Fortran 90/95：现代计算物理语言

"Fortran 90 手册：一种用于计算物理的语言" Fortran，全称为“FORmula TRANslation System”，是由John Backus领导的团队于1954年开发的一种早期高级编程语言。它最初设计的目标是简化科学计算，特别是数学公式的编译。1966年，出现了第一个编程语言标准——Fortran 66，随后在1978年推出了Fortran 77。随着时间的推移，为了适应不断发展的计算需求和技术进步，Fortran 90（也称F90）应运而生，这是一个重要的里程碑，标志着Fortran语言的现代化。 Fortran 90的设计目标是为了提高代码的可读性、可维护性和效率。它引入了许多新特性，包括模块化（modules）、数组处理的增强、以及面向对象编程的初步概念。这些改进使得Fortran 90更适合大型科学计算项目，并且在并行计算领域表现出色。 Fortran 90的关键特性包括： 1. **模块化编程**：通过模块（modules），可以将代码组织成逻辑单元，提高代码复用性和可维护性。 2. **数组处理**：F90提供了更强大的数组操作能力，如数组赋值、数组函数和向量化运算，这减少了循环结构的使用，提高了执行效率。 3. **DO循环的改进**：引入了DO循环的块结构，允许在循环内声明变量，减少了潜在的副作用。 4. **指针**：F90引入了指针，可以灵活地动态分配内存和管理数据结构。 5. **子程序和函数的通用性**（interfaces）：通用性允许定义一组具有相同接口但不同实现的子程序或函数，提高了代码的灵活性。 6. **IMPLICIT NONE**：默认情况下，所有变量必须先声明，这有助于减少编译时的错误。 7. **END语句**：每个程序单元（program、block data、subroutine、function等）都必须以END语句结束，增强了代码的清晰度。 8. **派生类型**（derived types）：允许创建自定义数据类型，增加了数据结构的复杂性。 为什么选择Fortran 90？ 1. **高性能计算**：Fortran 90在科学计算和工程应用中依然保持着高效率，尤其在数值计算和大型数值模拟方面。 2. **社区支持**：有一个庞大的开发者社区和丰富的库支持，如BLAS（基础线性代数子程序）和LAPACK（线性代数包）。 3. **兼容性**：尽管后续版本有Fortran 95、2003、2008和2018，但F90编写的代码通常可以在更新的编译器中运行，保持了向前兼容性。 对比其他语言，Fortran 90在科学计算领域的优势在于其简洁的语法、对数值计算的优化以及对并行计算的良好支持。然而，对于某些现代软件工程实践，如用户界面和图形化编程，Fortran可能不如其他语言（如C++或Python）那么适用。 总结来说，Fortran 90是科学计算领域的一个强大工具，它的设计和特性使得它成为处理大量数据和复杂算法的理想选择。对于那些需要高效执行计算密集型任务的程序员和科研人员，掌握Fortran 90的知识是十分必要的。