Jak działają podprogramy i funkcje w Fortranie – praktyczne przykłady i zastosowania

Podprogramy w Fortranie, zarówno funkcje, jak i subroutine’y, są nieodzownym elementem pisania czytelnych i modularnych programów. Przykłady z życia pokazują, jak efektywnie wykorzystać je do rozwiązywania klasycznych problemów programistycznych, takich jak obliczanie współczynników kombinatorycznych, łączenie tekstów czy statystyczna analiza danych.

Obliczanie współczynnika kombinatorycznego nCr w programie Fortran odbywa się poprzez funkcję rekurencyjną lub iteracyjną wyliczającą silnię, która jest podstawą do wyznaczenia wartości nCr. Funkcja IFACT w przykładzie wylicza silnię dowolnej liczby naturalnej N, a potem na jej podstawie obliczany jest współczynnik nCr jako stosunek silni n, r oraz n-r. Warto zwrócić uwagę na technikę kontynuacji linii w kodzie, umożliwiającą zachowanie przejrzystości i czytelności programu, mimo długich instrukcji. Równie istotne jest użycie średników do rozdzielania wielu instrukcji w jednej linii, co jest dopuszczalne i praktyczne w Fortranie.

Łączenie łańcuchów znaków jest kolejnym przykładem zastosowania funkcji w Fortranie. Operator // służy do konkatenacji, czyli łączenia napisów w jeden ciąg znaków. Możliwość wielokrotnego użycia tego operatora pozwala tworzyć bardziej złożone łańcuchy znaków. Podprogram MULC jest funkcją, która przyjmuje dwa napisy i zwraca ich połączoną wartość. Ważne jest tutaj deklarowanie zmiennych typu CHARACTER o odpowiedniej długości, co jest konieczne do prawidłowego działania tego typu operacji.

Ważne jest, że zmienne w funkcjach są lokalne i niezależne od tych samych nazw w programie głównym, co pozwala uniknąć konfliktów i błędów w obliczeniach. To podstawowa cecha programowania modularnego, zwiększająca bezpieczeństwo i czytelność kodu.

Subroutine’y różnią się od funkcji tym, że mogą zwracać wiele wartości lub wykonywać operacje bez zwracania bezpośredniego wyniku, na przykład wypisywać dane. Struktura subroutine’a jest zbliżona do funkcji, lecz wywołuje się ją przez CALL. W przykładzie obliczania nCr wykorzystano subroutine FACTORIAL, która oblicza silnię i przypisuje wynik do zmiennej przekazywanej przez argument.

Przy korzystaniu z podprogramów w Fortranie niezwykle istotne jest zrozumienie ich roli w tworzeniu modularnego, łatwego do testowania i rozwijania kodu. Funkcje służą do zwracania pojedynczych wyników, często wykorzystywanych jako wartości wyrażenia, podczas gdy subroutine’y są bardziej elastyczne i mogą wykonywać różnorodne działania.

Ważne jest także, by czytelnik rozumiał, że chociaż przykładowe algorytmy, takie jak bubble sort, są edukacyjne, to w praktyce dla większych zbiorów danych należy stosować bardziej wydajne metody sortowania. Równocześnie znajomość podstawowych funkcji i subroutine’ów pozwala na łatwe rozszerzanie programów o nowe funkcjonalności oraz utrzymanie przejrzystości i poprawności kodu.

Jak napisać prosty program w FORTRANIE i zrozumieć podstawowe konstrukcje języka?

Na początku nauki programowania w FORTRANIE warto od razu przystąpić do pisania pierwszych programów, pomijając na razie szczegółowe omówienia wszystkich cech języka. Przykładem jest prosty program, który wyświetla na ekranie komunikat: „HELLO! THIS IS MY FIRST PROGRAM”. Program ten składa się z kilku podstawowych elementów: komentarza rozpoczynającego się od znaku „C”, instrukcji WRITE odpowiedzialnej za wyświetlenie tekstu, polecenia STOP kończącego działanie programu oraz END oznaczającego jego fizyczny koniec.

Kolejnym krokiem jest napisanie programu sumującego dwie liczby całkowite — na przykład 15 i 17. Tutaj konieczne jest wprowadzenie zmiennych, które przechowują liczby i wynik. Deklaracja typu zmiennych jest obowiązkowa i musi znajdować się przed wykonaniem jakichkolwiek operacji na nich. Przykładowo, INTEGER A, B, SUM definiuje zmienne całkowite. Operacje przypisania wartości do zmiennych odbywają się za pomocą instrukcji przypisania, np. A=15, B=17. Dodawanie realizowane jest przez SUM=A+B.

Instrukcja WRITE w tym programie została nieco rozbudowana: najpierw wyświetla komunikat informujący o sumowanych liczbach, a następnie wynik operacji. Należy zauważyć, że FORTRAN nie rozróżnia wielkości liter w swoich poleceniach (poza tekstem w cudzysłowie), co ułatwia pisanie kodu bez obaw o błędy wielkości liter.

Możliwe jest wprowadzanie danych w różnych formatach — liczby mogą być wpisane jedna po drugiej lub oddzielone spacjami czy przecinkami na jednej linii. Program po otrzymaniu danych wykonuje sumowanie i wyświetla wynik, co pozwala na szerokie zastosowanie nawet w prostych aplikacjach.

Stałe, czyli wartości niezmienne w trakcie działania programu, również mają swoje miejsce i różne typy w FORTRANIE, które zostaną omówione w dalszej części kursu. Zrozumienie różnicy między zmiennymi a stałymi oraz umiejętne korzystanie z typów danych jest fundamentem efektywnego programowania.

Znajomość podstaw takich jak komentarze, instrukcje wejścia i wyjścia, przypisania, deklaracje typów oraz rozróżnienie między danymi stałymi i zmiennymi pozwala już na tworzenie funkcjonalnych programów, które mogą być rozwijane i modyfikowane w miarę poznawania bardziej zaawansowanych konstrukcji FORTRANU.