原文作者 冼镜光, 微电脑传真第18卷第8期, 1999年8月

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谈Fortran 90/95

　　请不要认为世上只有 C/C++ 与 Java 一个好的程式员应该知道其它语言的存在了解各个语言的特色

 

　　这是什么时代了，还要谈Fortran ? 你或许会问我有没有搞错。不，我没有搞错，我真的是要谈Fortran。人总是喜欢一窝蜂赶时髦的。1980 年代末期，大家不学C 就对不起自己，老是把用Pascal 的人看成老古董；但没多久，C++跑出来了，很多人C 还没学完就去玩 C++；但是，C++ 也没风光多久，Java 出来了，于是大家一起转向，投奔 Java。这是不是好现象且不去谈它，但我所见到的事实就是很多半瓶水的程式员，每一套语言都会，但却都不精。

 

　　不过，有两群程式员，依我的感觉，很少改变他们的语言，他们是COBOL与 FORTRAN。近几年来，COBOL 程式员慢慢成为稀有动物，当Y2K 问题出现之后，COBOL 程式员身价之高很今人羡慕。Fortran 程式员倒是慢慢集中到科技界，特别是计算科学 (Computational Science) 的工业上头。因为计算机系差不多都不教 Fortran 了，很多人都是工程出身的，但很不幸的是，工程界或科学界不少人，却渐渐受到计算机科班出身的影响，总认为 C++ 是万能，用 C++ 也一样能解决计算科学的问题，甚至于有人还认为 Java 也行！我想这有好几个因素。

第一，很多科班出身的也许根本就搞不懂计算科学是怎么回事，自己用习惯了 C/C++ 就认为世界上其它程式写作差不多就是如此，当然 C/C++ 就可以做 Fortran 或 COBOL 所做的事；换言之，他们相信 C/C++ 万能（其实，任一时刻都有一帮人认为当时流行的语言都是万能的）。

 

　　第二，很多人在比较两套语言时，通常都是在比较语言的语法(syntax)。例如说，C/C++ 中有个for，Fortran 中有个DO；C/C++ 中有陈列，Fortran中有陈列；C/C++ 中有指标可以自由运用，Fortran 中的指标不如C/C++ 有威力等等。我不能说这种比较不对（至少，这也是一种比较的方式）。但是这种比较有失准头，且用这种方法比较语言是不公平的。COBOL 是设计来做资料处理的，我看不出 C++ 有多大能耐会比 COBOL 好，固然COBOL 有的C++ 也差不多都有，没有的也可以用 Class 造出来，但这并不意味着 C++ 会比 COBOL 好。

 

　　同样的道理，Fortran 有 C++ 没有的部分（好比说阵列处理） ，大多数也都可以用 C++ 来模拟，但是这种模拟充其量是在语法层面，要模拟语意(semantic) 层面就难很多了。但程式的语意，以及对语法的设计方式，常常是使该语言有特殊功用的精微所在，很难相互模拟的。Fortran 的指标就是一例；Fortran 语言上的设计就是要简单，使得编译程式可以尽可能地进行最佳化，因而指标的运用（这是使程式不能有效地最佳化的阻力） 就得相对地简单而且有限制。就这一点而言，它可以使 Fortran 写成的程式，在执行时可以快很多。所以，在比较两套语言时，若不能考虑到当初设计这套语言的原意，那么做出来的比较就失去意义了。

 

　　我们常指出 Fortran 没有这没有那，一下就否定了它的功能、威力、甚至于存在价值，这又是失去准头的做法。试想想从1950年代未到1990年代末，40年下来有多少程式是用 Fortran 写成的，大多数这些 Fortran 程式也还在使用呢！40年前，就说是20年前好了，那有 oo (object oriented) 呢？程式员不也做出了辉煌的成绩了吗？用这一点来批评一套老语言是有失厚道的。

 

　　话又说回来，这也正是 Fortran 的致命伤。从 Fortran 66 ，到 Fortran 77， 或Fortran 90/95，Fortran 的标准委员会的动作老是比时代的脚步慢半拍。好比说，在订定 Fortran 77 的标准时，while 回圈就已经流行了。经过大家建议，委员会也把DO WHILE 加了进去，但却在最后一刻把DO WHILE 从标准中剔除。在订定 Fortran 90 时，oo 技术也差不多成熟了（Ada 在1983年就有object-based 的功能），但在 Fortran 的标准中硬是没有任何的的功能。如果我们把 Fortran ， C ， C++ 的发展时间放在一起，就会看出一些为什么Fortran会被挤到一边的端倪。

 

　　Fortran 77 推出时，Pascal 与 Modula 正在流行，但 Fortran 77 却不很「先进」（与 Pascal，PL/1，Modula 相比较），但当然比 Fortran 66 好，遗憾的是在那个时候，常用的功能（DO WHIEL，NAMELIST）却被排除在标准之外。接着1983年我们有 Ada83，这个语言除了大之外，各项功能又比 Fortran 77 先进。1980年代，当人们不习惯用大语言，又觉得 Pascal 太小而不足以应付大型程式设计时，C 的流正好补上这个空档。 C 是不是个好语言是个见仁见智的问题，当然 C 并不是一套好的的数值计算用语言似乎是没太多疑问的。但是 Fortran 却在原地踏步，于是当 C 流行起来之后，很多数值应用的软体(MatLab) 都用了 C 的语法，对 Fortran 真是雪上加霜。

 

　　90年代初，C++ 开始风行，Fortran 90 标准出现，但却少了 oo。你看Fortran 不都正好落后其它语言一步吗？不过Fortran 9 0这一套就 Fortran 77 做了极大改进的标准却走相当远，它不很计较与其它语言的比较，而是走回到使用 Fortran 语言的根，着重在如何可以使计算用的程式写作更简单可靠，如何可以使阵列处理能力大增，特别是考虑到平行计算的能力。所以，Fortran 仍然是目前唯一最有威力的数值计算语言；固然有很多可以用C++ 的 oo 能力造出来，但是在 Fortran 中这些都是内建功能，在编译最佳化上头就比较做得好而且也很彻底，这就是为什么数值计算上 Fortran 速度总是占上风的理由。

 

　　Fortran 90 在1995年做了局部性改良，也在指标使用上的做了很重要的修饰，这就是 Fortran 95 。Fortran 标准委员会，打算在2002年推出 Fortran 2002，其中最重要的新功能就是 oo 与它的相关能力。

　　

　　或许你会想学 Fortran，却苦于找不到 Fortran 90 编译程式，这一点在近两三年已经不是问题了，因为至少有三个 Fortran 90 编译程式是免费的。第一个就是Lahey 公司的 ELF (Essential Lachey Fortran) ，你可以在http://www.lahey.com中找到它。它是个 Fortran 90/95 标准的程式，但是ELF 中去掉了一些比较不常用，很复杂的功能；再者，为了让用 ELF 的朋友写作结构良好的程式，它强迫你写作满足某些规格的程式。这并非是个问题，我是很赞成这样做，你用了 ELF 就知道为什么。请注意，ELF 只能在Windows 95/98/NT 之下作业。若想有个完整 Fortran 90/95 编译程式，不妨试试 Lahey的Lahey LF95 Express。

 

　　在 Linux 上的情况比较好，目前它已经有了免费的 Fortran 77 编译程式，叫做 g77。要用 Fortran 90 有两条路，第一是用一套叫做 F 的语言。与 ELF 一样，去掉了很多不必要的功能，也强制用户写作的好格局 Fortran 程式，你可在下面的网址抄录免费的 Linux 版 F: http://www.fortran.com/fortran。
　　
　　Pasific-Sierra Research 公司最近也提供了一个 Linux 用的完整 Fortran 90 编译程式，在http://www.psrv.com，这个叫做 VAST/F90 的 Fortran 90 编译程式，也是免费的，也少了一些功能，但对初学者而言，这些少掉了的功能根本不会有什么影响。这也是个 Linux 用的编译程式，却不是个完整的编译系统。
　　
　　VAST/F90 把你的 Fortran 90 程式翻译成 Fortran 77，再由 Linux 上的g77 翻译成机器语言，所以你的 Linux 系统上必须有 g77，版本多号码至少要是 0.5.21 以上。Pasific-Sierra Research 还有其它有趣的 Fortran 90 产品，例如说支援在Linux 下双处理器的HPF (High Performance Fortran) ，这也免费的。
　　
　　如果你想要知道Fortran 的功能与其它资讯，你不妨试试http://www.fortran.com (Fortran Market) 与http://www.fortranlib.com (Fortran Link) 。

　　

　　闲话也说得多了，言归正传。正因为Fortran 90/95 是一个最好语言之在可能的情况下也与 C/C++ 做个比较。我的希望是，请不要认为世上只有C/C++ 与 Java，一个好的程式员应该知道其它语言的存在，了解各个语言的特色，这样才能为你的计划选用一套合的语言。在这一篇，我打算从 Fortran 的最基本的观念谈起。