Fortran (1957)

1. Hello, world!

Fortran-Pro­gramme werden in Textdateien mit der Endung .f90 geschrieben. Diese Da­tei­en werden anschließend von einem Compiler in ausführbare Da­tei­en übersetzt, die auf deinem Com­puter direkt ausgeführt werden können. Es gibt eine Vielzahl von Compilern, die du verwenden kannst, aber wir werden hier den freien »GNU Fortran Compiler« gfortran verwenden, der auf den meisten Systemen verfügbar ist.

Stelle zuerst sicher, dass du keinen Ordner geöffnet hast. Um sicherzugehen, drücke einfach den Shortcut für »Ordner schließen«: StrgK und dann F. Dein Work­space sollte jetzt ungefähr so aussehen:

Quelltext schreiben

Klicke auf »New File« und wähle als Dateityp »Text File«.

Schreibe nun den folgenden Code in die Datei:

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program HelloWorld
    print *, "Hello, World!"
end program HelloWorld

Da Visual Studio Code noch nicht weiß, dass es sich um Fortran-Quelltext handelt, ist dein Programm momentan noch einfarbig, aber das wird sich gleich ändern. An dem weißen Punkt erkennst du, dass deine Änderungen noch nicht gespeichert sind.

Drücke nun StrgS, um die Datei zu speichern. Gib hello.f90 ein – der vollständige Pfad zu deiner Datei lautet dann /workspace/hello.f90.

Da Fortran standardmäßig nicht von Visual Studio Code un­ter­stützt wird, müssen wir noch eine passende Er­wei­te­rung installieren. Klicke dazu auf das Er­wei­te­rungs-Symbol in der Seitenleiste oder drücke StrgShiftX. Suche nach der Er­wei­te­rung »Photran« und installiere sie.

Alternativ kannst du auch StrgP drücken und ext install fiuba.photran-lsp-client-vscode eingeben, um die Er­wei­te­rung zu installieren.

Anschließend solltest du dein Fortran-Programm farbig sehen:

Kompilieren und ausführen

Bevor wir das Programm ausführen können, müssen wir es kompilieren. Dadurch wird der Quelltext in Maschinencode übersetzt, den dein Com­puter ausführen kann.

Öffne dazu ein Ter­mi­nal, indem du entweder StrgJ drückst oder das Panel-Symbol rechts oben drückst. Dein Fenster sollte jetzt ungefähr so aussehen:

Um das Programm zu kompilieren, gib folgenden Befehl ein:

gfortran hello.f90 -o hello

Wenn du keinen Fehler gemacht hast, wird das Programm erfolgreich kompiliert und die ausführbare Datei hello wird im selben Verzeichnis erstellt. Du kannst dies überprüfen, indem du dir die Da­tei­en im aktuellen Verzeichnis mit ls oder ls -l anzeigen lässt:

Die grüne Datei hello ist die ausführbare Datei – im Unterschied zu Win­dows, wo ausführbare Da­tei­en die Endung .exe haben, haben ausführbare Da­tei­en unter Linux keine Endung. Um das Programm auszuführen, gib folgenden Befehl ein:

./hello

Das Programm sollte die Nachricht Hello, World! im Ter­mi­nal ausgeben. Du kannst beide Schritte auch in einem Befehl kombinieren:

gfortran hello.f90 -o hello && ./hello

Fehler finden und beheben

Wenn du einen Fehler im Code machst, wird der Compiler eine Fehlermeldung ausgeben. Versuche zum Beispiel, statt print das Wort prin zu schreiben:

    prin *, "Hello, World!"

Speichere die Datei und führe den Compiler erneut aus:

gfortran hello.f90 -o hello

Der Compiler sollte eine Fehlermeldung ausgeben, die dir hilft, den Fehler zu finden:

Es lohnt sich, die Fehlermeldungen genau zu lesen, um den Fehler zu finden und zu beheben. Achte auf die Zeilennummer (in diesem Beispiel 2) und den Text, der dir sagt, was falsch ist. Denke daran, den Fehler wieder zu beheben, bevor du das nächste Beispiel ausprobierst.

2. Primfaktorzerlegung

Im zweiten Beispiel wollen wir eine Zahl in ihre Primfaktoren zerlegen. An diesem Beispiel kannst du sehen, wie man in C Be­nut­zer­ein­ga­ben verar­bei­tet und Schleifen ver­wen­det. Erstelle eine neue Datei mit StrgAltN und schreibe den folgenden Code hinein:

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program prime_factors
    implicit none
    integer :: n, i

    ! Read the number from the user
    write(*, *) "Enter a number:"
    read(*, *) n

    ! Find and print the prime factors
    write(*, *) "Prime factors of", n, ":"
    do i = 2, n
        if (mod(n, i) == 0) then
            write(*, *) i
            n = n / i
        end if
    end do

    stop
end program prime_factors

Speichere die Datei unter dem Namen factor.f90. Kompiliere das Programm:

gfortran factor.f90 -o factor

Falls du keine Fehlermeldung erhältst, kannst du das Programm ausführen und testen:

Das Programm hat die Zahl 123 in ihre Primfaktoren zerlegt und ausgegeben. Probiere aus, was passiert, wenn du die Zahl 3000000000 eingibst. Was könnte der Grund dafür sein?

3. Bubblesort

Im dritten Beispiel wollen wir eine Liste von 10 Zufallszahlen sortieren. Dafür verwenden wir den Bubblesort-Al­go­rith­mus, der zwar nicht besonders effizient ist, aber sehr einfach zu verstehen und zu implementieren. Der Bubblesort-Al­go­rith­mus funktioniert, indem er die Liste mehrmals durchläuft und benachbarte Elemente vertauscht, wenn sie in der falschen Reihenfolge sind.

An diesem Beispiel kannst du sehen, wie man in Fortran Arrays ver­wen­det und Schleifen verschachtelt.

Erstelle eine neue Datei und schreibe den folgenden Code hinein:

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program bubblesort
    implicit none

    integer, parameter :: n = 10
    integer :: array(n)
    real :: realarray(n)
    integer :: i, j, temp

    ! Initialize the array with random integers
    call random_seed()
    call random_number(realarray)
    array = floor(realarray * 100)

    ! Print the original array
    print *, "Original array:"
    do i = 1, n
        write(*, '(I3)', advance='no') array(i)
    end do
    print *

    ! Bubble sort algorithm
    do i = 1, n-1
        do j = 1, n-i
            if (array(j) > array(j+1)) then
                temp = array(j)
                array(j) = array(j+1)
                array(j+1) = temp
            end if
        end do
    end do

    ! Print the sorted array
    print *, "Sorted array:"
    do i = 1, n
        write(*, '(I3)', advance='no') array(i)
    end do
    print *

end program bubblesort

Speichere die Datei unter dem Namen bubblesort.f90. Kompiliere das Programm:

gfortran bubblesort.f90 -o bubblesort

Falls du keine Fehlermeldung erhältst, kannst du das Programm ausführen und testen:

Das Programm hat eine Liste von 10 Zufallszahlen sortiert. Versuche, den Quelltext so zu verändern, dass statt 10 Zahlen 100 oder mehr Zahlen sortiert werden.

4. Zusammenfassung

In diesem Kapitel hast du an drei Beispielen gesehen, wie man ein einfaches Fortran-Programm schreiben, kompilieren und ausführen kann. Das ist natürlich nur ein erster Eindruck. Um Fortran wirklich zu beherrschen, musst du noch viel mehr lernen – am besten, indem du eigene Pro­gramme schreibst und ausprobierst. Die Buchhandlungen, Bib­lio­theken und Youtube sind voll von Material für dich. Viel Spaß beim Pro­gram­mier­en!