CPC782 Fundamentos de Programação Introdução ao Fortran aula 2/3 Renato N. Elias / Marcos A. D....

CPC782

Fundamentos de Programação

Introdução ao Fortran

aula 2/3

Renato N. Elias / Marcos A. D. Martins

material disponível em: http://www.nacad.ufrj.br/~rnelias/fortranhttp://www.nacad.ufrj.br/~rnelias/fortran

Revisão da Aula 1/3 – parte 1

Programas– instruções utilizadas pelo computador para realizar uma tarefa

Construindo programas (programando):– Redação do programa em linguagem de ser humano utilizando uma

sintaxe própria (linguagem de programação)– Tradução da linguagem de ser humano para a linguagem de máquina

(compilação)– Empacotamento dos arquivos, em linguagem de máquina, que irão

compor as instruções que o computador irá executar (“linkedição”) Fortran: uma dentre várias linguagens de programação

existentes– Fácil de aprender– Excelente para realização de cálculos– Péssima para computação gráfica, internet, bancos de dados– Milhares de bibliotecas científicas desenvolvidas em Fortran e

disponíveis para uso

Revisão da Aula 1/3 – parte 2

Fortran – elementos da linguagem:– Definições básicas que definem a linguagem: formatos de arquivo,

estrutura de um programa, símbolos, caracteres de comentários e continuação de linha, operações aritméticas e lógicas, tipos, declaração de variáveis, comandos condicionais, comandos de repetição

– Formato fixo (F77) e livre (F90 e mais novos)

– Não é sensível a MAIÚSCULAS e minúsculas

– Variável: nome que identifica uma posição de memória onde contém um valor armazenado

– Tipo: identifica o quanto uma variável ocupa na memória

– Tipos básicos em Fortran:integer, real*4, real*8, character, logical, complex

– Comandos condicionais:(if, then, else, elseif, endif), (select case, end select)

– Comandos de repetição:do, do while, do infinito

Aula 2

Comandos de Entrada e Saída (E/S)– PRINT, WRITE, READ, FORMAT, OPEN, CLOSE

Variáveis indexadas– Declaração e dimensionamento de arrays (DIMENSION)

– Terminologia (Posto, Extensão, Forma e Tamanho)

– Iniciando e acessando arrays

– Seleção de trechos de arrays e armazenamento na memória

– Operações simples com arrays

– Arrays em funções intrínsecas

– Comandos condicionais para arrays (WHERE e FORALL)

– Funções específicas para operações com arrays

Alocação dinâmica de memória– ALLOCATABLE, ALLOCATE, DEALLOCATE e ALLOCATED

Ponteiros em Fortran90

Comandos de Entrada e Saída (E/S)

São comandos utilizados para informar os dados que o programa irá processar (dados de entrada) e como o programa irá mostrar os resultados para nós (dados de saída).

Comandos básicos de entrada e saída:– print: saída de dados (somente na tela)– write: saída de dados (tela, arquivo, etc...)– read: entrada de dados (tela, arquivo, etc...)

Alguns comandos auxiliares de entrada e saída– format: formatação de entrada e saída em ASCII– open, close, inquiry, eof: comandos associados a

manipulação de arquivos

Unidades de entrada e saída (E/S)

As unidades de entrada e saída são as fontes de dados utilizados pelo Fortran;

As unidades mais comumente usadas em Fortran são: tela (saída), teclado (entrada) e arquivo (entrada e saída);

Internamente o Fortran identifica uma unidade de E/S através de um número inteiro;

As unidades 0, 5 e 6 são reservadas para uso interno do Fortran como unidades de erro, saída e entrada padrão;

O símbolo * (asterisco) pode ser utilizado em substituição aos números que identificam as unidades padrão (0,5 e 6)

Comandos de entrada/saída de dados

PRINT: comando exclusivo para SAÍDA de dados na TELA

– Forma geral:

print *, <lista de variáveis>

ou

print <formato>, <lista de variáveis>

– Exemplo:

print *, ‘O resultado do calculo e:’

print ‘(3F10.3)’, x, y, z

print 100, x, y, z

100 format(3F10.3) ! FORMAT?! O que isso faz?

Formatação de entrada/saída

A formatação de dados permite que especifiquemos como os dados serão escritos ou lidos de uma unidade de E/S (número de casas decimais, tamanho máximo ocupado pelo dados, quebras de linhas, etc...)

A formatação de E/S é feita através do comando FORMAT ou aplicando-se a máscara de formatação diretamente ao comando de E/S utilizado

FORMAT: forma geral do comando<rótulo> format(<máscara de formatação>)

<rótulo>: número inteiro inserido nas 5 primeiras colunas do arquivo-fonte e que identifica o rótulo

<máscara de formatação>: Texto que especifica como o dado será lido/escrito

OBS: o comando format pode ser localizado em qualquer parte do corpo do programa

Máscaras de formatação

A : Texto

FORMATO ENTRADA VALOR TIPO DE DADO

A6 PAGE^# # CHARACTER(LEN=1)

A6 PAGE^# E^# CHARACTER(LEN=3)

A6 PAGE^# PAGE^# CHARACTER(LEN=6)

A6 PAGE^# PAGE^#^^ CHARACTER(LEN=8)

A6 PAGE^# # LOGICAL(1)

A6 PAGE^# ^# INTEGER(2)

A6 PAGE^# GE^# REAL(4)

A6 PAGE^# PAGE^#^^ REAL(8)

Máscaras de formatação

i : inteiro

FORMATO ENTRADA VALORI4 2788 2788I3 -26 -26I9 ^^^^^^312 312

FORMATO VALOR SAÍDAI3 284 284I4 -284 -284I4 0 ^^^0I5 174 ^^174I2 3244 **I3 -473 ***I7 29.812 An error; the decimal point is invalidI4.0 0 ^^^^I4.2 1 ^^01I4.4 1 0001

Máscaras de formatação

f: Real de precisão simples

FORMATO ENTRADA VALOR

F8.5 123456789 123.45678

F8.5 -1234.567 -1234.56

F8.5 24.77E+2 2477.0

F5.2 1234567.89 123.45

FORMATO VALOR SAÍDA

F8.5 2.3547188 ^2.35472

F9.3 8789.7361 ^8789.736

F2.1 51.44 **

F10.4 -23.24352 ^^-23.2435

F5.2 325.013 ******

F5.2 -.2 -0.20

Máscaras de formatação

d,e: Real de precisão simples e dupla em notação exponencial

FORMATO ENTRADA VALORE9.3 734.432E3 734432.0E12.4 ^^1022.43E 1022.43E-6E15.3 52.3759663^^^^^ 52.3759663E12.5 210.5271D+10¹ 210.5271E10BZ,D10.2 12345^^^^^ 12345000.0D0D10.2 ^^123.45^^ 123.45D0D15.3 367.4981763D+04 3.674981763D+06

FORMATO VALOR SAÍDAE11.2 475867.222 ^^^0.48E+06E11.5 475867.222 0.47587E+06E12.3 0.00069 ^^^0.690EE10.3 -0.5555 -0.556E+00E5.3 56.12 *****E14.5E4 -1.001 -0.10010E+0001E13.3E6 0.000123 0.123E-000003D14.3 0.0363 ^^^^^0.363D-01D23.12 5413.87625793 ^^^^^0.541387625793D+04D9.6 1.2 *********

Máscaras de formatação

ES: Notação científica

FORMATO ENTRADA VALOR

ES11.3 ^^5.321E+00 5.32100

ES11.3 -6.000E-03 -.60000

ES12.3 ^^^3.150E-03 .00315

ES12.3 ^^^3.829E+03 3829.0

FORMATO VALOR SAÍDA

ES11.2 473214.356 ^^^4.73E+05

ES11.5 473214.356 4.73214E+05

ES12.3 0.00069 ^^^6.900E-04

ES10.3 -0.5555 -5.555E-01

ES11.2 0.0 ^0.000E+00

Máscaras de formatação

EN: Notação de engenharia

FORMATO ENTRADA VALOR

EN11.3 ^^5.321E+00 5.32100

EN11.3 -600.00E-03 -.60000

EN12.3 ^^^3.150E-03 .00315

EN12.3 ^^^3.829E+03 3829.0

FORMATO VALOR SAÍDA

EN11.2 475867.222 ^475.87E+03

EN11.5 475867.222 ***********

EN12.3 0.00069 ^690.000E-06

EN10.3 -0.5555 **********

EN11.2 0.0 ^000.00E-03

Máscaras de formatação

G: Formato geral

VALOR FORMATO SAIDA COM G FORMATO SAÍDA COM F

0.01234567 G13.6 ^0.123457E-01 F13.6 ^^^^^0.012346

-0.12345678 G13.6 -0.123457^^^^ F13.6 ^^^^-0.123457

1.23456789 G13.6 ^^1.23457^^^^ F13.6 ^^^^^1.234568

12.34567890 G13.6 ^^12.3457^^^^ F13.6 ^^^^12.345679

123.45678901 G13.6 ^^123.457^^^^ F13.6 ^^^123.456789

-1234.56789012 G13.6 ^-1234.57^^^^ F13.6 ^-1234.567890

12345.67890123 G13.6 ^^12345.7^^^^ F13.6 ^12345.678901

123456.78901234 G13.6 ^^123457.^^^^ F13.6 123456.789012

-1234567.89012345 G13.6 -0.123457E+07 F13.6 *************

Máscaras de formatação

B: Formato binário

FORMATO ENTRADA VALORB4 1001 9B1 1 1B2 0 0

FORMATO VALOR SAÍDAB4 9 1001B2 0 ^0

Outros formatos importantes

X: espaços em branco

/: quebra de linha

\: continuação de linha

Comando de escrita (saída)

WRITE: comando utilizado para gravar um saída na unidade especificada com formatação ou não. O comando write possui vários parâmetros de controle, porém, neste curso só trataremos de sua forma mais básica.

Forma básica:write(unit=<unidade de saida>,fmt=<formato>)

unit = número inteiro identificando a unidadefmt = rótulo de formatação ou o símbolo * para formatação

livre

Exemplo:write(*,99) 3.1499 format(‘O valor de PI e:’,f5.2)

A seguinte saída será produzida na tela (saída padrão)O valor de PI é: 3.14

Comando de leitura (entrada)

READ: O comando read é utilizado para leitura de dados de uma unidade de entrada e possui forma básica idêntica a do comando write.

Forma básica:read(unit=<unidade de entrada>,fmt=<formato>)

unit = número inteiro identificando a unidadefmt = rótulo de formatação ou o símbolo * para formatação

livre

Exemplo:print *, ‘Entre com o valor de PI?’read(*,*) pi! O comando read direcionado para a unidade * fará com! que o programa aguarde a entrada do valor pelo teclado! (entrada padrão)

Entrada e saída de dados com arquivos

OPEN: O comando open é usado para abrir um arquivo para que ele possa ser usado em operações de leitura e/ou escrita. Assim como os comandos write e read o comando open possui várias opções, porém, só iremos tratar das suas opções mais básicas aplicadas a arquivos do tipo ASCII.

Forma geral:open(unit=<unidade>, file=<arquivo>)

unit = número inteiro identificando a unidade

file = nome do arquivo que será aberto

Exemplo:

open(11,file=‘dados.txt’)

Entrada e saída de dados com arquivos

CLOSE: O comando close, ao contrário do comando open, é usado para fechar um arquivo.

Forma geral:close(unit=<unidade>)

Curiosidades:– O Fortran é uma linguagem muito pouco exigente, ou seja, ela faz de

tudo para que os pequenos erros não interfiram na execução normal do programa. Em Fortran se uma unidade for inadvertidamente deixada aberta a própria linguagem se encarrega de fechá-la ao término do programa. O programador pode inclusive escrever em um arquivo que não foi previamente aberto. Neste caso, um arquivo com o nome fort.unit (onde unit é o numero da unidade usada na escrita) será aberto para manter o programa funcionando.

Está na hora de praticarmos

Fazer um programa que grave no arquivo fatorial.txt o fatorial dos números de 1 a 10

Avaliando o problema:– Como eu calculo o fatorial de um número? Normalmente é mais fácil pensarmos

em um exemplo simples do que em uma fórmula geral, então, tomemos como exemplo o fatorial de 3

3! = 3 x 2 x 1 ! tem cara de laço de repetição (loop)...

– A variável de controle do loop pode ser usada nos cálculos (sem que seu valor seja alterado)

– Precisarei calcular o fatorial de 10 números, ou seja, precisarei calcular o fatorial 10 vezes (tem cara de outro loop).

– O fatorial por definição será um número inteiro positivo

1-fatorial

Programa fatorial

program fatorialimplicit noneinteger :: NumberOfFactorials = 10integer :: i, j, TemporaryFactorial

open(7,file=‘fatorial.txt’)

! Este laço faz com que sejam calculados os fatoriais de 1 a NumberOfFactorialdo i=1,NumberOfFactorials ! A variavel abaixo armazena e acumula o resultado do fatorial TemporaryFactorial = 1

! Este laço calcula do fatorial de i do j=1,i TemporaryFactorial = TemporaryFactorial*j enddo write(7,9) i, TemporaryFactorial write(*,9) i, TemporaryFactorial enddoclose(7)9 format(‘O fatorial de ‘, I3, ‘ e: ‘, I10)

end program

Variáveis indexadas estáticas(desvendando os poderes do Fortran 9x)

Variáveis indexadas ou arrays: – As variáveis indexadas ou simplesmente arrays são estruturas

utilizadas para o armazenamento de dados do mesmo tipo em áreas contíguas de memória permitindo que os dados sejam acessados diretamente através de seu índice.

Os arrays estáticos ocupam um espaço fixo na memória durante TODATODA a execução do programa

Declaração e dimensionamento de arrays:

Em Fortran, a declaração de um array segue as mesmas regras de declaração de qualquer outra variável acrescentando-se (ou não) o comando dimension para especificação do numero de dimensões, limites ou tamanho do array :

integer, dimension(10) :: idx ! Forma 1 – usando dimension

integer :: idx(10) ! Forma 2 – diretamente sem usar dimension

! Forma 3 – declaração e dimensionamento separados

integer idx

dimension idx(10)

! IMPORTANTE: Array com limite inferior diferente de 1

integer, dimension(-9:9) :: idx ! Qual o tamanho de idx?

! idx armazenara 19 valores inteiros

Declarando arrays em Fortran

Mais exemplos:

! Declarando arrays que não iniciam em 1

logical :: used(-1:9) ! Armazena 11 valores lógicos

! Um array de character

character column(5)*25 ! 5 strings de 25 caracteres cada

! Com o uso de parametros constantes

integer, parameter :: nsize = 100 ! COMANDO NOVO: PARAMETER

real*8 MeuArray(nsize)

OBS: Os parametros designam valores constantes para o programa, ou seja, eles nunca poderão ser modificados em tempo de execução.

Note que em qualquer lugar do programa onde estiver escrito nsize sub-entende-se que está escrito o seu valor: 100.

Variáveis indexadas - Terminologia

Posto: – O posto (rank) de uma matriz é o número de dimensões da mesma. Assim, um

escalar tem posto 0, um vetor tem posto 1 e uma matriz tem posto maior ou igual a 2

Extensão: – A extensão (extent) de uma matriz se refere a uma dimensão em particular e é o

número de componentes naquela dimensão

Forma: – A forma (shape) de uma matriz é um vetor cujos componentes são a extensão

de cada dimensão da matriz.

Tamanho: – O tamanho (size) de uma matriz é o número de elementos que compõe a matriz.

Este número pode ser zero, em cujo caso denomina-se matriz nula

Terminologia na prática

real*4, dimension(-3:4,7) :: a

A matriz “a” declarada acima possui: – Posto 2– Extensão 8 e 7– Forma (/8,7/) ! Os símbolos “/” são arrays constructors– Tamanho 56

a(-3,1) a(-3,2) a(-3,3) a(-3,4) a(-3,5) a(-3,6) a(-3,7)

a(-2,1) a(-2,2) a(-2,3) a(-2,4) a(-2,5) a(-2,6) a(-2,7)

a(-1,1) a(-1,2) a(-1,3) a(-1,4) a(-1,5) a(-1,6) a(-1,7)

a( 0,1) a( 0,2) a( 0,3) a( 0,4) a( 0,5) a( 0,6) a( 0,7)

a( 1,1) a( 1,2) a( 1,3) a( 1,4) a( 1,5) a( 1,6) a( 1,7)

a( 2,1) a( 2,2) a( 2,3) a( 2,4) a( 2,5) a( 2,6) a( 2,7)

a( 3,1) a( 3,2) a( 3,3) a( 3,4) a( 3,5) a( 3,6) a( 3,7)

a( 4,1) a( 4,2) a( 4,3) a( 4,4) a( 4,5) a( 4,6) a( 4,7)

Iniciando Arrays

! 1) Na declaração e com valor constante

integer, dimension(-10,10) :: idx = 1

! 2) Na declaração e com loop implicito

integer :: idx(10) = (/(2*i,i=1,10)/)

! 3) Na declaração e com valores explicitamente indicados

integer :: idx(3) = (/-1,-2,-3/)

! 4) No corpo do programa, atribuindo valores diretamente:

idx = 3 ! ou idx(:) = 3

! 5) No corpo do programa com um loop explicito (forma F77)

do i=-10,10

idx(i) = i

enddo

! 6) No corpo do programa usando a seleção de alguns trechos

idx(-10:1) = 99

idx(0) = 0

idx(1:10) = -99

Iniciando Arrays (continuação)

! 7) Com dados lidos de algum lugar (arquivo ou tela) em loop explicitodo i=-10,10

read(iunit,*) idx(i)enddo

! 8) Com dados lidos de algum lugar (arquivo ou tela) em loop implicitoread(iunit,*) (idx(i),i=-10,10)

! 9) Com dados lidos de algum lugar (arquivo ou tela) diretamenteread(iunit,*) idx(:) ! ou simplesmente “idx” sem o (:)

! 10) Com dados lidos de algum lugar (arquivo ou tela) por trechosread(iunit,*) idx(-10:0)read(iunit,*) idx(0)read(iunit,*) idx(1:10)

! 11) Atribuicao em arrays de dimensoes e formas diferentesreal*4, dimension(15,5) :: a1 = 10.0real*4, dimension( 5) :: a2! a2 recebera o conteudo das linhas 1 a 5 da coluna 2 de a1a2(:) = a1(1:5,2)

2-IniciandoArrays

Iniciação de arrays (continuação)

Suponha a seguinte matriz:

Qual das formas abaixo seria correta para iniciá-la durante sua declaração?

integer, dimension(2,3) :: idx = (/1,2,3,1,2,3/)

integer, dimension(2,3) :: idx = (/1,1,2,2,3,3/)

RESPOSTA:

A segunda opção é a correta pois o Fortran armazena os arrays por coluna, vejam no próximo slide o que isso significa na prática...

Como o Fortran armazena arrays na memória?

integer :: idx(2,3) = (/1,2,3,1,2,3/)integer :: idx(2,3) = (/1,1,2,2,3,3/)

Fortran (por colunas) C/C++ e Pascal (por linhas)

idx(1,1) idx(1,2) idx(1,3)

idx(2,1) idx(2,2) idx(2,3)

idx(1,1) idx(1,2) idx(1,3)

idx(2,1) idx(2,2) idx(2,3)

Acessando matrizes eficientemente em Fortran

Qual seria a forma mais adequada de acessar a matriz “idx”?

do i=1,2

do j=1,3

idx(i,j) = j

enddo

enddo

do j=1,3

do i=1,2

idx(i,j) = j

enddo

enddo

OU

idx(1,1) idx(1,2) idx(1,3)

idx(2,1) idx(2,2) idx(2,3)

idx(1,1) idx(1,2) idx(1,3)

idx(2,1) idx(2,2) idx(2,3)

Acessando dados em um array

real*8 :: a(6,6)

a(2,3) ! Elemento na linha 2 e coluna 3

a(:,:) ! Matriz inteira

a(2,:) ! Todos os elementos da linha 2

a(:,3) ! Todos os elementos da coluna 3

a(1:3,2) ! 3 primeiras linhas da coluna 2

a(2,3:5) ! a(2,3), a(2,4), a(2,5)

a(1:6:2,1:6:2) ! a(1,1), a(1,3), a(1,5)

! a(3,1), a(3,3), a(3,5)

! a(5,1), a(5,3), a(5,5)

Acessando dados em um array

a(2,3)

a(:,:)

a(2,:)

a(:,3)

a(1:3,2)

a(2,3:5)

a(1:6:2,1:6:2)

1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6

2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6

3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6

4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6

5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6

6,1 6,2 6,3 6,4 6,5 6,6

1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6

2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6

3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6

4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6

5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6

6,1 6,2 6,3 6,4 6,5 6,6

1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6

2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6

3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6

4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6

5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6

6,1 6,2 6,3 6,4 6,5 6,6

1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6

2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6

3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6

4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6

5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6

6,1 6,2 6,3 6,4 6,5 6,6

1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6

2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6

3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6

4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6

5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6

6,1 6,2 6,3 6,4 6,5 6,6

1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6

2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6

3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6

4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6

5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6

6,1 6,2 6,3 6,4 6,5 6,6

1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6

2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6

3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6

4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6

5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6

6,1 6,2 6,3 6,4 6,5 6,6

Operações com arrays (Fortran90)

O Fortran90 tornou possível que as operações com arrays, que anteriormente só eram possíveis através do uso de laços, passassem a ser efetuadas exatamente da mesma forma como se faz para uma variável escalar.

real*8, dimension(10,10) :: array1 = 1.d0real*8, dimension(10,10) :: array2 = 3.3d0real*8, dimension(10,10) :: array3

! Em F90 podemos fazer:array3(:,:) = array1(:,:)+array2(:,:)! ou simplesmente: array3 = array1+array2! O uso do (:,:) é desnecessário mas aconselhável pois ajuda! a distinguir o que é um array do que é um escalar

! Em F77 teríamos de fazer:do i=1,10 do j=1,10 array3(j,i) = array1(j,i)+array2(j,i)

enddoenddo

Programa-exemplo: Subtraindo 2 arrays

program SomaMatrizes

integer, parameter :: n=3

real*8 :: mat1(n,n) = 1.5d0

real*8 :: mat2(n,n) = 0.5d0

real*8 :: mat3(n,n)

! subtrai mat2 de mat1 e armazena o resultado em mat3

mat3 = mat1+mat2

do i=1,n

print *, '[', mat3(i,1:n), ' ]'

enddo

end program

3-SomaMatriz

arrays e Funções intrínsecas (Fortran90)

As funções intrínsecas do Fortran90 operam em arrays da mesma forma que operam em escalares

real*8, dimension(3,3) :: array1 = -1.d0

array1 = dabs(array1) ! array1 fica igual a 1.d0

array1 = array1 - 2.d0 ! array1 volta a ser -1.d0

array1 = dacos(array1) ! array1 fica igual a PI

4-FuncoesIntrinsecas

Comandos condicionais específicos para arrays

O Fortran90 assimilou alguns comandos condicionais específicos para tratamento de arrays, são eles: where e forall

WHERE: Aplica uma operação lógica a todo o conteúdo de um array simultaneamente.

integer, dimension(5) :: iarray = (1,0,-1,3,2)

logical, dimension(5) :: flag = .false.

teste: where (iarray<0)

flag = .true.

elsewhere

flag = .false.

end where teste

! como o vetor flag foi previamente iniciado poderiamos fazer:

where(iarray<0) flag =.true. ! flag resultara em (F,F,T,F,F)

Comandos condicionais específicos para arrays

FORALL: Este comando foi incluído ao padrão Fortran95 e é uma generalização do comando wherereal, dimension(10,10) :: array = 0.0

forall (i=1:5)

array(i,i) = 1.0

end forall

! Repare que o exemplo acima poderia ser feito com a atribuição direta:

array(1:5,1:5)=1.0

! Entao vamos fazer algo mais ilustrativo...

real, dimension(3,3) :: array = (/1.,-.5,2.,0.,3.5,.7,1.3,0.,-1.4/)

array = sqrt(array)

! * * * DARA ERRO DE EXECUCAO DEVIDO AOS VALORES NEGATIVOS * * *

! Vamos usar o comando FORALL para realizar a inversao com segurança

FORALL (i=1:3,j=1:3, array(i,j) > 0.)

array(i,j) = sqrt(array(i,j))

END FORALL

obs: geralmente o comando FORALL pode ser escrito na forma de uma série de laços DO associados com blocos condicionais IF

5-FORALL

Funções específicas para arrays (Fortran90)

maxval : Retorna o maior valor

minval : Retorna o menor valor

minloc : Retorna a posição do menor valor

maxloc : Retorna a posição do maior valor

sum : Retorna o somatório de todos os termos

count : Retorna o número de valores verdadeiros

all : Verifica se todos os valores de um array são verdadeiros

any : Verifica a existência de qualquer valor verdadeiro em um array

reshape : Modifica a forma (shape) de um array

transpose : Transpõe um array de posto (rank) 2

matmul : Multiplicação de matrizes

dot_product : produto escalar de 2 arrays de posto 1

pack : Extrai elementos de um array baseado em uma máscara e retorna o resultado

em um array de posto 1

unpack : Injeta elementos de um array de posto 1 em um array de posto superior

baseado em uma máscara

Programa-exemplo: Usando funções de arraysprogram ArrayFunctions

integer, parameter :: n = 9

real*4 , dimension(n) :: a = (/-.84,.95,.53,-.48,-.79,.98,-.51,.49,-.75/)

logical, dimension(n) :: b = .false.

vmin = minval(a) ! extrai o valor minimo de a

vmax = maxval(a) ! extrai o valor maximo de a

asum = sum(a) ! soma todos os valores de a

where (a.lt.0.0) b = .true. ! atribui verdadeiro as posicoes de b onde a<0

nlt1 = count(b) ! conta quantos valores de "a" sao < 0)

write(*,'(1x,a4,7x,a5)') 'a', 'a<0.0‘

write(*,'(20("="))')

write(*,5) ((a(i),b(i)),i=1,n)

write(*,'(20("="))')

write(*,*) ' valor minimo:', vmin, ' na posicao:', minloc(a)

write(*,*) ' valor maximo:', vmax, ' na posicao:', maxloc(a)

write(*,*) ' Soma de todos os valores do vetor a:', asum

write(*,*) ' Numero de valores de a < 0.0:', nlt1

5 format('[',F4.2, '] --> [',l5, ']')

end program

6-ArrayFunctions

Mais um programa-exemplo para praticarmos...

Dadas as seguintes matrizes e vetores:

Utilizar funções intrínsecas matmul, transpose e dot_product do F90 para realizar as seguintes operações:

OBS: Não esquecer da compatibilidade de dimensões...

; ;

1.3 -1.1 -0.5 -1.4 0.5 -1.2 0.3A B d

2.1 0.2 -0.9 0.3 0.0 3.2 0.9

program MultiplicaMatrizesreal*4 :: A(2,3), tmp(2,3), B(3,2) real*4 :: C(2,2) ! armazenara o resultado de AxBreal*4 :: d( 2) = (/0.3,0.9/)real*4 :: e( 2) ! armazenara o resultado de Cxddata a / 1.3, 2.1, -1.1, 0.2, -0.5, -0.9/data tmp /-1.4, 0.3, 0.5, 0.0, -1.2, 3.2/

C = matmul(A, B) ! Para a multiplicacao ser possivel temos de transpor Be = matmul(C,d)dot = dot_product(e,d)b = transpose(tmp)

! ESTA PARTE SO FOI INSERIDA PARA IMPRESSAO DOS RESULTADOS...write(*,1) A(1,1:3),B(1,1:2),C(1,1:2)write(*,2) A(2,1:3),B(2,1:2),C(2,1:2)write(*,3) B(3,1:2)

write(*,4) C(1,1),C(1,2),d(1),e(1)write(*,5) C(2,1),C(2,2),d(2),e(2)

write(*,6) e(1),e(2),d(1),dotwrite(*,7) d(2)

1 format(/"PRODUTO MATRICIAL DE A x B^T",//& "[", 3(1x,f5.2,1x), "] [", 2(1x,f5.2,1x), "] [", 2(1x,f5.2,1x), "]")2 format( "[", 3(1x,f5.2,1x), "] X [", 2(1x,f5.2,1x), "] = [", 2(1x,f5.2,1x), "]")3 format( 1x, 21x , " [", 2(1x,f5.2,1x), "]"/)4 format(/"PRODUTO ENTRE A MATRIZ C E O VETOR e",//& "[", 2(1x,f5.2,1x), "] X [", (1x,f5.2,1x), "] = [", (1x,f5.2,1x), "]" )5 format( "[", 2(1x,f5.2,1x), "] [", (1x,f5.2,1x), "] [", (1x,f5.2,1x), "]"/ )6 format(/"PRODUTO ESCALAR ENTRE OS VETORES e e d",//& "[",2(1x,f5.2,1x),"] X [", (1x,f5.2,1x), "] = ", (1x,f5.2) )7 format( 1x, 14x," [", (1x,f5.2,1x), "] " )

end program7-MultiplicaMatrizes

Exercício proposto para a próxima aula

Fazer um programa que calcule as coordenadas dos nós de uma grade e grave as coordenadas obtidas em um arquivo de texto.

O programa deverá conter as seguintes linhas iniciais:

program Grade

real*8, parameter :: xmin = 0.d0 &

ymin = 0.d0 &

xmax = 10.d0 &

ymax = 10.d0 &

dx = 2.d0 &

dy = 2.d0

real*8, allocatable(:,:) :: xyz

! Desenvolva o algoritmo aqui

End program

Alocação Dinâmica de Memória

A alocação dinâmica de memória foi um grande avanço no Fortran a partir do padrão Fortran90 pois permitiu um uso mais racional da memória do sistema;

A alocação dinâmica de memória permite ao programador decidir pela requisição de uma quantidade de memória para uso em arrays somente quando esta se faz, realmente, necessária;

Tal recurso também viabilizou a compilação e execução de programas; que antes se utilizavam de alocação estática e que não eram viáveis devido ao excessivo consumo de memória; em computadores com disponibilidade de recursos limitado;

A tarefa de gerenciamento de memória em Fortran77 era árdua e normalmente feita através da manipulação explícita de grandes áreas de memória estaticamente alocadas. Tais áreas eram mutuamente utilizadas por arrays de tipos distintos e frequentemente era necessária alguma operação de manutenção dos espaços vazios deixados. Além disso, o programador tinha de se certificar que a alocação estática assumida era suficiente para o programa rodar.

Uma outra limitação da alocação estática era a necessidade de recompilação do programa a cada vez que a quantidade de memória requerida fosse diferente daquela existente no programa. Isso pode parecer algo simples para programas caseiros, mas imaginem um programa comercial tendo que ser recompilado simplesmente porque necessitou de mais memória.

Alocação Dinâmica de Memória - Curiosidades

Quanto representa a memória do computador para um programa? Para respondermos a essa pergunta, vamos fazer algumas considerações:

– Suponha um computador com 1Gb de memória e que 100% desta memória estará disponível para o nosso programa.

– Suponha também que o programa só utilizará números reais de precisão dupla, então:1 GBytes = 1024 MBytes = 10242 KBytes = 10243 Bytes

se 1 número real de dupla precisão consome 16 bytes, então:10243/16 = 67108864 números reais de precisão dupla

Parece muito... mas o quanto isso equivale em relação a um array quadrado?671088641/2 = 8192

CONCLUSÃO: O tamanho máximo do array, neste caso, seria:real*8, dimension(8192,8192) :: array

Obviamente que nosso programa não terá 100% da memória disponível

É óbvio também que a alocação dinâmica não soluciona esse problema, mas ajuda a amenizá-lo, pois a memória pode ser alocada e desalocada de acordo com a necessidade do programa;

Alocação dinâmica e seus comandos

Os comandos associados a alocação dinâmica de memória em Fortran90 são:

– allocatable : específica que um array pode ser dinamicamente alocado durante a execução do programa;

– allocate : comando utilizado no ato de alocação de memória;

– deallocate: comando utilizado para desalocar, e consequentemente, devolver a memoria para o sistema;

– allocated : verifica se um array está alocado ou não

Declarando arrays alocáveis

ALLOCATABLE: O comando allocatable é usado na declaração de um array para designar que o mesmo poderá ser dinâmicamente alocado durante a execução do programa.

! Forma 1: shape no nome da variavelreal*8, allocatable :: arr1(:,:)

! Forma 2: shape no comando allocatablereal*8, allocatable(:,:) :: arr1

! Forma 3: shape no comando dimensionreal*8, allocatable, dimension(:,:) :: arr1

! As formas 2 e 3 são uteis quando se deseja declarar! vários arrays alocaveis com o mesmo shape

Alocando arrays alocáveis

ALLOCATE: O comando allocate efetivamente faz a requisição de memória do sistema para que possa ser usada pelo array.

Forma geral:

allocate( <lista de arrays>, stat=<istatus> )

<lista de arrays>: um ou mais arrays que se deseja alocar juntamente com o tamanho do array.

<istatus> (OPCIONAL): Inteiro que retorna o valor 0 se o array for alocado com sucesso e maior que zero em caso de erro

! Exemplo: alocando 3 vetoresreal*8, allocatable(:) :: a, b, cn = 1000allocate(a(n),b(n),c(n),stat=ierr)if (ierr.ne.0) print *, ‘Erro ‘, ierr, ‘ na alocacao de memoria’

Alocando arrays alocáveis

Outros exemplos:

real*8, allocatable(:) :: arr1, arr2, arr3, arr4, arr5

print *, ‘ Entre com o tamanho do vetor arr1:’

read(*,*) n

allocate(arr1(n)) ! A partir desse ponto o vetor arr1 pode ser usado

allocate(arr2(1000)) ! alocacao com tamanho explicito

allocate(arr3(-100:100)) ! alocacao com indice inicial diferente de 1

allocate(arr4(10),stat=i) ! alocacao com verificacao

if (i.ne.0) print *, ‘ Algum problema ocorreu...’

allocate(arr5(0)) ! alocacao de array nulo.

Desalocando arrays previamente alocados

DEALLOCATE: O comando Deallocate devolve a memória utilizada por um array desalocando-o da memória.

Forma geral:

deallocate( <lista de arrays>, stat=<istatus> )

<lista de arrays>: um ou mais arrays que se deseja alocar

<istatus> (OPCIONAL): Inteiro que retorna o valor 0 se o array for alocado com sucesso e maior que zero em caso de erro

! Exemplo: desalocando 3 vetores simultaneamente

deallocate(a,b,c,stat=ierr)

if (ierr.eq.0) ‘ Arrays desalocados com sucesso...’

Verificando se um array está alocado

ALLOCATED: O comando allocated é utilizado para verificar o status de alocação de um array e é normalmente utilizado em associação com o comando allocate. O comando retorna .true. caso o array esteja alocado e .false. caso contário.

Forma geral:

allocated(<array>)

! Exemplo: desalocando 3 vetores simultaneamente

real*8, allocatable(:,:) :: arr1

! so aloca a matriz arr1 caso ela NAO esteja alocada

if (.not.allocated(arr1)) allocate(arr1(-10:10))

! so desaloca a matriz arr1 caso ela esteja alocada

if (allocate(arr1)) deallocate(arr1)

Programa-exemplo

Ler os dados do seguinte arquivo e armazená-los em um array devidamente alocado:

arquivo dados.txt10 3

-3.13 -8.31 0.25

-7.32 -4.43 9.86

-7.44 1.65 3.53

-6.35 9.87 4.24

1.56 -5.45 2.84

-0.54 -3.67 5.73

7.05 -9.53 -5.25

-1.80 -1.82 3.38

8.98 6.84 9.96

6.57 -2.82 -0.84

program MemoryAllocation

real*4, allocatable :: a(:,:)

open(9,file="dados.txt")

read(9,*) n1, n2

if (.not.allocated(a)) then

allocate(a(n1,n2))

endif

do i=1,n1

read (9,*) (a(i,j),j=1,n2)

write(*,*) (a(i,j),j=1,n2)

enddo

close(9)

end program

8-Alocacao