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g77 memo

GNU Fortran

大信田丈志
作成: 2000-10-23

まず言っておかなければならないことは、 FORTRANそのものは未だ生命を保っているかもしれないにせよ、FORTRAN77は既に過去の遺物であるということだ。どうしてもFORTRAN系の言語を使うのなら、Fortran90に移行するか、せめて GNU Fortran の拡張機能を利用して、読みやすく、バグの少ないプログラムを書くようにすべきである。

良いプログラムを書くのに役立つ拡張機能
g77.infoメモ
FORTRAN77からCに文字列を渡す

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良いプログラムを書くのに役立つ拡張機能

GNU Fortran は、基本的にはFORTRAN77をベースにしているが、それに加えてさまざまな拡張機能を取り込んでいる。これらの拡張機能のなかには「Fortran90でも通用し、かつ良いプログラムを書くのに役立つような機能」が少なくない。そういう機能を積極的に利用すべきである。具体的には、次のようなものが挙げられる:

implicit none (悪名高い「暗黙の宣言」を無効にする)
do ... end do による行番号なしのループ
cycle文やexit文によるループ制御
感嘆符(!)による行末コメント
セミコロンで区切って1行に複数の文を書ける
includeが使える
その他いろいろ

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g77.infoメモ

私の手元にある版のg77.infoの内容を自分なりにまとめたもの。内容が正しいかどうかは一切保証しないので、そのつもりで読んでほしい。英語の文書を読むパワーと時間がある場合は、自分のマシンのg77.infoを直接読むか、本家GNUや Delorie Softwareのオンラインマニュアルを参照するほうが良いだろう。

しくみ

% g77 -v 
Reading specs from /usr/lib/gcc-lib/i586-pc-linux-gnulibc1/egcs-2.90.29/specs
gcc version egcs-2.90.29 980515 (egcs-1.0.3 release)

% locate libf2c
/usr/lib/gcc-lib/i586-pc-linux-gnulibc1/egcs-2.90.29/libf2c.a
/usr/lib/libf2c.a
% locate libf2c | xargs file  # 両者の実体は同じであることが分かる

g77 は gcc のフロントエンドであり、gcc が f771 を呼び出す:
% locate f771  
% g77 -v hello.F
% g77 --driver=/bin/true  # ← gcc を呼ぶのを邪魔する

コマンドラインオプション

% g77 -fno-silent hello.F   # プログラム単位の名前をstderrに表示
% g77 -fno-ugly   prog.F    # 「醜悪な」構文をまとめて排除 (→ distensions)

-ff90 :     Fortran 90 の構文(の一部)が認識できるようになる
-ffree-form または -fno-fixed-form :  自由形式
-fbackslash および -fno-backslash  :  たとえば '\n'を「改行」に変換するか否か
                                      [デフォルトは -fbackslash]
-fcase-preserve          :  U と u を区別する(?)
-ffixed-line-length-桁数 :  固定形式での桁数の指定

-w           :  警告メッセージを抑止
-Wimplicit   :  各単位で IMPLICIT NONE を宣言するのとほぼ同じ
-Wall        :  -Wunused と -Wuninitialized を組み合わせたものと同等
-Wsurprising :  解釈に任意性がある式などの問題点を指摘する

-g             :  デバッグ情報を追加 (ただしまだ不完全)  →  -fdebug-kludge
-O             :  最適化
-malign-double :  [i386系(Pentiumなど)で倍精度を多用する場合に有効]

言語仕様

「GNU Fortran言語」 = ANSI FORTRAN 77 + GNU独自の拡張

注意

厳密には「GNU Fortran言語」と g77 の仕様は一致しない.
「言語」の仕様に含まれない拡張機能の例:

1行目を&にすることによる継続行
行末コメント開始に「/*」を用いる (本来は「!」)
ドル記号を変数名に含めること
大文字・小文字の扱い
VAX FORTRAN などに由来する「醜悪な」拡張 (-fno-ugly で無効化)

NAMELIST文

現時点では大文字と小文字の区別に対応できていない.

KIND表記

KIND表記

GENERIC-TYPE(KIND=N) のような型表記

GENERIC-TYPE

(INTEGER|REAL|COMPLEX|LOGICAL|CHARACTER)

現時点でのKIND割り当て案 (変更の可能性あり):

KIND=1 : いわゆる単精度 [REAL*4 / INTEGER*4 / COMPLEX*8 に相当]
KIND=2 : いわゆる倍精度 [REAL*8 etc. に相当]
KIND=4, 8, ... : 4倍精度, 8倍精度, ...
KIND=3 : charと同じ長さ [INTEGER*1 に相当]
KIND=6, 12, ... : charの2倍, 4倍, ...
KIND=5 : 「半精度」 [INTEGER*2 に相当]

書き方

 
感嘆符から行末まではコメント(ただし感嘆符が第6桁にある場合は継続行)

セミコロンで文を並べて書ける.
ただし, 次のように IF のあとにセミコロンを使うのは良くない:

     IF (VALIDP) CALL FOO; CALL BAR

プログラム単位の末尾の「END」の代わりに「END PROGRAM」「END SUBROUTINE」
などと書くことができる.

INCLUDE 'ファイル名' が使える.
これは実行文でも非実行文でもない: statementではなく directiveである.

制御文

DO WHILE (Fortran90と同じ)
END DO
構造ラベル名 (construct names)
CYCLE & EXIT (DOループの継続と中止)

ポインタに似た機能

  %LOC()  %VAL()  %REF()  %DESCR()
  ※ 濫用厳禁!  OSやウィンドウシステムなどにアクセスする部分に
     限って使用し, プログラム本体での使用を避けるようにする.

組み込み関数

たとえば idim() に INTEGER*2 の引数を与えるとエラーになる.

KIND=1以外の複素数に対して REAL() を適用する場合:

    × REAL(EXPR)        ! 戻ってくる型が不明
    ○ REAL(REAL(EXPR))  ! REAL(KIND=1)が戻ってくる
    ○ REALPART(EXPR)    ! EXPRの型に合わせて適切な実数型を返す

伝統的なF77では DBLE(EXPR) とか DIMAG(EXPR) とかを用いる.

CMPLX(D1,D2) は CMPLX(SNGL(D1), SNGL(D2)) と同じ! (単精度になる) 通常のコンパイラでは, 倍精度にするには DCMPLX() を使う. GNU Fortran では COMPLEX(REAL, IMAG) が使える → 桁数の切り捨てを防ぐ.
MIL-STD 1753 の組み込み関数をサポート: `BTEST', `IAND', `IBCLR', `IBITS', `IBSET', `IEOR', `IOR', `ISHFT', `ISHFTC', `MVBITS', & `NOT'.
伝統的な f77 および f2c の組み込み関数をサポート: ビット演算関数 = `AND', `LSHIFT', `OR', `RSHIFT', & `XOR'. その他の伝統的な組み込み関数 = `CDABS', `CDCOS', `CDEXP', `CDLOG', `CDSIN', `CDSQRT', `DCMPLX', `DCONJG', `DFLOAT', `DIMAG', `DREAL', & `IMAG', `ZABS', `ZCOS', `ZEXP', `ZLOG', `ZSIN', & `ZSQRT'.
UNIXライブラリ関数: Access(NAME, MODE), Alarm(SECONDS, HANDLER, STAT), ChDir(DIR, STATUS), Exit(STATUS), GetEnv(NAME, VALUE), IsaTty(UNIT), Kill(PID, SIGNAL, STAT), Signal(NUMBER, HANDLER, STAT), Sleep(SECONDS)
入出力: FGetC(UNIT, C, STATUS), Flush(UNIT), FNum(UNIT)
Bessel関数: BesJ0, BesJ1, BesJN, BesY0, BesY1, BesYN.
乱数: Rand(FLAG), IRand(FLAG), SRand(SEED)
経過時間: Cpu_Time(SECONDS), Second(SECONDS), Second()
時刻および日付: Time(), Time8(), CTime(STIME), Fdate(), LTime(STIME, TARRAY)
コマンドライン: IArgC(), GetArg(POS, VALUE)
一覧表: 「Table of Intrinsic Functions」

Cと組み合わせて使う

オブジェクトファイルの互換性

デフォルトでは, g77のオブジェクトファイルは f2c と互換性がある: どちらも libf2c を利用しているため. 仕様については f2c.h を見よ.
互換性を無効にするには -fno-f2c を使う(速度が上がる場合がある).
将来, g77 が libf2c から独立したあかつきには, f2c との互換性はデフォルトでは保証されなくなる可能性が高い. 互換性を保証するには -ff2c -ff2c-library を用いること.

型宣言(f2c.h)

integer, real, doublereal
ftnlen (文字列の長さを示す型)

f2cを用いた骨格生成

FORTRANから呼び出すためのCの関数を作る: 宣言と引数とENDだけを含むFORTRANファイルを作り, f2c で変換.
FORTRANの副プログラムを呼び出すためのCのルーチンを作る: 副プログラムの入ったファイルを f2c -P joe.f のように処理し, 生成される joe.P をプロトタイプとして呼び出し側に含める.

コンパイル

FORTRANの主プログラム → 関数 MAIN__() としてコンパイルされる

副プログラムのコンパイル:

ふつうの引数は『参照渡し』, すなわちポインタで渡される.

文字列引数は 2つの引数に変わる:

先頭を指すポインタ (引数の並びで本来の位置を占める)
文字列の長さを示す定数 (引数の並びの後方に追加される)

    SUBROUTINE F(str)  →  void f_(char *str, ftnlen __g77_length_str) 
    CALL FOO('HI','THERE') → foo_("hi","there", 2,5);
    ※ 文字列の末尾に '\0' がつくことを期待してはならない.

文字列(CHARACTER)を返す関数:
値を返すための引数を2つ追加してコンパイルされる
void func_(..., char* __g77_result, ftnlen __g77_length)
複素数(COMPLEX)を返す関数:

-ff2c が有効な場合
→ 値を返すための引数として __g77_result を追加
void func_(..., complex [または doublecomplex] __g77_result )
-fno-f2c を指定した場合
→ GCC の __complex__ float [または __complex__ double] を返す関数
単精度の実数[REAL(KIND=1)]を返す関数:

-ff2c
→ doublereal を返す(!!)
-fno-f2c
→ float を返す
関数名(やそれに準じるもの)の名前には「_」が追加される. 既に「_」がある場合には「__」が追加される. -fno-underscoring や -fno-second-underscore でこれらの変更を無効にできる(デバッグの時に便利).

共有ブロック: 今のところ, char配列として実装されている.
[例] COMMON I(15), R(20), T  →  char _BLNK__[144]
     I → _BLNK__[0..59]
     R → _BLNK__[60..139]
     T → _BLNK__[140..143]

EQUIVALENCE: COMMONブロックを含む場合はCOMMONブロックと同じ方法で実装.
             そうでない場合は __g77_equiv_X のような char配列として実装.

注意

FORTRANとCでは配列の添字の扱いが異なる.
GETARG() や IARGC() を使うために libf2c のなかに main() が用意されており, これが MAIN__() を呼ぶようになっている.

FORTRANの知恵袋

暗黙の型宣言を避ける:

LOGX=9.227 [REAL LOGX を忘れると困ったことになる).
DOUBLE PRECISION FUNCTION IPS(...) [DOUBLE PRECISION が必須]
-Wimplicit または IMPLICIT NONE を用いる

変数の値がきちんと設定されていることを確かめる:

-finit-local-zero -fno-automatic → 局所変数を必ずゼロに初期化する
-fno-automatic → 局所変数すべてに SAVE を指定するのと同じ
-O -Wuninitialized → 初期化を忘れた場合に警告を出す
-W -Wunused → 書き間違いや書き忘れ(!)の発見に役立つ

バッファへの書き出し: CALL FLUSH(N)

Pentium または Pentium Pro で次のように指定すると少し速くなる:
   -m486 -malign-loops=2 -malign-jumps=2 -malign-functions=2
   -fomit-frame-pointer
ただし -fomit-frame-pointer を指定するとデバッグができなくなる.

おまけ

継続行に $ を使うと mule の Fortranモードが認識して6行目に置いてくれる.
Hollerith constants とは何か ???
「#」のことを hash mark というらしい.

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