GEO764 - Programação avançada em Geofísica. Entrada e saída no Fortran 90. Comando OPEN. Comando OPEN: exemplo

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1 GEO764 - Programação avançada em Geofísica FORTRAN 90: Aula no 9 Miscelânea Entrada e saída no Fortran 90 É extenso em assuntos relativos a E/S. Permite um grande número de arquivos conectados a um programa, tanto para leitura como escrita. Um arquivo é conectado por meio de uma unidade lógica, denotado por um número. Cada unidade tem diversas propriedades: nome: nome do arquivo conectado ação: se para leitura, escrita, leitura e escrita, etc. estado: existente, novo, substituir, etc. método de acesso: seqüencial, direto. 2 mar-07 Hédison K. Sato Comando OPEN 3 Comando OPEN: exemplo 4 A sintaxe é: OPEN([UNIT=]<inteiro>, FILE=<filename>, & ERR=<label>, STATUS=<status>, ACCESS=<method>,& ACTION=<mode>,RECL=<int-expr>) onde <filename> é uma cadeia de caracteres, <status> é OLD, NEW, REPLACE, SCRATCH, ou UNKNOWN <method> é DIRECT ou SEQUENTIAL <mode> é READ, WRITE ou READWRITE se o acesso é direto, <int-expr> precisa ser dado. OPEN(17, FILE= output.dat, ERR=10, & STATUS= REPLACE, ACCESS= SEQUENTIAL,& ACTION= WRITE ) OPEN(14, FILE= input.dat, ERR=10, & STATUS= OLD, ACCESS= DIRECT,& ACTION= READ,RECL=nlength)

2 5 6 Comando READ Comando READ Nem todas especificações podem ser simultâneas. READ([UNIT=]<inteiro>, [FMT=]<format>, & IOSTAT=<int-variable>, ERR=<label>, & END=<label>, EOR=<label>, & ADVANCE=<advance-mode>, REC=<int-expr>, & SIZE=<num-chars>) <input-list> onde <unit> é um número ou *, <format> é uma cadeia de caracteres ou o rótulo de um FORMAT, <int-variable> armazena um código de retorno, zero significa sem erro, <label> rótulo de um comando executável, <advance-mode> é YES ou NO <num-chars> é o número de caracteres lido, <int-expr> é o número do registro (p/ acesso direto) Exemplo: READ(14,FMT= (3(F10.7,1X)),REC=iexp) a,b,c READ(*, (A),ADVANCE= NO,EOR=12,SIZE=nch) str 7 8 Comando WRITE Comando WRITE Nem todas especificações podem ser simultâneas. WRITE([UNIT=]<inteiro>, [FMT=]<format>, & IOSTAT=<int-variable>, ERR=<label>, & ADVANCE=<advance-mode>, REC=<int-expr>) & <output-list> onde <unit> é um número ou *, <format> é uma cadeia de caracteres ou o rótulo de um FORMAT, <int-variable> armazena um código de retorno, zero significa sem erro, <label> rótulo de um comando executável, <advance-mode> é YES ou NO <int-expr> é o número do registro (p/ acesso direto) Exemplo: WRITE(17,FMT= (I4),IOSTAT=istat,ERR=10) IVAL WRITE(*, (A),ADVANCE= NO ) Yello

3 Comando FORMAT especificação FMT 9 Descritores de edição 10 FMT= pode especificar tanto o número da linha do comando FORMAT, uma expressão tipo caracter ou um * (asterisco). O Fortran 90 tem uma rica sintaxe para formatação. Aqui serão vistos alguns deles. WRITE(17, FMT= (2X,2I4,1X, NOME,A7) ) I,J,STR READ(14,*) x,y WRITE(*,FMT=10) a,b 10 FORMAT( vals, 2(F15.6,2x)) o dado é formatado por meio de descritores de edição. No exemplo, o seguinte é escrito NOME Philip vals Sumário: Iw w caracteres de dado inteiro Fw.dw caracteres de dado real. (d número de decimais) Ew.dw caracteres de dado real. (d número de decimais) Lw w caracteres de dado lógico A[w ] w caracteres de dado caracter nx pula n caracteres (n espaços) Por exemplo: WRITE(*,FMT= (2X,2(I4,1X), name,& A4,F13.5,1X,E13.5) ) & 77778,3, ABCDEFGHI,14.45, imprime **** 3 name ABCD E Outros comandos de E/S Procedimentos externos CLOSE - desfaz a conexão da unidade do número especificado no comando. REWIND - reposiciona o apontador no início do arquivo. BACKSPACE - o apontador é reposicionado um registro em direção ao início do arquivo. ENDFILE - força a gravação de um end-of-file. Esses comandos têm outros especificações tais como o IOSTAT REWIND(14) BACKSPACE(UNIT=14) ENDFILE(17) CLOSE(UNIT=17,IOSTAT=ival) O Fortran 90 admite o procedimento externo (similar ao velho estilo de programação do Fortran 77). Evidentemente, este procedimento não faz parte de um programa ou módulo, devendo ser denotado como sendo um procedimento externo (EXTERNAL). Assim: eles podem ser compilados separadamente, podem necessitar uma interface explícita para ser fornecida ao programa usuário, podem ser utilizados como argumentos (somando-se aos intrínsecos), devem conter o especificador IMPLICIT NONE.

4 Sintaxe de subrotina externa não recursiva 13 Subrotina externa: exemplo 14 SUBROUTINE Ext_1()! CONTAINS! Procedimentos internos SUBROUTINE Int_1()! comandos executáveis END SUBROUTINE Int_1 FUNCTION Int_n()! comandos executáveis END FUNCTION Int_n END SUBROUTINE Ext_1 SUBROUTINE Ext_2()! etc END SUBROUTINE Ext_2 Um procedimento externo pode chamar um outro procedimento externo. SUBROUTINE sub1(a,b,c) IMPLICIT NONE EXTERNAL sum_sq! declara ou use INTERFACE REAL :: a,b,c ; CALL sum_sq(a,b,c,s); END SUBROUTINE sub1 chama SUBROUTINE sum_sq(aa,bb,cc,ss) REAL, INTENT(IN) :: aa,bb,cc REAL, INTENT(OUT):: ss ss = aa*aa + bb*bb + cc*cc END SUBROUTINE sum_sq Sintaxe de uma função não recursiva 15 Sintaxe de uma função não recursiva 16 Primeiro modelo: [<prefixo>] FUNCTION <nome-proc>([<arg-mudos>]) <declaração dos argumentos mudos> <declaração dos objetos locais> <comandos executáveis, atribuição do resultado> [CONTAINS <definições internas ao procedimento>] END [FUNCTION [<nome-proc>]] O <prefixo> especifica o tipo do resultado. Segundo modelo: FUNCTION <nome-proc>([<arg-mudos>]) <declaração dos argumentos mudos> <declaração do tipo do resultado> <declaração dos objetos locais> <comandos executáveis, atribuição do resultado> [CONTAINS <definições internas ao procedimento>] END [FUNCTION [<nome-proc>]] O <nome-proc> precisa ser declarado.

5 17 18 Exemplo de função externa Interfaces de procedimentos A função é ativada pela sua presença na expressão, no local em que o resultado é exigido. total = total + maior(a, b, c) As funções externas devem ser declaradas como EXTERNAL, senão a INTERFACE deve ser fornecida. INTEGER, EXTERNAL:: largest A função é descrita como INTEGER FUNCTION & maior(i,j,k) IMPLICIT NONE; INTEGER, & INTENT(IN):: i,j,k maior = max(i, j, k) END FUNCTION maior FUNCTION maior(i,j,k) IMPLICIT NONE; INTEGER, & INTENT(IN):: i,j,k INTEGER:: maior maior = max(i, j, k) END FUNCTION maior É possível prover uma interface explícita para um procedimento externo. Assim, considerando a seguinte subrotina, SUBROUTINE expsum(n,k,x,sum)! interface USE KIND_VALS: ONLY long IMPLICIT NONE INTEGER, INTENT(IN):: n! interface REAL(long), INTENT(IN) :: k,x! interface REAL(long), INTENT(OUT):: sum! interface REAL(long), SAVE:: cool_time END SUBROUTINE expsum! interface Interfaces de procedimentos (cont.) 19 O quê aparece na interface? 20 A interface propriamente dita é formada com os comandos que aparecem no intervalo contendo as declarações INTERFACE! p/ procedimentos externos SUBROUTINE expsum(n,k,x,sum)! interface USE KIND_VALS: ONLY long INTEGER, INTENT(IN):: n! interface REAL(long), INTENT(IN) :: k,x! interface REAL(long), INTENT(OUT):: sum! interface END SUBROUTINE expsum! interface END INTERFACE As interfaces substituem qualquer comando EXTERNAL e são desnecessários para os procedimentos internos. Uma interface contém somente: o cabeçalho SUBROUTINE ou FUNCTION o tipo da função (se não estiver definido no cabeçalho), declaração dos argumentos mudos, incluindo os atributos. o comando END SUBROUTINE ou END FUNCTION As interfaces somente são necessárias para procedimentos externos e eliminam a necessidade de qualquer outra forma de declaração para os procedimentos em questão.

6 21 22 Exemplo de interface Interfaces obrigatórias O programa inclui uma interface explícita PROGRAM exemplo_de_interface IMPLICIT NONE INTERFACE SUBROUTINE expsum(n,k,x,sum) INTEGER, INTENT(IN):: n REAL, INTENT(IN) :: k,x REAL, INTENT(OUT):: sum END SUBROUTINE expsum END INTERFACE REAL:: sum ; CALL expnum( 10,0.5,0.1,sum); END PROGRAM exemplo_de_interface As interfaces explícitas permite compilações separadas, otimizações e verificação dos tipos. Interfaces explícitas são obrigatórias se o procedimento externo tiver argumentos mudos que sejam conjuntos de forma a determinar, apontadores ou alvos, argumentos opcionais, conjuntos ou apontador como resultado (função), um resultado que tem uma especificação de comprimento LEN=* herdada (funções caracter). e quando a referência: tem uma palavra-chave como argumento, é uma atribuição definida, é uma chamada para um nome genérico, é uma chamada para um operador definido (função) Procedimentos como argumentos 23 Exemplos de procedimentos como argumentos 24 Os procedimentos externos usados como argumentos precisam ser declarados no local da chamada (CALL) como INTRINSIC: para os procedimentos internamente construídos. INTRINSIC MVBITS ; REAL, INTRINSIC:: ASIN EXTERNAL: para os procedimentos externos ou mudos EXTERNAL my_subby ; INTEGER, EXTERNAL:: my_fun Se o nome de um procedimento interno é usado em um comando EXTERNAL, então somente o procedimento externo homônimo é visível no escopo; o procedimento intrínseco fica indisponível. Nos dois casos, o procedimento específico, não o genérico, pode ser usado como argumento efetivo. Procedimentos internos não podem aparecer como argumentos. PROGRAM main IMPLICIT NONE INTRINSIC ASIN REAL, EXTERNAL:: my_sin EXTERNAL diffo1 CALL subby(asin,my_sin,diffo1,sin(0.5)) END PROGRAM main SUBROUTINE subby(fun1,fun2,sub1,x) IMPLICIT NONE REAL, INTENT(IN):: x REAL, EXTERNAL:: fun1, fun2; EXTERNAL sub1 PRINT *, fun1(x), fun2(x) CALL sub1(fun2(x),fun1,x) END SUBROUTINE subby

7 Exemplos de procedimentos como argumentos (cont.) 25 Comando DATA 26 SUBROUTINE diffo1(y,f,x) IMPLICIT NONE ; REAL, INTENT(IN):: x, y REAL, EXTERNAL:: f PRINT *, Diffo1 =, y - f(x) END SUBROUTINE diffo1 REAL FUNCTION my_sin(x) END FUNCTION my_sin O comando DATA é bom para iniciar seções de conjuntos de forma irregular, complicada. DATA <lista-var-1>/<lista-1-dados>/, & <lista-var-n>/<lista-n-dados>/ O número de constantes em cada <lista-dados> precisa ser igual ao número de variáveis e elementos de conjuntos da <lista-var> correspondente. Qualquer objeto iniciado por um comando DATA tem o atributo SAVE. Exemplo de comando DATA 27 Comando DATA laço DO implícito 28 Como exemplo, considere iniciar um conjunto com todos os valores das extremidades iguais a um e o restante, nulo. Este não é um caso simples a ser feito com outro comando, como é com o DATA: REAL:: matriz(100,100) DATA matriz(1, 1:100)/100*1.0/ DATA matriz(100,1:100)/100*1.0/ DATA matriz(2:99, 1)/98*1.0/ DATA matriz(2:99, 100)/98*1.0/ DATA matriz(2:99,2:99)/9604*0.0/ A expressão 100*1.0 significa 100 ocorrências de 1.0, o * é a especificação de repetição. Neste contexto, não deve ser confundido com a multiplicação. No comando DATA, a <lista-var> pode ser especificada por meio de um laço DO implícito. Iniciar um matriz com uma constante ao longo da diagonal e zero nos demais elementos é simples usando este método. A seção é especificada por um laço genioso que é mais expressivo do que a sintaxe de conjunto permitem. REAL:: diag(100,100) DATA (diag(i,i),i=1,100) / 100* 1.0/ DATA ((diag(i,j),diag(j,i), j=i+1,100),i=1,100)& /9900*0.0/

8 29 30 Comando GO TO Comando GOTO: exemplo É poderoso mas permite desvios indisciplinados. Pode ser usado para criar desvios para quase todos os locais de uma unidade de programa. Pode ser perigoso. Pode resultar códigos sem estrutura. Pode ser bastante útil. A sintaxe básica é: GOTO <rótulo-numérico> O rótulo precisa existir e estar no mesmo escopo junto a um comando executável. Considere o seguinte exemplo de uso atroz do GOTO GOTO 10! pulo p/ frente 23 CONTINUE i = i-1 IF(I.EQ.0) GOTO PRINT*, Linha j = j-1! loop IF(j.NE.0) GOTO 69 GOTO 23! desvio para trás 99 CONTINUE Este trecho de código mostra pulos p/ frente, p/ trás e a simulação de um laço DO. O melhor uso do GOTO é sair de uma estrutura muito embutida, em situações críticas. RETURN e STOP 31 Fortran 95 FORALL 32 Usar para tratar situações de exceção em procedimento. SUBROUTINE sub(ierror) INTEGER, INTENT(OUT):: ierror ALLOCATE(a(100),STAT=ierror) IF(ierror>0) THEN PRINT*, Falha na alocação RETURN END IF END SUBROUTINE STOP poderia ter sido usado em lugar do RETURN: STOP sub: falha na alocação A mensagem é opcional. Pode ser uma constante inteira com até 5 dígitos. Comando e estrutura FORALL FORALL (i=1:100,j=2:100) e(i,j)=b(i,j)+f(i,j) FORALL (i=1:100:3,j=2:100:2,a(i,j)>0) b(i,j)=c(i,j)+d(i,j) e(i,j)=b(i,j)+f(i,j) END FORALL Na estrutura FORALL, além de atribuições, podem ser usados os comandos e estruturas WHERE e FORALL Cada comando é executado por completo, em paralelo, antes do seguinte.

9 Fortran 95 FORALL (cont.) 33 EFEITO COLATERAL PROIBIDO 34 O FORALL dispõe uma alternativa eficiente para a construção elemento a elemento de um conjunto. Permite explicitar elementos de conjuntos, seções, subcadeias, ou alvos apontados com função dos subscritos dos elementos. FORALL (<lista-de-triplas>[,<máscara-escalar>]) onde cada tripla é índice=subscrito:subscrito[:passo] O comando considera, como no caso do WHERE, que as operações cálculo e atribuição são executadas em qualquer ordem sempre com o mesmo resultado, o que quer dizer, em paralelo. Para facilitar a compilação otimizada, a regra padrão do Fortran proíbe dependências a certos efeitos colaterais. A regra especifica ser desnecessária a avaliação parcial ou total de todos operandos de uma expressão, se o valor da expressão puder ser determinada de outra forma. Ex.: x>y.or. fun(z)! x, y e z reais e fun uma função lógica A chamada da função é dispensável se x é maior que y. Desta forma, z é indeterminado se o seu valor é modificado por fun. Similarmente, é dispensável a avaliação de subscrito ou subcadeia de um conjunto de tamanho nulo ou objeto caracter de comprimento nulo EFEITO COLATERAL PROIBIDO 35 Fortran 95 PURE 36 A chamada a uma função não deve redefinir o valor de uma variável que aparece no mesmo comando ou afete o valor de outra função no mesmo comando. Ex.: d=max(dist(p,q), dist(q,r)) Com relação a esta regra, o comando if, if (expressão lógica) comando é tratado como equivalente a if (expressão lógica) then comando endif O mesmo se aplica para o comando where Esta regra permite que quaisquer expressões, argumentos de um único procedimento, sejam avaliadas em qualquer ordem. A palavra PURE, adicionada aos comandos function e subroutine, assegura que o procedimento não tem efeitos colaterais, ou seja, ficam assegurados que Não altera qualquer dos argumentos mudos Não altera qualquer parte de uma variável do hospedeiro ou associação Não contém variável local com o atributo save Não realiza operação com um arquivo externo Não contém o comando stop Ex.: pure function dist(p,q) Para maiores detalhes, consulte Metcalf e Reid (2000)

10 Fortran 95 ELEMENTAL 37 Fortran 95 ELEMENTAL 38 Denomina-se elemental os operadores e funções intrínsecas capazes de serem aplicados a escalares e conjuntos. Ex.: c=a+b; c=sin(a) onde a, b e c podem ser conjuntos similares Estende esta característica para os procedimentos não intrínsecos. Ex.: type estat real :: media, var end type estat elemental function soma(a,b) type (estat) :: soma type (estat), intent(in):: a, b soma%media=a%media+b%media soma%var=a%var+b%var end function soma No exemplo anterior, a função tem dois argumentos. Assim, ela é capaz de operar sobre dados com as seguintes combinações de ordem: 0-0, 0-1, 1-0, 1-1, 0-2, 2-0, 2-2,, 0-7, 7-0, combinações! Se restrito ao Fortran90, teriam que ser escritas 22 versões. A função elementar tem o atributo pure também. Não é permitido uma função elementar ter o caráter recursivo. Para maiores detalhes, consulte Metcalf e Reid (2000) Fortran 95 Miscelânea 39 Fortran 95 Miscelânea 40 O Fortran 95 possui uma função intrínseca NULL para atribuir valor inicial nulo aos apontadores, em lugar do indefinido. Também tem mecanismos para atribuir valores iniciais aos componentes dos tipos derivados. O Fortran 95 permite o uso das funções definidas pelo usuário nas expressões de especificação, desde que sejam PURE. Uso da <especificação> no comando END INTERFACE END INTERFACE <especifição> Características removidas em relação às versões anteriores: Comandos ASSIGN e GOTO atribuídos Comando PAUSE Variáveis de controle do tipo real no comando DO Descritor de edição H (para especificação de formato) Desvio para o ENDIF, de fora do bloco IF

11 FIM 41 Referências Metcalf, M. e Reid, John, 2000, Fortran 90/95 explained, Oxford Univ. Press. Fazer os exercícios.