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出版者:Springer

作者:Walter S. Brainerd

出品人:

页数:368

译者:

出版时间:2009-07-01

价格:USD 79.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9781848825420

丛书系列:

图书标签:

编程
Fortran
Fortran 2003
Programming
Scientific Computing
Numerical Analysis
Computer Science
Engineering
Mathematics
Algorithms
High-Performance Computing
Compiler

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具体描述

《Fortran 2003 编程指南》引言在现代科学计算和工程领域，高性能计算的需求日益增长。Fortran，作为一门历史悠久且专为数值计算而设计的编程语言，始终在这一领域占据着核心地位。从最初的 Fortran 77 到 Fortran 90/95 的现代化，再到 Fortran 2003 的进一步发展，Fortran 标准的每一次更新都旨在提升语言的表现力、易用性和与现代计算范式的兼容性。《Fortran 2003 编程指南》旨在为读者提供一本全面而深入的 Fortran 2003 语言教程。本书的目标读者涵盖了从初学者到经验丰富的程序员，希望系统学习或深入理解 Fortran 2003 新特性，并将其应用于实际的科学研究和工程项目中的各类人士。本书强调理论与实践相结合，通过丰富的代码示例、详尽的解释和贴合实际的应用场景，帮助读者掌握 Fortran 2003 的精髓，充分发挥其在高性能计算领域的潜力。本书结构与内容概述本书采用循序渐进的方式，首先从 Fortran 的基础知识讲起，然后逐步深入到 Fortran 2003 的高级特性。每一章节都力求清晰、准确，并配以大量的实用代码，以帮助读者更好地理解抽象的概念。第一部分：Fortran 基础回顾与现代编程理念虽然本书聚焦于 Fortran 2003，但我们深知理解语言的演变对于掌握其最新版本至关重要。因此，本书的第一部分将对 Fortran 语言的核心概念进行简要但全面的回顾，重点强调 Fortran 90/95 引入的那些奠定 Fortran 现代编程基础的重要特性。这包括：程序结构与基本元素：变量、常量、数据类型（整数、实数、复数、逻辑量、字符）、表达式、赋值语句等。控制流语句：条件判断（IF、SELECT CASE）、循环（DO、DO WHILE、DO CONCURRENT）、分支（GOTO - 及其不推荐使用的场合）。子程序与函数：过程的定义与调用、参数传递、递归、模块化编程的思想。数组处理：数组的声明、初始化、访问，以及 Fortran 90/95 引入的数组赋值和数组操作符（如 WHERE、FORALL）的初步介绍。输入/输出：格式化和非格式化输入输出，文件操作。这一部分不仅能帮助新接触 Fortran 的读者建立起坚实的基础，也能让有 Fortran 90/95 经验的读者快速地将已有知识与 Fortran 2003 的新特性联系起来。我们还将初步探讨一些现代编程理念，如代码的可读性、可维护性以及面向对象的思维方式在 Fortran 中的体现。第二部分：Fortran 2003 的核心新特性 Fortran 2003 标准的引入，为 Fortran 语言带来了诸多显著的改进和扩展。本书的第二部分将逐一深入探讨这些关键的新特性：面向对象编程（OOP）的引入：这是 Fortran 2003 中最重大的革新之一。我们将详细介绍：派生类型（Derived Types）的增强：如何定义更复杂的派生类型，以及它们作为构建对象的基础。继承（Inheritance）：学习如何创建一个新的派生类型，使其继承现有派生类型的属性和行为。这将极大地提高代码的复用性和灵活性。多态性（Polymorphism）：探讨如何利用类型绑定（Type Binding）和派生类型过程（Derived Type Procedures）实现动态派发，以及如何编写能够处理不同但相关派生类型对象的通用代码。封装（Encapsulation）：通过模块（Modules）和访问控制关键字（PRIVATE/PUBLIC）实现数据的隐藏和接口的明确，提高代码的健壮性。类型绑定过程（Type-Bound Procedures）：如何将过程与派生类型关联起来，使得过程能够直接作用于该类型的对象，是实现 OOP 的关键。过程指针（Procedure Pointers）：介绍如何声明和使用过程指针，它们可以指向过程，使得程序的灵活性和动态性得到极大的提升，尤其在回调函数和事件驱动编程中有着广泛应用。派生类型与 C 语言的互操作性（Interoperability with C）：随着现代软件开发中跨语言调用的普遍性，Fortran 2003 提供了强大的与 C 语言进行互操作的机制。我们将重点讲解： `ISO_C_BINDING` 模块：如何使用该模块声明与 C 语言兼容的数据类型和过程。字符串、数组、结构体等在 Fortran 和 C 之间传递的细节。如何从 Fortran 调用 C 函数，以及如何从 C 调用 Fortran 子程序。内部过程（Internal Procedures）的增强：介绍内部过程的更多用法，以及它们在代码组织中的作用。动态内存分配的改进：虽然动态内存分配在 Fortran 90/95 中已经引入，但 Fortran 2003 在此基础上进行了一些优化和扩展，包括对派生类型中动态数组的处理。其他重要增强： `ALLOCATABLE` 属性的增强：进一步的灵活性，例如在派生类型中作为成员。 `CONTIGUOUS` 属性：用于指示数组段是连续存储的，这对于优化性能至关重要。 `IMPLICIT NONE` 的强制性：强调并推广 `IMPLICIT NONE` 的使用，以避免潜在的变量声明错误。 `ENUMERATOR`：引入枚举类型，用于定义一组命名常量，提高代码的可读性。 `RANK` 运算符：用于获取数组的维度（阶数）。 `RENAME` 语句：允许在程序单元之间重命名访问的模块内容。第三部分：高级主题与实际应用在掌握了 Fortran 2003 的核心新特性后，本书的第三部分将带领读者进入更高级的领域，并结合实际应用场景，展示如何有效地利用 Fortran 2003 进行高性能计算。模块化程序设计与库的构建：深入探讨如何利用 Fortran 模块来组织大型项目，创建可重用的代码库，以及如何管理模块间的依赖关系。并行计算的初步接触：简要介绍 Fortran 2003 标准对并行计算的支持，例如与 OpenMP 或 MPI 的结合使用，以及如何利用 Fortran 2003 的特性来编写更易于并行化的代码。性能优化技巧：结合 Fortran 2003 的特性，例如 `CONTIGUOUS` 属性、数组操作符、以及面向对象特性对性能的影响，分享一些实用的性能调优策略。数值算法实现案例：通过具体的科学计算问题，例如线性方程组求解、微分方程数值积分、傅里叶变换等，展示如何利用 Fortran 2003 的特性来高效、优雅地实现这些算法。调试与测试：提供一些关于如何有效地调试 Fortran 2003 代码以及编写单元测试的建议。代码示例与学习方法本书的最大特点之一是其丰富的、经过精心设计的代码示例。每个概念的引入都伴随着清晰、可执行的代码片段，这些示例不仅用于说明语法，更着重于展示如何应用该特性来解决实际问题。本书的代码示例力求简洁明了，同时覆盖了从基础到复杂的各种场景。为了最大化学习效果，我们建议读者： 1. 动手实践：强烈建议读者在阅读时，实际输入并运行本书中的所有代码示例。尝试修改它们，观察结果，从而加深理解。 2. 对照比较：如果读者已经熟悉 Fortran 90/95，可以特别关注 Fortran 2003 相较于旧版本的改进之处，理解新特性带来的优势。 3. 项目驱动：在掌握基本知识后，尝试将 Fortran 2003 的特性应用到自己的研究或项目代码中，通过实践来巩固学习成果。 4. 查阅文档：本书是入门和深入学习的指南，但读者在遇到具体问题时，仍需参考 Fortran 2003 标准文档和编译器文档。目标读者在校学生：学习科学计算、工程模拟、高性能计算等相关课程的学生。科研人员：在物理、化学、生物、工程、气象、金融等领域进行数值模拟和数据分析的研究人员。软件工程师：需要开发或维护基于 Fortran 的高性能计算系统的工程师。 Fortran 开发者：希望从 Fortran 90/95 或更早版本升级到 Fortran 2003，掌握最新语言特性的现有 Fortran 程序员。结语 Fortran 2003 标准的引入，标志着 Fortran 语言在现代化、面向对象和互操作性方面迈出了重要一步，使其能够更好地适应当前和未来的计算需求。《Fortran 2003 编程指南》将伴随您一同探索这门强大语言的最新面貌，助您编写出更高效、更健壮、更易于维护的科学计算程序。我们相信，通过本书的学习，您将能够充分利用 Fortran 2003 的强大功能，在您的专业领域取得更大的成就。