrays — chaque composant est répliqué par image. Accédez aux composants distants avec p[k]%field. Les composants allocatable dans les coarrays nécessitent Fortran 2018+ (certains compilateurs peuvent ne pas prendre en charge). Pour les tableaux de particules, utilisez type(particle), allocatable :: particles(:)[:].
program coarray_types
implicit none
type :: particle
real :: x, y, z
real :: mass
end type
type(particle) :: p[*]
integer :: me
me = this_image()
p%mass = real(me)
p%x = real(me) * 0.5
sync all
! access component of remote coarray
if (me == 1) print *, 'Image 2 mass:', p[2]%mass
end programCoarrays allouables et équipes
Les coarrays allocatable sont alloués sur toutes les images simultanément avec le suffixe [*]. Les équipes (F2018) divisent les images en groupes indépendants — chacune a son propre this_image/num_images. form team crée des équipes ; change team entre dans la portée. Utile pour le parallélisme hiérarchique. Le support du compilateur varie (ifort, gfortran 9+).
program alloc_coarrays
use iso_fortran_env, only: team_type
implicit none
integer, allocatable :: data(:)[:]
type(team_type) :: odd_team, even_team
integer :: me
me = this_image()
allocate(data(100)[*]) ! allocate on all images
! F2018 teams — split images into groups
form team(merge(1, 2, mod(me, 2) == 1), odd_team, even_team)
if (mod(me, 2) == 1) then
change team(odd_team)
! this_image() and num_images() now refer to team
data(this_image()) = me
end team
end if
deallocate(data)
end programInteropérabilité avec C
Bases d'ISO_C_BINDING
iso_c_binding fournit des kinds compatibles C (c_int, c_double, c_char, etc.). bind(C, name='...') expose Fortran à C avec un nom de symbole spécifique. Les chaînes C nécessitent un terminateur c_null_char. Le bloc interface déclare la signature de fonction C. Compilez C et Fortran séparément, liez ensemble.
program c_interop
use iso_c_binding, only: c_int, c_double, c_char, c_null_char
implicit none
interface
subroutine c_print(msg) bind(C, name='c_print')
import :: c_char
character(kind=c_char), dimension(*) :: msg
end subroutine
end interface
call c_print('Hello from Fortran' // c_null_char)
end program
! Corresponding C:
! void c_print(const char* msg) { printf("%s\n", msg); }Passage de tableaux à C
Passez les tableaux via c_loc (obtient le pointeur C) et le type c_ptr. Utilisez l'attribut 'value' pour les arguments scalaires C (passés par valeur, pas par référence). Les tableaux Fortran sont colonne-major ; C est ligne-major — transposez les tableaux 2D ou documentez la convention. c_f_pointer convertit les pointeurs C en pointeurs Fortran.
program array_interop
use iso_c_binding, only: c_double, c_int, c_loc, c_f_pointer
implicit none
real(c_double), target :: arr(10)
integer(c_int) :: n
type(c_ptr) :: ptr
arr = [(real(i), i=1,10)]
ptr = c_loc(arr(1)) ! get C pointer
! call C function: void process(double* arr, int n);
call process_c(ptr, size(arr, kind=c_int))
interface
subroutine process_c(arr, n) bind(C, name='process')
import :: c_double, c_int, c_ptr
type(c_ptr), value :: arr
integer(c_int), value :: n
end subroutine
end interface
end programTypes interopérables avec C
Les types avec bind(C) ont une disposition mémoire compatible C — requis pour passer des structs à C. Seuls les kinds compatibles C autorisés (pas de real/integer par défaut). Pas de composants allocatable/pointer. Les tableaux char de longueur fixe émulent les chaînes C. L'ordre compte — Fortran peut réordonner les composants sans bind(C).
module data_types
use iso_c_binding, only: c_double, c_int, c_char
implicit none
type, bind(C) :: point
real(c_double) :: x, y
integer(c_int) :: id
end type
type, bind(C) :: string_holder
character(kind=c_char, len=1) :: name(64)
end type
end module
! C equivalent:
! struct point { double x, y; int id; };
! struct string_holder { char name[64]; };Appel de Fortran depuis C
Les sous-routines avec bind(C, name='...') sont appelables depuis C par ce nom. Utilisez 'value' pour les scalaires que C passe par valeur ; les tableaux sont passés par référence (pas de value). Les résultats de fonction doivent être des scalaires compatibles C. Utilisez des noms de liaison C pour éviter la décoration de nom du compilateur (underscores, changements de casse).
! Fortran:
module fmod
use iso_c_binding, only: c_double
implicit none
contains
subroutine square_array(arr, n) bind(C, name='square_array')
integer, value :: n
real(c_double), intent(inout) :: arr(n)
arr = arr ** 2
end subroutine
end module
! C caller:
! extern void square_array(double* arr, int n);
! double data[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
! square_array(data, 5);Pointeurs de fonction C et rappels
abstract interface déclare une signature de fonction C. procedure(iface) accepte une fonction correspondante en argument. Passez les pointeurs de fonction C directement. c_funloc obtient l'adresse C d'une procédure Fortran ; c_f_procpointer convertit un c_funptr en une procédure Fortran. Utile pour les rappels de type qsort.
module callbacks
use iso_c_binding, only: c_funloc, c_funptr, c_int
implicit none
abstract interface
function comparator(a, b) bind(C)
import :: c_int
integer(c_int), value :: a, b
integer(c_int) :: comparator
end function
end interface
contains
subroutine sort_with_c(arr, n, cmp) bind(C)
integer(c_int), value :: n
integer(c_int), intent(inout) :: arr(n)
procedure(comparator) :: cmp
! ... use cmp(a, b) to compare ...
end subroutine
end module
! C side:
! int descending(int a, int b) { return b - a; }
! sort_with_c(arr, n, descending);Orienté objet (extends/final)
Extension de type (héritage)
Extension de type = héritage. 'extends(parent)' déclare une sous-classe. 'class(T)' est polymorphe (accepte T ou toute extension) ; 'type(T)' est exact. 'abstract' + 'deferred' = méthode abstraite (doit être surchargée). 'contains' introduit les procédures liées au type. Surchargez en redéclarant la procédure avec le même nom.
module shapes
implicit none
type, abstract :: shape
real :: x = 0, y = 0
contains
procedure(area_iface), deferred :: area
procedure :: move => shape_move
end type
abstract interface
function area_iface(this) result(a)
import :: shape
class(shape), intent(in) :: this
real :: a
end function
end interface
type, extends(shape) :: circle
real :: radius
contains
procedure :: area => circle_area
end type
contains
subroutine shape_move(this, dx, dy)
class(shape), intent(inout) :: this
real, intent(in) :: dx, dy
this%x = this%x + dx
this%y = this%y + dy
end subroutine
function circle_area(this) result(a)
class(circle), intent(in) :: this
real :: a
a = 3.14159 * this%radius ** 2
end function
end modulePolymorphisme et SELECT TYPE
select type fait la discrimination de type à l'exécution sur les variables polymorphes. 'type is (T)' correspond au type exact ; 'class is (T)' correspond à T et aux extensions. À l'intérieur du bloc, la variable est traitée comme le type correspondant (accède aux composants spécifiques). Les tableaux polymorphes contiennent des types mixtes via class(shape) — mais l'allocation doit être par élément.
module polymorph
use shapes, only: shape, circle, rectangle
implicit none
contains
subroutine describe(s)
class(shape), intent(in) :: s
select type(s)
type is (circle)
print *, 'Circle radius:', s%radius
type is (rectangle)
print *, 'Rectangle:', s%width, 'x', s%height
class is (shape)
print *, 'Some shape at:', s%x, s%y
class default
print *, 'Unknown type'
end select
end subroutine
subroutine process_all(shapes)
class(shape), intent(in) :: shapes(:)
integer :: i
do i = 1, size(shapes)
call describe(shapes(i))
print *, 'Area:', shapes(i)%area()
end do
end subroutine
end moduleFinaliseurs et destructeurs
Les procédures final s'exécutent automatiquement lorsqu'une variable sort de la portée — comme les destructeurs C++. Définissez avec 'final :: name'. Doit être une sous-routine prenant TYPE (pas class) — pas de polymorphisme. Un type peut avoir plusieurs finaliseurs (surchargés par rang). Utilisez pour fermer les fichiers, libérer la mémoire, relâcher les ressources. Ne peut pas échouer/lever.
module resources
implicit none
type :: file_handle
integer :: unit = -1
contains
final :: close_file
procedure :: open
end type
contains
subroutine open(this, filename)
class(file_handle), intent(inout) :: this
character(*), intent(in) :: filename
open(newunit=this%unit, file=filename, status='old')
end subroutine
subroutine close_file(this)
type(file_handle), intent(inout) :: this
if (this%unit /= -1) then
close(this%unit)
this%unit = -1
end if
end subroutine
end module
program demo
use resources
type(file_handle) :: f
call f%open('data.txt')
! ... use file ...
end program ! f goes out of scope -> close_file called automaticallyConstructeurs et allocation
L'interface générique avec le nom du type agit comme un constructeur personnalisé — surcharge le constructeur de structure par défaut. Plusieurs procédures permettent différents ensembles d'arguments. Le constructeur par défaut (point(x=..., y=...)) est toujours disponible sauf si surchargé. Allocation polymorphe : allocate(circle :: shape_var) crée un circle dans une variable class(shape).
module points
implicit none
type :: point
real :: x, y
contains
procedure :: norm
end type
interface point
procedure new_point
procedure new_point_polar
end interface
contains
function new_point(x, y) result(p)
real, intent(in) :: x, y
type(point) :: p
p%x = x
p%y = y
end function
function new_point_polar(r, theta) result(p)
real, intent(in) :: r, theta
type(point) :: p
p%x = r * cos(theta)
p%y = r * sin(theta)
end function
function norm(this) result(n)
class(point), intent(in) :: this
real :: n
n = sqrt(this%x**2 + this%y**2)
end function
end module
program use_points
use points
type(point) :: a, b
a = point(1.0, 2.0) ! cartesian
b = point(3.0, 0.5) ! polar (same name, different args)
print *, a%norm(), b%norm()
end programTypes abstraits et modèles
Les types abstraits ne peuvent pas être instanciés — uniquement étendus. Les procédures deferred doivent être surchargées dans les sous-classes concrètes. class(*) est polymorphe illimité — contient n'importe quel type (utilisez select type pour récupérer). Ce modèle implémente les classes de base abstraites et les interfaces. Les conteneurs concrets (list, stack, queue) étendent et implémentent les procédures deferred.
module container
implicit none
type, abstract :: container
contains
procedure(add_iface), deferred :: add
procedure(size_iface), deferred :: size
procedure :: is_empty => container_is_empty
end type
abstract interface
subroutine add_iface(this, item)
import :: container
class(container), intent(inout) :: this
class(*), intent(in) :: item
end subroutine
function size_iface(this) result(n)
import :: container
class(container), intent(in) :: this
integer :: n
end function
end interface
contains
function container_is_empty(this) result(e)
class(container), intent(in) :: this
logical :: e
e = (this%size() == 0)
end function
end module
! Concrete subclass implements add/size
! class(*) allows storing any type (unlimited polymorphic)Types dérivés paramétrés
Déclaration PDT de base
Les Parameterized Derived Types (PDT, F2003) sont comme les templates C++. Les paramètres 'kind' sont à la compilation (fixes par instance) ; les paramètres 'len' sont à l'exécution (peuvent être différés avec ':'). Allouez les types à longueur différée avec allocate(type(params) :: var). Les PDTs permettent des conteneurs génériques de type sûr sans astuces de préprocesseur.
module pdt_types
implicit none
type :: matrix(k, n, m)
integer, kind :: k = kind(1.0)
integer, len :: n, m
real(k) :: data(n, m)
end type
! kind parameters: compile-time (like template params)
! len parameters: runtime (like allocatable dimensions)
end module
program use_pdt
use pdt_types
implicit none
type(matrix(kind(1.0), 3, 3)) :: small ! fixed 3x3
type(matrix(kind(1.d0), :, :)), allocatable :: big ! deferred
small%data = 0.0
allocate(matrix(kind(1.d0), 100, 100) :: big)
big%data = 0.d0
deallocate(big)
end programPDT avec paramètre kind
Les types paramétrés par kind vous permettent d'écrire un type qui fonctionne pour plusieurs précisions. Le type de retour de fonction utilise this%k pour correspondre. Notez la syntaxe class(array_t(k=*)) pour la procédure — requise pour les types à paramètre kind. Support du compilateur : gfortran 9+, ifort. Utile pour les bibliothèques prenant en charge simple/double/quad précision.
module typed_array
implicit none
type :: array_t(k)
integer, kind :: k = kind(1.0)
real(k), allocatable :: data(:)
contains
procedure :: sum_values
end type
contains
function sum_values(this) result(s)
class(array_t(k=*)), intent(in) :: this
real(this%k) :: s
s = sum(this%data)
end function
end module
program test
use typed_array
type(array_t(kind(1.0))) :: float_arr
type(array_t(kind(1.d0))) :: double_arr
allocate(float_arr%data(10))
allocate(double_arr%data(10))
float_arr%data = 1.0
double_arr%data = 1.d0
print *, float_arr%sum_values()
print *, double_arr%sum_values()
end programPDT avec paramètre length
Les types paramétrés par length portent la taille comme paramètre de type. fstr(5) et fstr(6) sont des types différents. Les procédures utilisent fstr(*) pour accepter n'importe quelle longueur. Le type de résultat peut dépendre des longueurs d'entrée (c a la longueur a%n + b%n). Utile pour les tampons de taille fixe, les tableaux de taille statique. Support de compilateur limité — testez minutieusement.
module fixed_string
implicit none
type :: fstr(n)
integer, len :: n
character(len=n) :: str
end type
contains
function concat(a, b) result(c)
type(fstr(*)), intent(in) :: a, b
type(fstr(a%n + b%n)) :: c
c%str = a%str // b%str
end function
end module
program test
use fixed_string
type(fstr(5)) :: a = fstr(5)('Hello')
type(fstr(6)) :: b = fstr(6)(' World')
type(fstr(11)) :: c
c = concat(a, b)
print *, c%str
end programTableaux allouables PDT
Les PDTs peuvent contenir des composants allocatable. Le paramètre kind se propage aux types de composants (real(this%k)). move_alloc transfère efficacement l'allocation (pas de copie). Utilisez class(stack(k=*)) dans les procédures pour accepter n'importe quel kind. Les PDTs avec composants allocatable combinent le typage générique avec le dimensionnement dynamique.
module stack_t
implicit none
type :: stack(k)
integer, kind :: k = kind(1.0)
real(k), allocatable :: data(:)
integer :: top = 0
contains
procedure :: push
procedure :: pop
procedure :: is_empty
end type
contains
subroutine push(this, val)
class(stack(k=*)), intent(inout) :: this
real(this%k), intent(in) :: val
if (this%top == size(this%data)) then
block
real(this%k), allocatable :: tmp(:)
tmp = [this%data, val]
call move_alloc(tmp, this%data)
end block
else
this%top = this%top + 1
this%data(this%top) = val
end if
end subroutine
end moduleLimitations des PDT et solutions de contournement
Le support des PDT varie — les paramètres kind sont largement pris en charge ; les paramètres length moins. Pour le dimensionnement à l'exécution, préférez les composants allocatable aux paramètres len. Les tableaux PDT (type(matrix(4,4)) :: arr(10)) peuvent ne pas fonctionner sur tous les compilateurs. Testez sur votre compilateur cible. Pour une portabilité maximale, utilisez le préprocesseur (#define) ou les interfaces génériques.
! Limitations of PDTs:
! - Not all compilers fully support len parameters
! - I/O of PDTs may not work as expected
! - Some F2003 features (e.g., PDT arrays) have spotty support
! Workaround: use allocatable components instead of len params
module alt_matrix
implicit none
type :: matrix_alt(k)
integer, kind :: k = kind(1.0)
real(k), allocatable :: data(:,:)
end type
contains
function make_matrix(k_, n, m) result(mat)
integer, intent(in) :: n, m
! kind must be compile-time constant — can't pass dynamically
! workaround: separate constructors per kind
end function
end module
! Best practice: use kind params (well-supported), avoid len params
! Use allocatable components for runtime sizing insteadSous-modules
Structure de sous-module de base
Les sous-modules (F2008) séparent l'interface de l'implémentation. Le module déclare l'interface ; le sous-module fournit le corps. Les modifications du corps du sous-module ne déclenchent pas la recompilation des dépendants — seules les modifications d'interface le font. Utilisez 'module procedure' pour implémenter. Excellent pour les grandes bibliothèques avec une compilation coûteuse.
! parent_module.f90
module math_lib
implicit none
interface
module function integrate(f, a, b, n) result(s)
abstract interface
real function func_t(x)
real, intent(in) :: x
end function
end interface
procedure(func_t) :: f
real, intent(in) :: a, b
integer, intent(in) :: n
real :: s
end function
end interface
end module
! sub_math.f90
submodule(math_lib) math_impl
implicit none
contains
module procedure integrate
integer :: i
real :: dx, x
dx = (b - a) / n
s = 0.5 * (f(a) + f(b))
do i = 1, n-1
x = a + i * dx
s = s + f(x)
end do
s = s * dx
end procedure
end submodulePlusieurs sous-modules par module
Un module peut avoir plusieurs sous-modules — divisez les implémentations entre les fichiers. Chaque sous-module commence par 'submodule(parent) name'. Les procédures dans le même module parent peuvent s'appeler mutuellement. Cela permet la compilation incrémentale : éditez un sous-module, recompilez uniquement lui et liez. Utile pour les très grands modules.
! big_lib.f90
module big_lib
implicit none
interface
module subroutine sort(arr)
real, intent(inout) :: arr(:)
end subroutine
module function mean(arr) result(m)
real, intent(in) :: arr(:)
real :: m
end function
module function stddev(arr) result(s)
real, intent(in) :: arr(:)
real :: s
end function
end interface
end module
! sub_sort.f90 — one submodule
submodule(big_lib) sort_impl
contains
module procedure sort
! quicksort implementation
end procedure
end submodule
! sub_stats.f90 — another submodule
submodule(big_lib) stats_impl
contains
module procedure mean
m = sum(arr) / size(arr)
end procedure
module procedure stddev
block
real :: mu
mu = mean(arr) ! can call sibling module procedures
s = sqrt(sum((arr - mu)**2) / (size(arr) - 1))
end block
end procedure
end submoduleProcédures internes uniquement au sous-module
Les sous-modules peuvent contenir des procédures d'assistance privées non visibles via l'interface du module parent. Cela cache les détails d'implémentation tout en les gardant co-localisés. Seules les implémentations 'module procedure' sont accessibles via le parent. Les assistants restent internes — meilleure encapsulation que de tout mettre dans le bloc contains du module.
module sparse_ops
implicit none
interface
module function sparse_multiply(a, b) result(c)
! ... sparse matrix types ...
real, allocatable :: c(:,:)
end function
end interface
end module
submodule(sparse_ops) sparse_impl
implicit none
contains
module procedure sparse_multiply
! call helper — invisible to module users
call validate_dimensions(a, b)
c = multiply_kernel(a, b)
end procedure
! private helper — not exposed via parent module
subroutine validate_dimensions(a, b)
! ...
end subroutine
function multiply_kernel(a, b) result(c)
! ...
end function
end submoduleHéritage des variables de module
Les sous-modules ont accès aux variables et types du module parent via l'association hôte. Ils peuvent lire et modifier l'état au niveau du module. C'est utile pour la configuration qui affecte le comportement de l'implémentation. Les modifications des variables du module nécessitent toujours la recompilation du sous-module (et des dépendants).
module config
implicit none
integer :: verbosity = 0
interface
module subroutine log_message(msg)
character(*), intent(in) :: msg
end subroutine
end interface
end module
submodule(config) config_impl
implicit none
! submodule can access parent module's variables
contains
module procedure log_message
if (verbosity > 0) then
print *, '[LOG]', msg
end if
end procedure
end submodule
! Usage:
! use config
! verbosity = 1
! call log_message('Starting up')Bénéfices de compilation des sous-modules
Le bénéfice clé : les modifications d'implémentation dans un sous-module ne déclenchent pas la recompilation du code qui 'use' uniquement le module parent. Seul le sous-module lui-même recompile. Cela accélère considérablement les builds incrémentaux pour les grands projets Fortran. Restructurez les implémentations à changement fréquent dans des sous-modules ; gardez les interfaces stables dans le parent.
! Without submodules:
! module big_mod
! ... 5000 lines of implementation ...
! end module
! ! Any change -> recompile big_mod + all users
! With submodules:
! module big_mod
! ! just interfaces (~200 lines)
! end module
! submodule(big_mod) impl
! ! 5000 lines of implementation
! end submodule
! ! Change impl body -> recompile only submodule
! ! Change interface -> recompile everything (unavoidable)
! Build system example (Makefile):
! big_mod.o: big_mod.f90
! impl.o: impl.f90 big_mod.o
! user.o: user.f90 big_mod.o ! NOT impl.o
! app: user.o impl.o big_mod.o
! $(FC) -o app user.o impl.o big_mod.oVirgule flottante IEEE
Exceptions et drapeaux IEEE
ieee_exceptions fournit l'accès aux drapeaux d'exception IEEE (overflow, underflow, divide_by_zero, invalid, inexact). ieee_get_flag lit ; ieee_set_flag efface. ieee_set_halting_mode contrôle si les exceptions arrêtent le programme. ieee_arithmetic fournit ieee_is_nan, ieee_is_finite, ieee_is_negative, etc. Vérifiez toujours les drapeaux après les calculs critiques.
program ieee_exceptions
use ieee_exceptions
use ieee_arithmetic, only: ieee_is_nan, ieee_is_finite
implicit none
real :: x, y
logical :: overflow_flag
call ieee_set_halting_mode(ieee_overflow, .false.)
x = huge(x) * 10 ! overflow -> Inf, no halt
call ieee_get_flag(ieee_overflow, overflow_flag)
print *, 'Overflow occurred:', overflow_flag
y = 0.0 / 0.0 ! NaN
print *, 'x is finite:', ieee_is_finite(x)
print *, 'y is NaN:', ieee_is_nan(y)
call ieee_set_flag(ieee_all, .false.) ! clear all flags
end programGestion de NaN et Inf
Inf et NaN sont des valeurs spéciales IEEE. NaN != NaN (utilisez ieee_is_nan pour tester). Inf se propage à travers l'arithmétique. Op érations produisant NaN : 0/0, Inf-Inf, 0*Inf, sqrt(-1). Compilez avec -ffpe-trap=invalid,zero,overflow pour s'arrêter sur celles-ci (débogage). Le code de production devrait vérifier les NaN après les opérations risquées.
program nan_inf
use ieee_arithmetic, only: ieee_value, ieee_nan, &
ieee_positive_inf, ieee_negative_inf
implicit none
real :: pos_inf, neg_inf, nan_val
pos_inf = ieee_value(0.0, ieee_positive_inf)
neg_inf = ieee_value(0.0, ieee_negative_inf)
nan_val = ieee_value(0.0, ieee_nan)
print *, 'Inf - Inf =', pos_inf - pos_inf ! NaN
print *, '0 * Inf =', 0.0 * pos_inf ! NaN
print *, 'Inf > 1e30:', pos_inf > 1e30 ! T
print *, 'NaN == NaN:', nan_val == nan_val ! F (always!)
! generate via arithmetic
pos_inf = 1.0 / 0.0 ! may halt without -fno-trapping-math
end programModes d'arrondi
IEEE prend en charge 4 modes d'arrondi : nearest (défaut), down, up, to zero. ieee_set_rounding_mode le change à l'exécution. Utile pour l'arithmétique d'intervalle (calculez les bornes supérieure/inférieure en arrondissant vers le haut/bas). Affecte toutes les opérations FP suivantes jusqu'au changement. Restaurez à nearest lorsque terminé. Certains compilateurs optimisent en supposant nearest — utilisez avec soin.
program rounding_modes
use ieee_arithmetic, only: ieee_set_rounding_mode, &
ieee_nearest, ieee_down, ieee_up, ieee_to_zero
implicit none
real :: x, y, result
x = 1.0 / 3.0
print *, 'Nearest:', x
call ieee_set_rounding_mode(ieee_down)
result = 1.0 / 3.0
print *, 'Down:', result
call ieee_set_rounding_mode(ieee_up)
result = 1.0 / 3.0
print *, 'Up:', result
call ieee_set_rounding_mode(ieee_to_zero)
result = 1.0 / 3.0
print *, 'To zero:', result
call ieee_set_rounding_mode(ieee_nearest) ! restore default
end programInterrogation des fonctionnalités IEEE
ieee_features et les fonctions d'interrogation ieee_arithmetic vous permettent de vérifier quelles fonctionnalités IEEE le compilateur/plateforme prend en charge. ieee_support_nan, ieee_support_inf, ieee_support_rounding, ieee_support_datatype, etc. Utile pour le code portable — dégradez gracieusement sur les systèmes non-IEEE. La plupart des systèmes modernes prennent en charge toutes les fonctionnalités.
program ieee_inquiry
use ieee_features
use ieee_arithmetic, only: ieee_support_nan, ieee_support_inf, &
ieee_support_rounding, ieee_nearest
implicit none
if (ieee_support_nan(1.0)) print *, 'NaN supported'
if (ieee_support_inf(1.0)) print *, 'Inf supported'
if (ieee_support_rounding(ieee_nearest, 1.0)) &
print *, 'Nearest rounding supported'
! Check halting mode
block
use ieee_exceptions
logical :: halting
call ieee_get_halting_mode(ieee_overflow, halting)
print *, 'Overflow halts:', halting
end block
end programContrôle de l'environnement FP
Contrôlez le comportement FP par section : désactivez l'arrêt pour le code risqué, vérifiez les drapeaux après, restaurez. ieee_all correspond à toutes les exceptions. Modèle : effacez les drapeaux, exécutez le calcul, vérifiez les drapeaux, gérez les erreurs. Pour la production, préférez les vérifications explicites (ieee_is_nan) à la détection basée sur les drapeaux — les drapeaux peuvent être définis par du code non lié.
program fp_env
use ieee_arithmetic
use ieee_exceptions
implicit none
real :: a, b, c
! Save/restore FP state
block
use iso_fortran_env, only: real32
real(real32) :: saved_state
! (no portable save/restore in standard — use compiler intrinsics)
end block
! Disable halting for a risky section
call ieee_set_halting_mode(ieee_all, .false.)
call ieee_set_flag(ieee_all, .false.)
a = sqrt(-1.0) ! NaN, no halt
b = 1.0 / 0.0 ! Inf, no halt
if (ieee_is_nan(a)) then
print *, 'Got NaN, using fallback'
a = 0.0
end if
! Re-enable halting
call ieee_set_halting_mode(ieee_divide_by_zero, .true.)
call ieee_set_halting_mode(ieee_invalid, .true.)
end programPerformance & Optimisation
Ordonnancement de tableau et contiguïté
Les tableaux Fortran sont colonne-major : a(i,j) et a(i+1,j) sont adjacents en mémoire. L'ordre des boucles compte : la boucle la plus interne devrait itérer le premier index. Le mauvais ordre cause des cache misses — ralentissement de 10x+. La syntaxe de tableau (sum, matmul) laisse le compilateur optimiser. Utilisez des tableaux contigus (pas de pointeurs) pour les meilleures performances.
program array_perf
implicit none
real, allocatable :: a(:,:), b(:,:)
integer :: i, j, n
real :: s
n = 1000
allocate(a(n,n), b(n,n))
! GOOD: column-major access (Fortran is column-major)
do j = 1, n
do i = 1, n
s = s + a(i,j)
end do
end do
! BAD: row-major access (cache misses)
do i = 1, n
do j = 1, n
s = s + a(i,j)
end do
end do
! BEST: array syntax (compiler optimizes)
s = sum(a)
end programProcédures pures et élémentaires
Les procédures pure n'ont pas d'effets de bord — le compilateur peut optimiser, paralléliser et réordonnancer les appels. Les procédures élémentaires fonctionnent à la fois sur les scalaires et les tableaux (auto-vectorisées). pure elemental combine les deux. Utilisez-les pour les fonctions math. Restrictions : pas d'E/S, pas de modification globale, intent(in) pour toutes les entrées. Permet une meilleure optimisation que les procédures régulières.
module math_ops
implicit none
contains
! pure: no side effects, enables optimization
pure function square(x) result(y)
real, intent(in) :: x
real :: y
y = x * x
end function
! elemental: works on scalars and arrays element-wise
pure elemental function clamp(x, lo, hi) result(y)
real, intent(in) :: x, lo, hi
real :: y
y = max(lo, min(x, hi))
end function
end module
program use_math
use math_ops
implicit none
real :: arr(100), scalar
arr = clamp(arr, 0.0, 1.0) ! applies to each element
scalar = clamp(1.5, 0.0, 1.0) ! also works on scalar
arr = square(arr) ! elemental too (if declared)
end programIndicateurs d'optimisation du compilateur
Commencez avec -O2 -march=native pour la production. -O3 peut aider ou nuire — benchmarkz. -Ofast casse la conformité IEEE (ne l'utilisez pas si NaN/Inf comptent). -flto permet l'inlining inter-fichiers (compilation plus lente, exécution plus rapide). Utilisez -fcheck=all et -ffpe-trap dans les builds de débogage pour attraper les erreurs. L'optimisation guidée par profil (-fprofile-use) donne 5-15% d'accélération.
! gfortran optimization flags:
! -O0 no optimization (debug)
! -O1 basic optimization
! -O2 standard optimization (recommended)
! -O3 aggressive (may increase code size)
! -Ofast -O3 + -ffast-math (breaks IEEE compliance)
! -march=native use CPU's full instruction set
! -flto link-time optimization (cross-file inlining)
! -fopenmp enable OpenMP pragmas
! -fprofile-generate/use profile-guided optimization
! Example Makefile:
! FC = gfortran
! FFLAGS = -O2 -march=native -Wall -fcheck=all
! FFLAGS_RELEASE = -O3 -march=native -flto -fno-trapping-math
! FFLAGS_DEBUG = -O0 -g -fcheck=all -fbacktrace -ffpe-trap=invalid,zero
! ifort equivalents:
! -O2, -O3, -xHost (= -march=native), -ipo (= -flto)Parallélisme OpenMP
OpenMP ajoute du parallélisme via des directives (!$omp). 'parallel do' parallélise la boucle suivante. 'reduction(+:s)' gère les sommes en toute sécurité. Compilez avec -fopenmp (gfortran) ou -qopenmp (ifort). Définissez le nombre de threads via la variable d'environnement OMP_NUM_THREADS. Meilleur pour les boucles liées au CPU avec des itérations indépendantes. Méfiez-vous du faux partage et du déséquilibre de charge.
program openmp_demo
use omp_lib
implicit none
real, allocatable :: a(:), b(:), c(:)
integer :: i, n, nthreads
n = 10000000
allocate(a(n), b(n), c(n))
a = 1.0; b = 2.0
!$omp parallel
if (omp_get_thread_num() == 0) then
nthreads = omp_get_num_threads()
print *, 'Threads:', nthreads
end if
!$omp end parallel
!$omp parallel do
do i = 1, n
c(i) = a(i) + b(i)
end do
!$omp end parallel do
! reduction
block
real :: s
s = 0.0
!$omp parallel do reduction(+:s)
do i = 1, n
s = s + c(i)
end do
!$omp end parallel do
print *, 'Sum:', s
end block
end programProfilage et détection des points chauds
system_clock donne un chronométrage portable. Pour le profilage sérieux, utilisez gprof (compilez avec -pg), perf (Linux) ou Intel VTune. Profilez avant d'optimiser — les surprises sont courantes. Concentrez-vous sur les points chauds (les 20% de code qui prennent 80% du temps). Optimisez les boucles les plus internes d'abord. Benchmarkz toujours avant/après les modifications — l'intuition est souvent fausse.
! Compile with profiling:
! gfortran -pg -O2 prog.f90 -o prog
! ./prog (generates gmon.out)
! gprof prog gmon.out > profile.txt
! Or use perf (Linux):
! perf record ./prog
! perf report
! Or gprofng (modern):
! gprofng collect app ./prog
! gprofng analyze
! Manual timing:
program timing
use iso_fortran_env, only: real64, int64
implicit none
integer(int64) :: start, finish, rate
real(real64) :: elapsed
real, allocatable :: a(:)
integer :: i
allocate(a(10000000))
call system_clock(start, rate)
do i = 1, 100
a = a + 1.0
end do
call system_clock(finish)
elapsed = real(finish - start, real64) / real(rate, real64)
print *, 'Elapsed:', elapsed, 'sec'
end programProgrammation en langage mixte
Fortran appelant une bibliothèque C
Enveloppez les fonctions de bibliothèque C dans un module d'interface Fortran. Utilisez bind(C, name='...') pour lier au symbole C exact. Passez les pointeurs comme c_ptr avec 'value'. Pour les arguments de pointeur de fonction (comme le comparateur de qsort), utilisez une abstract interface. Cela vous permet d'appeler n'importe quelle fonction C — y compris libc, BLAS, appels système.
module c_glue
use iso_c_binding
implicit none
interface
function c_malloc(size) bind(C, name='malloc')
import :: c_ptr, c_size_t
integer(c_size_t), value :: size
type(c_ptr) :: c_malloc
end function
subroutine c_free(ptr) bind(C, name='free')
import :: c_ptr
type(c_ptr), value :: ptr
end subroutine
subroutine c_qsort(base, nmemb, size, compar) bind(C, name='qsort')
import :: c_ptr, c_size_t, c_int
type(c_ptr), value :: base
integer(c_size_t), value :: nmemb, size
abstract interface
function compar_fn(a, b) bind(C)
import :: c_ptr
type(c_ptr), value :: a, b
integer(c_int) :: compar_fn
end function
end interface
procedure(compar_fn) :: compar
end subroutine
end interface
end moduleInterop C++ via extern C
C++ décore les noms de symboles, donc enveloppez les fonctions C++ dans des blocs extern "C". L'interface Fortran se lie ensuite au nom non décoré. Liez avec -lstdc++ (gfortran) ou utilisez un éditeur de liens C++. Cela vous permet d'utiliser des bibliothèques C++ (STL, Boost, Qt) depuis Fortran. Pour les classes C++, écrivez un wrapper d'API C plat, puis appelez depuis Fortran.
! C++ side (wrapper.cpp):
! extern "C" {
! void cpp_process(double* data, int n) {
! std::vector<double> v(data, data+n);
! std::sort(v.begin(), v.end());
! std::copy(v.begin(), v.end(), data);
! }
! }
! Fortran side:
module cpp_glue
use iso_c_binding
implicit none
interface
subroutine cpp_process(data, n) bind(C, name='cpp_process')
import :: c_double, c_int
real(c_double), intent(inout) :: data(*)
integer(c_int), value :: n
end subroutine
end interface
end module
program use_cpp
use cpp_glue
implicit none
real(c_double) :: arr(10) = [5.d0, 3.d0, 8.d0, 1.d0, 9.d0, &
2.d0, 7.d0, 4.d0, 6.d0, 0.d0]
call cpp_process(arr, size(arr, kind=c_int))
print *, arr
end program
! Build: gfortran use_cpp.f90 wrapper.cpp -lstdc++ -o appInterop Python via f2py
f2py (partie de numpy) génère automatiquement des liaisons Python pour Fortran. Il lit les attributs intent et crée des interfaces Python/numpy appropriées. intent(out) devient une valeur de retour. Les tableaux mappent vers des tableaux numpy (zéro-copie lorsqu'ils sont contigus). Excellent pour le code numérique critique en performance appelé depuis Python. Support limité des fonctionnalités F2003+.
! Fortran module (myfuncs.f90):
module myfuncs
implicit none
contains
subroutine compute(arr, n, result)
integer, intent(in) :: n
real(8), intent(in) :: arr(n)
real(8), intent(out) :: result
result = sum(arr**2)
end subroutine
function fast_sin(x) result(y)
real(8), intent(in) :: x
real(8) :: y
y = sin(x)
end function
end module
! Build Python extension:
! f2py -c myfuncs.f90 -m myfuncs
! (creates myfuncs.cpython-*.so)
! Python usage:
! import numpy as np
! import myfuncs
! arr = np.array([1.0, 2.0, 3.0])
! result = myfuncs.myfuncs.compute(arr)
! y = myfuncs.myfuncs.fast_sin(1.5)Bibliothèque partagée et chargement dynamique
Utilisez dlopen/dlsym (POSIX) ou LoadLibrary/GetProcAddress (Windows) pour les plugins chargés à l'exécution. Enveloppez dans des interfaces iso_c_binding. Convertissez c_ptr en pointeur de procédure avec c_f_procpointer. Cela permet les architectures de plugins — chargez différentes implémentations à l'exécution. Multiplateforme : utilisez #ifdef pour les chargeurs spécifiques à l'OS.
module dynamic_loader
use iso_c_binding
implicit none
interface
function dlopen(filename, flag) bind(C, name='dlopen')
import :: c_ptr, c_char, c_int
character(kind=c_char), dimension(*) :: filename
integer(c_int), value :: flag
type(c_ptr) :: dlopen
end function
function dlsym(handle, name) bind(C, name='dlsym')
import :: c_ptr, c_char
type(c_ptr), value :: handle
character(kind=c_char), dimension(*) :: name
type(c_ptr) :: dlsym
end function
function dlclose(handle) bind(C, name='dlclose')
import :: c_ptr, c_int
type(c_ptr), value :: handle
integer(c_int) :: dlclose
end function
end interface
end module
program plugin
use dynamic_loader
implicit none
type(c_ptr) :: lib, sym
integer, parameter :: RTLD_NOW = 2
lib = dlopen('./plugin.so' // c_null_char, RTLD_NOW)
if (.not. c_associated(lib)) then
print *, 'Failed to load library'
stop 1
end if
sym = dlsym(lib, 'init' // c_null_char)
! call init via c_f_procpointer...
print *, dlclose(lib)
end programIntégration du système de build
CMake gère bien les builds en langage mixte. Déclarez tous les langages dans project(). Définissez les indicateurs par langage. Liez les bibliothèques dans l'ordre des dépendances. CMake suit automatiquement les dépendances de module Fortran (pas d'ordonnancement .mod manuel). Pour la liaison de bibliothèque standard C++, utilisez le bon indicateur par plateforme. Utilisez Fortran comme éditeur de liens principal si le runtime Fortran est nécessaire.
# CMakeLists.txt for mixed Fortran/C/C++ project:
cmake_minimum_required(VERSION 3.18)
project(mixed LANGUAGES Fortran C CXX)
set(CMAKE_Fortran_FLAGS "-O2 -fopenmp")
set(CMAKE_C_FLAGS "-O2")
set(CMAKE_CXX_FLAGS "-O2 -std=c++17")
add_library(fortran_lib STATIC mymod.f90)
add_library(c_lib STATIC helper.c)
add_library(cpp_lib STATIC wrapper.cpp)
# Mixed-language executable
add_executable(app main.f90)
target_link_libraries(app fortran_lib c_lib cpp_lib)
# Fortran needs C runtime
if(APPLE)
target_link_libraries(app "-lc++")
else()
target_link_libraries(app stdc++)
endif()
# Module dependency tracking (CMake handles automatically)
# fortran_lib depends on its own .mod files
# app depends on fortran_lib's .mod filesE/S modernes
Newunit et gestion sûre des fichiers
newunit= évite les collisions de numéro d'unité — le compilateur choisit un numéro libre. Vérifiez toujours iostat après open/read/write — non nul signifie erreur. iomsg donne un message d'erreur lisible par l'homme. action= ('read', 'write', 'readwrite') empêche l'utilisation accidentelle incorrecte. status= ('old', 'new', 'replace', 'scratch', 'unknown') contrôle la création de fichier.
program safe_io
implicit none
integer :: u, ios
character(256) :: msg
! newunit: compiler picks an unused unit number
open(newunit=u, file='data.txt', status='old', action='read', &
iostat=ios, iomsg=msg)
if (ios /= 0) then
print *, 'Open failed:', trim(msg)
stop 1
end if
! read with error handling
read(u, *, iostat=ios, iomsg=msg) some_value
if (ios /= 0) then
print *, 'Read failed:', trim(msg)
end if
close(u)
contains
integer function some_value()
some_value = 0
end function
end programE/S en flux (binaire)
L'accès en flux (F2003) donne des E/S orientées octets comme C — pas de marqueurs d'enregistrement. access='stream' l'active. pos= lit/écrit à un offset d'octet spécifique. form='unformatted' pour binaire. Excellent pour les fichiers binaires interopérables (lisez les fichiers écrits en Fortran depuis C/Python). L'accès séquentiel par défaut utilise des marqueurs d'enregistrement (non portable).
program stream_io
implicit none
integer :: u, i
real, allocatable :: data(:)
! stream access = byte-oriented (like C fread/fwrite)
open(newunit=u, file='data.bin', access='stream', &
form='unformatted', status='replace')
data = [(real(i), i=1,100)]
write(u) data ! binary, no record markers
close(u)
! read back
allocate(data(100))
open(newunit=u, file='data.bin', access='stream', &
form='unformatted', status='old', action='read')
read(u) data
close(u)
! position-based access
open(newunit=u, file='data.bin', access='stream', &
form='unformatted', status='old')
read(u, pos=21) data(1) ! read 5th real (4 bytes each)
close(u)
end programE/S de type dérivé
Les E/S de Type Dérivé Définies par l'Utilisateur (F2003) vous permettent de contrôler comment les types sont lus/écrits. Définissez une sous-routine avec la signature spécifique et liez-la via 'generic :: write(formatted)'. Le code de format DT la déclenche. Permet la sérialisation personnalisée (CSV, de type JSON, binaire). iotype est 'LISTDIRECTED', 'NAMELIST' ou 'DT' pour les E/S formatées.
module person_type
implicit none
type :: person
character(20) :: name
integer :: age
real :: height
end type
contains
! custom formatted I/O via DT format
subroutine write_person(dtv, unit, iotype, v_list, iostat, iomsg)
class(person), intent(in) :: dtv
integer, intent(in) :: unit
character(*), intent(in) :: iotype
integer, intent(in) :: v_list(:)
integer, intent(out) :: iostat
character(*), intent(inout) :: iomsg
write(unit, '(a,",",i0,",",f0.2)', iostat=iostat) &
trim(dtv%name), dtv%age, dtv%height
end subroutine
end module
program use_dtv
use person_type
implicit none
type(person) :: p = person('Alice', 30, 5.7)
! DT format triggers custom writer
print "(DT)", p ! calls write_person
end programE/S Namelist
Namelist fournit des E/S lisibles par l'homme, basées sur le nom, pour des groupes de variables. Format : &group_name var=value, ... /. La lecture met à jour uniquement les variables présentes dans le fichier — les autres conservent leurs valeurs. Excellent pour les fichiers de configuration — les utilisateurs éditent du texte, pas d'analyseur nécessaire. Limitations : pas de commentaires dans certains compilateurs, support de type limité.
program namelist_demo
implicit none
integer :: n_iterations = 100
real :: tolerance = 1.0e-6
character(50) :: output_file = 'results.txt'
logical :: verbose = .true.
namelist /config/ n_iterations, tolerance, output_file, verbose
! write namelist
open(newunit=u, file='config.nml', status='replace')
write(u, nml=config)
close(u)
! read namelist (only specified vars are updated)
open(newunit=u, file='config.nml', status='old', action='read')
read(u, nml=config)
close(u)
print *, 'Iterations:', n_iterations
end program
! config.nml format:
! &config
! n_iterations = 500
! tolerance = 1.0e-8
! verbose = .false.
! /E/S asynchrones
Les E/S asynchrones (F2003) chevauchent les E/S avec le calcul. write(..., asynchronous='yes') démarre une opération non bloquante. wait(unit) bloque jusqu'à ce qu'elle se termine. Utile pour les grands jeux de données — commencez à écrire pendant le calcul du prochain morceau. Le support du compilateur varie. Utilisez inquire(unit=u, pending=...) pour vérifier le statut. Associez à un double-buffering pour les pipelines.
program async_io
implicit none
integer :: u1, u2, ios
real, allocatable :: a(:), b(:)
allocate(a(1000000), b(1000000))
a = 1.0; b = 2.0
open(newunit=u1, file='a.bin', access='stream', form='unformatted', &
asynchronous='yes')
open(newunit=u2, file='b.bin', access='stream', form='unformatted', &
asynchronous='yes')
! non-blocking writes
write(u1, asynchronous='yes') a
write(u2, asynchronous='yes') b
! do other work while I/O proceeds...
! wait for completion
wait(u1)
wait(u2)
close(u1); close(u2)
end programDébogage & Profilage
Indicateurs de débogage à la compilation
Utilisez -fcheck=all pour la vérification des bornes (détecte les erreurs off-by-one). -ffpe-trap s'arrête sur NaN/Inf/overflow — inestimable pour le code numérique. -finit-real=nan rend les variables non initialisées visibles (elles se propagent comme NaN). -fbacktrace imprime une trace de pile sur crash. Déboguez toujours avec ces indicateurs ; supprimez-les pour les builds de production (ils ralentissent le code).
! gfortran debug build:
! gfortran -O0 -g -fcheck=all -fbacktrace -ffpe-trap=invalid,zero,overflow \
! -Wall -Wextra -Wpedantic -finit-real=nan prog.f90
! Flag explanations:
! -O0 no optimization (easier debugging)
! -g debug symbols (for gdb)
! -fcheck=all bounds, pointer, recursion checks
! -fbacktrace print stack trace on error
! -ffpe-trap halt on FP exceptions (invalid, zero, overflow)
! -finit-real=nan initialize reals to NaN (catch uninitialized)
! -finit-integer=-9999 initialize integers to sentinel
! -Wall -Wextra more warnings
! Runtime error message:
! At line 42 of file prog.f90
! Fortran runtime error: Array bound out of bounds for dimension 1Gestion d'erreurs avec iostat
iostat : négatif = EOF, zéro = succès, positif = erreur. iomsg donne les détails. Lisez d'abord dans une chaîne, puis analysez — sépare les erreurs d'E/S des erreurs d'analyse. Suivez les numéros de ligne pour des messages d'erreur utiles. Gérez toujours les erreurs explicitement — les échecs silencieux sont difficiles à déboguer. Utilisez stop avec un code non nul pour signaler l'échec aux scripts.
program robust_io
implicit none
integer :: u, ios, line_num
character(256) :: msg, line
real :: value
open(newunit=u, file='data.txt', status='old', action='read', &
iostat=ios, iomsg=msg)
if (ios /= 0) call error_exit('Open: ' // trim(msg))
line_num = 0
do
line_num = line_num + 1
read(u, '(a)', iostat=ios) line
if (ios < 0) exit ! EOF
if (ios > 0) then
print *, 'Read error at line', line_num
cycle
end if
read(line, *, iostat=ios, iomsg=msg) value
if (ios /= 0) then
print *, 'Parse error at line', line_num, ':', trim(msg)
cycle
end if
! process value
end do
close(u)
contains
subroutine error_exit(m)
character(*), intent(in) :: m
print *, 'ERROR:', m
stop 1
end subroutine
end programGDB pour Fortran
GDB prend en charge Fortran : tranches de tableau, composants de type dérivé, procédures de module (format de nom : modname__procname). Utilisez -g -O0 pour la meilleure expérience de débogage. 'display' imprime automatiquement les variables à chaque arrêt — utile pour surveiller les boucles. 'info locals' montre tous les locaux. Pour les variables de module, utilisez 'print modname::varname'.
! Compile: gfortran -g -O0 prog.f90 -o prog
! Start: gdb ./prog
! Common GDB commands for Fortran:
! (gdb) break main break at main
! (gdb) break prog.f90:42 break at line 42
! (gdb) break mymod__my_sub break at subroutine (note double underscore)
! (gdb) run start program
! (gdb) next step over
! (gdb) step step into
! (gdb) print arr(5) print array element
! (gdb) print arr(1:10) print array slice
! (gdb) print mat(2,3) print 2D array element
! (gdb) print p%name print derived type component
! (gdb) display x watch variable (auto-print on stop)
! (gdb) backtrace show call stack
! (gdb) info locals show all local variables
! (gdb) continue resume executionProfilage gprof
gprof échantillonne le compteur de programme pendant l'exécution. Compilez TOUS les fichiers source avec -pg pour des profils complets. Le profil plat montre où le temps est passé ; le graphe d'appels montre la hiérarchie d'appels. Concentrez-vous sur les fonctions avec un temps 'self' élevé — c'est là que l'optimisation aide. Note : -pg change le timing — le code de type profil peut se comporter différemment en production.
! Compile with profiling:
! gfortran -pg -O2 prog.f90 -o prog
! Run:
! ./prog
! (creates gmon.out)
! Analyze:
! gprof prog gmon.out > profile.txt
! gprof prog gmon.out | less
! profile.txt sections:
! - Flat profile: time per function (self + cumulative)
! - Call graph: who called whom, how many times
! - Index: function cross-references
! Key columns:
! %time percentage of total time
! cumulative running total
! self seconds in function (excluding children)
! calls number of calls
! self/call average time per call (self)
! For multi-threaded: use gprofng (modern) or perfBenchmarking de performance
Benchmarkz correctement : échauffez d'abord (effets de cache), exécutez plusieurs itérations, prenez le minimum (moins de bruit). system_clock avec count_rate donne le temps écoulé. Rapportez le débit (éléments/sec) pour les opérations de tableau. Comparez les implémentations sur la même machine avec les mêmes indicateurs. Attention : le compilateur peut optimiser les résultats 'inutilisés' — utilisez le résultat (par ex., print sum) pour empêcher cela.
program benchmark
use iso_fortran_env, only: real64, int64
implicit none
integer, parameter :: n = 1000000
integer, parameter :: niter = 100
real(real64), allocatable :: a(:), b(:), c(:)
integer(int64) :: start, finish, rate
real(real64) :: t_start, t_end, min_time
integer :: i, iter
allocate(a(n), b(n), c(n))
a = 1.0_real64; b = 2.0_real64
! warmup (cache, JIT-like effects)
do i = 1, n
c(i) = a(i) + b(i)
end do
min_time = huge(min_time)
call system_clock(count_rate=rate)
do iter = 1, niter
call system_clock(start)
do i = 1, n
c(i) = a(i) + b(i)
end do
call system_clock(finish)
t_start = real(start, real64) / rate
t_end = real(finish, real64) / rate
min_time = min(min_time, t_end - t_start)
end do
print *, 'Best time:', min_time * 1e6, 'us'
print *, 'Throughput:', real(n) / min_time / 1e9, 'G elem/s'
end programFortran moderne
Forme libre
Le Fortran moderne (90+) utilise la forme libre : pas de restrictions de colonnes. Les commentaires commencent par !. Les instructions peuvent s'étendre sur plusieurs lignes avec &. Implicit none est obligatoire pour la sécurité de type. Beaucoup plus lisible que le Fortran 77 en forme fixe.
program modern
implicit none
integer :: i
do i = 1, 10
print *, "Value:", i
end do
end program modern
! Free form: no column restrictions
! Comments start with !Modules
Les modules regroupent les procédures et données associées. use importe un module. contains sépare les déclarations au niveau du module des procédures. Les modules fournissent des interfaces explicites, permettant la vérification de type. Préférez les modules aux procédures externes.
module math_utils
implicit none
contains
function square(x) result(y)
real, intent(in) :: x
real :: y
y = x * x
end function square
end module math_utils
program test
use math_utils
print *, square(3.0) ! 9.0
end program testTypes dérivés
Les types dérivés sont des structures de données définies par l'utilisateur (structs). % accède aux composants. Les procédures liées au type permettent la POO. Les constructeurs créent des instances. Les types dérivés peuvent avoir des valeurs par défaut et étendre d'autres types (héritage). Utilisez pour la modélisation de données complexes.
type :: Point
real :: x, y
end type Point
type(Point) :: p
p = Point(1.0, 2.0) ! Constructor
p%x = 3.0 ! Component access
print *, p%x, p%y
! Type-bound procedures (OOP)
type :: Circle
real :: radius
contains
procedure :: area => circle_area
end typeAttributs Intent
Les paramètres intent(in) sont en lecture seule (ne peuvent pas être modifiés). intent(out) est en écriture seule (défini par la procédure). intent(inout) est en lecture-écriture. Le compilateur vérifie les violations d'intent. Améliore la clarté du code et permet les optimisations. Spécifiez toujours intent.
subroutine process(input, output, inout)
integer, intent(in) :: input ! Read-only
integer, intent(out) :: output ! Write-only
integer, intent(inout) :: inout ! Read-write
output = input * 2
inout = inout + 1
end subroutinePure & Élémentaire
Les fonctions pure n'ont pas d'effets de bord (pas d'E/S, pas d'état mutable). Le compilateur peut les optimiser. Les fonctions élémentaires fonctionnent à la fois sur les scalaires et les tableaux automatiquement. Elles sont pure par défaut. Idéales pour les opérations mathématiques. Permet l'exécution parallèle.
pure function square(x) result(y)
real, intent(in) :: x
real :: y
y = x * x
end function
! Elemental: works on scalars and arrays
elemental function double_it(x) result(y)
real, intent(in) :: x
real :: y
y = 2.0 * x
end function
! double_it([1,2,3]) returns [2,4,6]Tableaux
Déclaration de tableau
Les tableaux Fortran sont indexés à 1 par défaut. Bornes inférieures personnalisées avec (0:). Ordre colonne-major (le premier index varie le plus vite). Les tableaux allocatable sont alloués sur le tas et doivent être désalloués. Les constantes de tableau utilisent [ ]. Les tableaux Fortran sont plus efficaces que les tableaux C grâce aux descripteurs.
! Static arrays
real :: a(10) ! 1D, indices 1-10
real :: b(0:9) ! 1D, indices 0-9
real :: c(3, 4) ! 2D, 3 rows x 4 cols
! Allocatable (dynamic)
real, allocatable :: d(:)
allocate(d(100)) ! Allocate
deallocate(d) ! Free
! Array constants
integer :: nums(5) = [1, 2, 3, 4, 5]Opérations de tableau
Fortran prend en charge les opérations de tableau entier : +, -, *, /, **. Pas de boucles nécessaires pour les maths élément par élément. Fonctions intrinsèques : sum, product, maxval, minval, any, all, count. Beaucoup plus rapide que les boucles grâce à la vectorisation. C'est la force de Fortran pour le calcul numérique.
real :: a(5) = [1, 2, 3, 4, 5]
real :: b(5)
b = a * 2 ! Element-wise: [2,4,6,8,10]
b = a + 1 ! [2,3,4,5,6]
print *, sum(a) ! 15
print *, maxval(a) ! 5
print *, any(a > 3) ! .true.
print *, count(a > 2) ! 3Sections de tableau
Les sections de tableau utilisent la syntaxe (start:end:stride). :: signifie le défaut (1 à la fin, pas 1). Les pas négatifs inversent. Les sections multidimensionnelles fonctionnent sur n'importe quelle dimension. Les sections peuvent être passées aux procédures. Très puissant pour le découpage sans copie.
real :: a(10) = [(i, i=1,10)]
print *, a(3:7) ! Elements 3 to 7
print *, a(::2) ! Every other: [1,3,5,7,9]
print *, a(2:8:2) ! Stride 2: [2,4,6,8]
real :: m(3,3)
m(:, 2) ! Second column
m(1, :) ! First rowConstruction where
where est une affectation conditionnelle au niveau du tableau. Comme un if vectorisé. Elsewhere gère le cas faux. Plus efficace que les boucles car il peut être vectorisé. Utilisez pour les opérations conditionnelles élément par élément sur les tableaux.
real :: a(5) = [1, -2, 3, -4, 5]
where (a > 0)
a = a * 2 ! Double positives
elsewhere
a = 0 ! Zero negatives
end where
! Result: [2, 0, 6, 0, 10]
! Equivalent to a loop with ifAllocation dynamique
Les tableaux allocatable sont dimensionnés dynamiquement. allocate crée, deallocate libère. Fortran 2003+ auto-désalloue à la fin de la portée. Vérifiez le statut d'allocation avec allocated(). Les tableaux allocatable sont automatiquement réalloués à l'affectation (Fortran 2003+). Beaucoup plus sûr que C malloc/free.
real, allocatable :: matrix(:,:)
integer :: n
n = 100
allocate(matrix(n, n))
matrix = 0.0 ! Initialize all to 0
! ... use matrix ...
deallocate(matrix)
! Automatic deallocation at end of scope
! (Fortran 2003+)Opérations d'E/S
Sortie formatée
Les chaînes de format contrôlent la sortie. I5 = entier largeur 5. F8.3 = flottant largeur 8, 3 décimales. I0 = largeur minimale. A = chaîne. X = espace. / = nouvelle ligne. write(*,...) est identique à print mais plus flexible. Utilisez des chaînes de format pour une sortie alignée.
integer :: i = 42
real :: x = 3.14159
print "(I5, F8.3)", i, x ! " 42 3.142"
print "(A, I0)", "Count=", i ! "Count=42"
write(*, "(3F6.2)") 1.0, 2.0, 3.0
! Format specifiers:
! I: integer, F: float, E: exponential
! A: string, X: space, /: newlineE/S fichier
open connecte un fichier à une unité. newunit attribue un numéro d'unité libre. status : old (doit exister), new (ne doit pas exister), replace. iostat retourne non nul sur erreur ou EOF. Vérifiez toujours iostat pour éviter les crashes. close déconnecte le fichier.
integer :: unit, ios
open(newunit=unit, file="data.txt", status="old", action="read")
do
read(unit, *, iostat=ios) value
if (ios /= 0) exit
print *, value
end do
close(unit)
! status: old, new, replace, scratch
! action: read, write, readwriteNamelist
namelist groupe des variables pour les E/S. Le format de fichier est &config n=10, x=3.14 /. Utile pour les fichiers de configuration. Les variables peuvent être dans n'importe quel ordre. Seules les variables listées sont lues/écrites. Beaucoup plus facile que d'analyser des formats personnalisés.
integer :: n = 10
real :: x = 3.14
namelist /config/ n, x
! Write namelist
open(1, file="config.nml")
write(1, nml=config)
close(1)
! Read namelist
open(1, file="config.nml")
read(1, nml=config)
close(1)Fichiers internes
Les fichiers internes utilisent des chaînes de caractères comme unités d'E/S. write vers une chaîne convertit les valeurs en texte. read depuis une chaîne analyse le texte. Utile pour la conversion de type et le formatage. trim supprime les espaces de fin. Beaucoup plus simple que C sprintf/sscanf.
character(20) :: str
integer :: num = 42
! Integer to string
write(str, "(I0)") num
print *, trim(str) ! "42"
! String to integer
read(str, *) num
! Internal files use character variables as unitsE/S binaires
Les E/S non formatées écrivent des données binaires brutes. Plus rapide et plus compact que le texte. access="stream" pour l'accès au niveau des octets (Fortran 2008). Non portable entre architectures (endianness). Utilisez pour les grands jeux de données scientifiques. Les E/S formatées sont pour les données lisibles par l'homme.
! Unformatted (binary) I/O
open(1, file="data.bin", form="unformatted", &
access="stream")
write(1) array ! No format, raw bytes
read(1) array2
close(1)
! Faster than formatted I/O
! Smaller file size
! Not portable across architecturesProgrammation parallèle
OpenMP
OpenMP parallélise les boucles avec des directives. !$omp parallel do distribue les itérations entre les threads. private : chaque thread a sa propre copie. reduction : combine les résultats. Compilez avec -fopenmp. Façon facile de paralléliser le code numérique.
!$omp parallel do private(i) reduction(+:sum)
do i = 1, n
sum = sum + a(i) * b(i)
end do
!$omp end parallel do
! Compile: gfortran -fopenmp program.f90
! Environment: OMP_NUM_THREADS=4Coarrays
Les coarrays (Fortran 2008) sont des tableaux parallèles intégrés. Chaque image (processus) a sa propre copie. [N] accède les données d'une autre image. sync all est une barrière. this_image() retourne le numéro d'image. Intégré au langage, pas de bibliothèque nécessaire.
program coarray_example
implicit none
integer :: me[*] ! Coarray: one per image
me = this_image()
sync all ! Barrier
if (this_image() == 1) then
print *, "Image 2 has:", me[2] ! Remote access
end if
end program
! Compile: gfortran -fcoarray=single program.f90Bases MPI
MPI (Message Passing Interface) est le standard pour le parallélisme distribué. mpi_init/finalize démarrent et arrêtent. comm_rank donne l'ID de processus. comm_size donne le nombre total de processus. Send/recv pour la communication. Passe à des milliers de cœurs. Utilisez pour les clusters.
program mpi_example
use mpi
integer :: rank, size, ierr
call mpi_init(ierr)
call mpi_comm_rank(MPI_COMM_WORLD, rank, ierr)
call mpi_comm_size(MPI_COMM_WORLD, size, ierr)
print *, "I am rank", rank, "of", size
call mpi_finalize(ierr)
end program
! Compile: mpifort program.f90do concurrent
do concurrent (Fortran 2008) indique que les itérations de boucle sont indépendantes. Le compilateur peut paralléliser automatiquement. local déclare les variables privées. Plus sûr qu'OpenMP : le compilateur vérifie l'indépendance. Utilisez pour les boucles embarrassingly parallel.
do concurrent (i = 1:n) local(tmp)
tmp = expensive_compute(a(i))
b(i) = tmp * 2
end do
! Tells compiler iterations are independent
! Can be parallelized automatically
! local: private variable per iterationModèle de réduction
Les réductions combinent les résultats partiels de chaque thread. Courantes : sum, product, max, min. Chaque thread calcule un résultat partiel local. Le runtime les combine à la fin. Évite les courses de données. Essentiel pour les algorithmes numériques parallèles.
!$omp parallel do reduction(+:total)
do i = 1, n
total = total + a(i)
end do
!$omp end parallel do
! Common reductions: +, *, max, min, .and., .or.
! Each thread has a private copy
! Combined at the endMéthodes numériques
Algèbre linéaire
Fortran a des opérations matricielles intégrées. matmul multiplie les matrices. dot_product calcule le produit scalaire. transpose transpose. Celles-ci sont hautement optimisées (niveau BLAS). Pour la production, utilisez LAPACK. Fortran est le langage de choix pour le calcul numérique haute performance.
! Matrix multiplication
do i = 1, n
do j = 1, n
c(i,j) = sum(a(i,:) * b(:,j))
end do
end do
! Or use matmul intrinsic
c = matmul(a, b)
! Dot product
dot = dot_product(a, b)
! Transpose
at = transpose(a)Résolution d'ODE
La méthode d'Euler est le solveur d'ODE le plus simple : y(n+1) = y(n) + dt*f(t,y). Pour la précision, utilisez Runge-Kutta (RK4). Le bloc interface passe les fonctions en arguments. Fortran est idéal pour le calcul scientifique grâce aux opérations de tableau et à la performance.
! Euler method: dy/dt = f(t, y)
subroutine euler(f, t0, y0, dt, n, t, y)
interface
real function f(t, y)
real, intent(in) :: t, y
end function
end interface
real, intent(in) :: t0, y0, dt
integer, intent(in) :: n
real, intent(out) :: t(n+1), y(n+1)
integer :: i
t(1) = t0; y(1) = y0
do i = 1, n
t(i+1) = t(i) + dt
y(i+1) = y(i) + dt * f(t(i), y(i))
end do
end subroutineNombres aléatoires
random_number génère des réels uniformes [0,1). random_seed initialise le générateur. Pour les entiers, mettez à l'échelle et convertissez. Box-Muller transforme l'uniforme en distribution normale. Pour le travail sérieux, utilisez une bibliothèque (par ex., Mersenne Twister). Semez toujours pour la reproductibilité.
call random_seed() ! Seed from system
call random_number(x) ! x in [0, 1)
! Array of randoms
real :: arr(100)
call random_number(arr)
! Integer in range [1, 6]
integer :: dice
call random_number(r)
dice = int(r * 6) + 1
! Normal distribution (Box-Muller)
call random_number(u1)
call random_number(u2)
z = sqrt(-2*log(u1)) * cos(2*PI*u2)Interpolation
L'interpolation linéaire estime les valeurs entre les points connus. Trouvez l'intervalle, puis interpolez. Pour des résultats plus lisses, utilisez l'interpolation par spline cubique. Les opérations de tableau de Fortran rendent cela concis. Vérifiez toujours les bornes pour éviter les erreurs d'extrapolation.
function interp(x, xs, ys) result(y)
real, intent(in) :: x, xs(:), ys(:)
real :: y
integer :: i
! Find interval
i = 1
do while (i < size(xs) .and. x > xs(i+1))
i = i + 1
end do
! Linear interpolation
y = ys(i) + (ys(i+1) - ys(i)) * &
(x - xs(i)) / (xs(i+1) - xs(i))
end functionIntégration numérique
La règle des trapèzes approxime les intégrales : somme des trapèzes. Plus précis : la règle de Simpson. Pour les dimensions supérieures, utilisez la quadrature gaussienne. Fortran excelle à l'intégration numérique grâce à la performance. Validez toujours avec des solutions analytiques connues.
! Trapezoidal rule
function trapezoid(f, a, b, n) result(integral)
interface
real function f(x)
real, intent(in) :: x
end function
end interface
real, intent(in) :: a, b
integer, intent(in) :: n
real :: integral, h
integer :: i
h = (b - a) / n
integral = (f(a) + f(b)) / 2
do i = 1, n-1
integral = integral + f(a + i*h)
end do
integral = integral * h
end functionPièges courants
Indexation à partir de 1
Les tableaux Fortran sont indexés à 1 par défaut, contrairement à C/Python (indexé à 0). Cela cause des erreurs off-by-one lors du portage de code. Les bornes inférieures personnalisées (0:9) sont autorisées. Soyez cohérent au sein d'un projet. Vérifiez les bornes de tableau avec l'indicateur -fcheck=bounds du compilateur.
! Fortran arrays are 1-based by default
real :: a(10) ! Indices 1 to 10
! a(0) = 1.0 ! Error: out of bounds
a(1) = 1.0 ! OK
! Custom bounds
real :: b(0:9) ! Indices 0 to 9
b(0) = 1.0 ! OKTypage implicite
Sans implicit none, les variables commençant par i-n sont entières, les autres réelles. Cela cause des bugs subtils (une faute de frappe crée une nouvelle variable). Utilisez toujours implicit none. Le Fortran moderne (2018+) peut le définir globalement avec -fimplicit-none. C'est la meilleure pratique Fortran la plus importante.
! BAD: implicit typing (Fortran 77 style)
program bad
! i-n start with integer by default
i = 1 ! integer (implicit)
x = 3.14 ! real (implicit)
end program
! GOOD: explicit typing
program good
implicit none ! Force explicit declaration
integer :: i
real :: x
end programOrdre colonne-major
Fortran stocke les tableaux en colonne-major : m(1,1), m(2,1), m(3,1), m(1,2), ... Accéder colonne par colonne est cache-friendly. Le mauvais ordre de boucle cause des cache misses et ralentit de 10x+. Faites toujours correspondre l'ordre de boucle à la disposition mémoire. Contraire de C (ligne-major).
! Fortran is column-major (first index varies fastest)
real :: m(3, 3)
! Efficient: iterate over first index in inner loop
do j = 1, 3
do i = 1, 3
m(i, j) = 0.0 ! Cache-friendly
end do
end do
! Inefficient: row-major access
do i = 1, 3
do j = 1, 3
m(i, j) = 0.0 ! Cache misses
end do
end doPassage par référence
Fortran passe les arguments par référence (comme les pointeurs C). Les sous-routines peuvent modifier les variables de l'appelant sauf si intent(in) est spécifié. Sans intent, les modifications accidentelles causent des bugs. Spécifiez toujours intent. intent(out) signale que la procédure définira la valeur.
subroutine modify(x)
integer, intent(inout) :: x
x = 99 ! Modifies the caller variable
end subroutine
! Fortran passes by reference by default
! intent(in) prevents modification
! Without intent, modification is allowed (dangerous)Précision en virgule flottante
Le real par défaut est en simple précision (~7 chiffres), souvent insuffisant. Utilisez la double précision pour le calcul scientifique. kind(1.0d0) ou selected_real_kind(15) définit le double. Suffixez toujours les littéraux : 3.14_dp. Mélanger les précisions cause une troncature silencieuse. Utilisez iso_fortran_env pour des kinds portables.
! Single precision (default)
real :: x = 3.14159 ! ~7 digits
! Double precision
real(kind=8) :: y = 3.14159d0 ! ~15 digits
! Or use kind parameter
integer, parameter :: dp = kind(1.0d0)
real(dp) :: z = 3.14159_dp
! Always use _dp or d0 for double literalsSnippets Fortran associés
Copy-paste ready code for common tasks.
Arrays et Opérations Vectorielles
Créer et opérer sur des arrays en Fortran moderne.
Subroutines et Fonctions
Définir des procédures réutilisables en Fortran.
Modules et Types Dérivés
Organiser le code avec modules et types style OOP.
E/S de Fichiers et Formatage
Lire/écrire des fichiers avec sortie formatée.
Parallélisme avec OpenMP
Paralléliser des boucles avec des directives OpenMP.
Calcul Numérique : Algèbre Linéaire (BLAS/LAPACK)
Appeler BLAS/LAPACK pour des opérations matricielles.
Types Dérivés et Pointeurs
Types personnalisés avec composants allocatable et pointeurs.
Pointeurs et Allocatable
Allocation dynamique de mémoire en Fortran.
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