TetaTricks/chap/Fortran.tex

\chapter{Fortran} \label{chap:Fortran} \index{Fortran}

\begin{quote}
Fortran (\textsc{FORmula TRANslator}) est, avec le Cobol\index{Cobol},
un des premiers langages évolués. Il a été conçu après la seconde
guerre mondiale, en 1954, par
John Warner Backus, ingénieur en radiophonie chez IBM\index{IBM},
\end{quote}

Pourquoi j'ai redécouvert un langage de ma jeunesse, et pourquoi
vous devriez vous aussi y jeter un regard attentif. Il y a plein
de bonnes choses, la septième va vous tenir compagnie.

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%
%	un petit historique ?
%
\section{On the big irons}

TODO\index{XXX}

\section{FORTRAN77}

Dernière version à exiger le format '80 colonnes' des cartes perforées,
cette version est aussi (aux yeux de vieux dinos) la plus pure,
à cause d'instructions comme le \textsl{computed goto} ou le
mythique \textsl{comefrom}\footnote{Keyword: Datamatic}.
Nom officiel : \texttt{ANSI X3.9-1978}.

L'incarnation \texttt{g77}\index{g77} n'existe plus, meis peut être
à-priori émulable en jouant avec les options de \texttt{gfortran}
et un brin de shell.

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% https://linuxfr.org/users/vmagnin/journaux/taptempo-fortran
% https://en.wikipedia.org/wiki/Fortran_95_language_features

\section{Gfortan} \index{gfortran}

Puis ce langage du passé a subi une évolution lente vers quelque
chose de bien plus moderne : le Fortran 90.
Les dinos vont devoir s'adapter.
Et songer à utiliser un \texttt{gfortran} moderne,
un élément de la Gnu Compiler Collection\index{gcc}.

Comme pour tous les langages de programmation,
il est obligatoire d'avoir l'exemple canonique, donc le voilà.
Il faut l'enregister dans un fichier nommé \texttt{hello.f90}
pour que le compilateur puisse admettre que c'est écrit
en \textsl{free form format}.

\begin{lstlisting}
$ cat hello.f90
program hello
    implicit none
    print *, "hello world"
end
$ gfortran -Wall hello.f90 -o hello && ./hello
 hello world
$
\end{lstlisting}

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%
% https://fortranwiki.org/fortran/show/Command-line+arguments
%
\section{Args \& Env}

Un fort beau programme que ce \textsc{helloworld}, mais il est un peu
fermé au monde extérieur.
Quand on lance un programme, il peut recevoir des instructions
par (mais pas que) deux canaux : les arguments de la ligne de commande
et les variables d'environnement.

\begin{lstlisting}
program rum_me
  implicit none
  integer               :: nbarg, foo
  character(len=32)     :: arg

  nbarg = IARGC()
  if (nbarg .GT. 0) then
    do foo=1, nbarg
       call GETARG(foo, arg)
       print *, foo,"   ",  arg
    enddo
  endif
end
\end{lstlisting}

Si un des arguments doir être vu comme une valeur numérique,
il faut convertir la chaine de caractères avant usage.
Exemple pour un nombre flottant~:

\begin{lstlisting}
  character(len=89)             :: arg
  real                          :: cx
  call getarg(2, string)
  read (string, *) cx
\end{lstlisting}

% --------------------------------------------------------

\section{Tableaux}

Rank, Size, \textsc{allocatable}, toussa\dots

Amies du C, soyez d'entrée prévenues, en Fortran, l'indice
par défaut du premier élément d'un tableau est \textbf{1},
mais cette valeur peut être modifiée à la déclaration
du tableau. Ce qui permet des \textsl{of-by-anynumber}
du plus bel effet.

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% new 29 decembre 2022

\section{Nombres complexes}

Partie imaginaire : \texttt{ipart = aimag(cmplx)}.

% --------------------------------------------------------
% nouveau 4 mars 2023

\section {Les structures}\index{type}

Une « structure », c'est comme une petite boite dans laquelle on peut
mettre des variables de différentes natures.
Les accès à chacune de ces variables sont idépendants les uns des autres.

\begin{lstlisting}
type t_pixrgb
  integer           :: r, g, b
  integer           :: alpha = 0
end type

t_pixrgb        :: pixel
pixel%r = 0x55
\end{lstlisting}

Nous verrons plus loin l'importance de cette notion.

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\section{Fichiers}

Pour qui vient du C et de la philosophie Unix, la gestion
des fichiers en Fortran est assez déroutante%
\footnote{Par contre, pour un dino des \textsl{big irons}\dots}.
Il semble qu'il y ait deux concepts orthogonaux :

\begin{itemize}
\item Direct access \textit{vs.} Sequential access
\item Formtated \textit{vs.} Unformated
\end{itemize}

\textit{Open, Read, Write, Inquire, toussa\dots}

% --------------------------------------------------------

\subsection{Ouvrir un fichier}

C'est la première étape : attacher un fichier à un numéro d'unité.
Il y a une foultitude d'options, nous allons commencer par les
plus courantes.

% --------------------------------------------------------


\subsection{Sequentiel texte}

XXX\index{XXX}

Pour faire simple, on accède à chaque unité de donnée l'une après l'autre,
comme quand on déroule une bande 6250bpi. Ces unités peuvent être
(restons simple pour commencer) des lignes entières de texte.
Dans l'ancien temps\footnote{F77 rulz the world}, le format de ces
lignes devait être précisement structure, avec des largeurs de champs
fixés.

% --------------------------------------------------------

\subsection{Indexé} \index{index}

XXX\index{XXX}

C'est pas pareil : d'abord les enregistrements sont tous de la même
taille

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\section{Modules}

Une notion essentielle, à mon avis, pour écrire des programmes
au-delà de 104 lignes. Oui, j'avoue, j'ai bien changé depuis
l'époque où je confectionnait des procédures \textsl{monobloc}
de 1337 lignes, avec une bonne centaine de \texttt{GOTO} dedans.

Il serait bon de voir un exemple du monde réel. Ou juste un
exemple basique. Mais avec des explications. Parce que ce n'est pas
vraiment évident. Mais c'est un concept balaize.

Nous allons donc créer un module qui ne fait quasiment rien, ce qui
limitera le nombre de pannes possibles dans la suite des opérations.

\begin{lstlisting}
module dummy
    implicit none
contains
subroutine print_dummy
    print *, 'this is the dummy subroutine'
end subroutine
end module
\end{lstlisting}

Rien de bien compliqué~:
Un module peut être vu comme une boite qui contient (\texttt{contains})
des procédures (\texttt{function} ou \texttt{subroutine},
et qui sera utilisé avec ce genre de petit programme~:

\begin{lstlisting}
program t
    use      dummy
    implicit none
    print *, '=== programme de test ==='
    call print_dummy
end program
\end{lstlisting}

% --------------------------------------------------------
\section{Random et Aléa}

La dernière ligne va vous étonner.

\begin{lstlisting}
    integer, dimension(3) :: tarray
    integer               :: t3
    real                  :: dummy
    call itime(tarray)
    t3 = 3600*tarray(1) + 60*tarray(2) + tarray(3)
    write(0, '(A,3I3,A,I6)') "sranding: ", tarray, " --> ", t3
    call srand(t3)
    ! after initializing the random generator engine,
    ! you MUST use it for initializing the initializer
    dummy = rand()
\end{lstlisting}

% --------------------------------------------------------
% new Thu 24 Nov 2022 02:27:05 AM CET

\section{Options de gfortran} \index{gfortran}

Comme d'habitude avec gcc\footnote{The Gnu Compiler Collection}, les
options sont innombrables. J'ai essayé d'en dégager les plus importantes,
mais ce ne sont probablement pas les seules.

% --------------------------------------------------------

\section{Images}

La bibliothèque \textbf{Plplot} semble être un bon choix pour commencer,
mais il existe bien d'autres options.
Par exemple \textbf{g2} (vue en page \pageref{g2}) semble être utilisable
avec les vieux F77, et possiblement avec un Fortran moderne, il faut juste
un peu de \textsc{rtfm}.

Nous allons donc commencer par PlPlot, pour envisager ensuite les alternatives.

% --------------------------------------------------------
%
%   $ dillo /usr/share/doc/plplot-doc/html/index.html &
%
\subsection{Plplot} \index{plplot} \label{ploplt}

Commençons directement par un EMC\footnote{Exemple Minimal Compilable}
qui ne va pas faire grand chose, à part initialiser la machinerie
interne de Plplot qui est assez avancée.
Il y a beaucoup de paramètres réglables, mais aussi des fonctions
qui gèrent pour vous les valeurs « par défaut ».
Voyez cette exemple comme un \textsl{boilerplate} simple
ou un \textsc{HelloWorld}~:

\lstinputlisting{code/fortran/plplotting.f90}

Il ne se passe pas grand chose, sauf qu'on a une proposition de
choisir le type de sortie.
Dans la version que j'ai (XXX\index{XXX}), on a le choix entre
X-Window, PostScript mono ou couleur, Xfig, PNG, SVG, et bien
d'autres dont certains, pour moi, assez ésotériques.
D'autre part, avec cette méthode, il semble impossible de
préciser la taille de l'image.
Mais la démonstration est faite.

Il faut quand même regarder de plus près la subroutine
\texttt{plenv()} (\textsl{Set up standard window and draw box})
qui initialise simplement un contexte graphique 2D somme toute
assez classique. Elle prend six paramètres. Les quatre premiers
sont les coordonnées flottantes de deux coins du papier, 
le cinquième controle l'échelle des axes, et le dernier
controle le tracé des boites autour du graphique.

Nous avons les bases, commençons donc à dessiner.

Premièrement, nous allons chosir de démarrer automatiquement
dans une fenètre X11,
en gardant le reste de la configuration avec ses valeurs par défaut.
Pour cela, il suffit de rajouter \texttt{call plsdev('xwin')} juste avant
l'appel à \texttt{plinit}, 
Ensuite, pour mettre en évidence notre art,
nous allons choisir une couleur pour l'encre (qui est d'un
rouge du meilleur effet par défaut en mode "xwin"),
puis écrire quelques légendes canoniques, donc inutiles, .

\begin{verbatim}
    call plcol0 (15)         ! pure white
    call pllab  ("Fuzzfactor", "Yoyodines", "Some nice plots")
\end{verbatim}

Il est maintenant temps de poser un premier trait de crayon numérique
sur notre feuille blanche numérique\footnote{Actuellement noire, mais
nous trouverons bien comment changer ça}.
La forme de ce tracé sera donnée par une suite de coordonnées
flottantes \textsl{x/y}
stockées dans deux tableaux parallèles que nous allons
immédiatement garnir de données pertinentes~:

\begin{verbatim}
    integer, parameter    :: lg = 500
    real                  :: x(lg), y(lg)
    real                  :: k
    integer               :: i
    k = 0.1
    do i = 1, lg
        x(i) = k * sin(real(i)/3.0)
        y(i) = k * cos(real(i)/5.0)
        k = k * 1.006021
    enddo
\end{verbatim}

Une fois en possession de ces données conceptuelles, que l'on peut
aisément voire comme un cheminement, nous allons demander
au crayon de se promener sur notre feuille virtuelle en suivant
ce chemin, et enfin de s'arreter de dessiner~:

\begin{verbatim}
    call plcol0 (12)
    call plline (x, y)
    call plend  ()
\end{verbatim}

Au passage, vous pouvez remarquer la magie du Fortran moderne~:
il n'est plus nécessaire de signifier la dimension des tableaux
lors de l'appel de la procédure.

Dans ce mode de fonctionnement interactif,
il vous faudra utiliser la touche
\textsl{<enter>} pour sortir\footnote{Une de mes prochaines tâche sera
de regarder comment quitter avec le '\textbf{q}' canonique}.
Nous verrons pas la suite comment écrire des fichiers 'image'
vectoriels ou bitmap en mode \textsl{batch}.
Enfin une ouverture vers les Gifs animées\index{gif89a}.

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\section{Questions en attente}

\index{XXX}

\begin{itemize}
\item Comment déclarer une variable statique dans une procédure ?
\item Pourquoi ne pas parler de DISLIN ?
\item Est-il possible de causer à \texttt{libsndfile} ?
\item Comment caler une chaine à gauche avec un \textsc{format} ?
\item Is there a \texttt{-fortran} option for making comments with
	\texttt{boxes} + \texttt{figlet}\index{figlet} ?
\end{itemize}

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\section{Réponses}

\textsl{<Pas de réponse>}

Voilà, c'est tout pour le moment\dots


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