В Фортране 90/95 модули используются хранения глобальных данных и как контейнер производных типов. В данном учебном пособии рассматривается именно последнее назначение модулей. В контексте использования модуля как контейнера производных типов его структура имеет общий вид:

MODULE имя модуля

...описание производных типов

...описание интерфейсов внутренние подпрограммы модуля

CONTAINS

...внутренние подпрограммы модуля

END имя модуля

В качестве примера рассмотрим создание производного типа VECTOR – обеспечивающего работу с векторами, лежащими на плоскости (x, y) и начало каждого вектора совпадает с началом координат (0, 0). Каждый такой вектор может быть описан конечной точкой, с координатами (X, Y). В соответствии с правилами векторной алгебры и аналитической геометрии могут быть описаны такие операции над векторами, как умножение вектора на число, сумма (разность) и т.д. В качестве примера реализуем операцию сложения данных типа VECTOR так, чтобы для трех векторов этого типа A, B и C с точки зрения Фортрана была правомерна операция сложения: «C=A+B». Это означает, что нужно создать задаваемую скалярную операцию сложения, с обозначением «+» для производного типа данных VECTOR.

Дело в том, что для производных типов данных не существует заведомо определенных операций – доступны операции только с элементами структуры, поскольку они являются данными встроенных типов, и для них определены соответствующие покомпонентные операции, что-то вроде:

C%X = A%X + B%X

C%Y = A%Y + B%Y

Модуль с реализацией типа VECTOR и векторной арифметики (Пример 7.6) так и называется: VECTOR_ARITHMETIC.

Пример 7.6. Модуль – контейнер векторной арифметики.

module VECTOR_ARITHMETIC
	type VECTOR
		real X, Y
	end type VECTOR
	interface operator(+)
		module procedure  ADD_VECTORS
	end interface
contains
	function ADD_VECTORS(A,B)
		type(VECTOR) ADD_VECTORS 
		type(VECTOR), intent(in)  :: A, B
		ADD_VECTORS%X = A%X +B%X
		ADD_VECTORS%Y = A%Y +B%Y
	end function ADD_VECTORS
end module VECTOR_ARITHMETIC

Описание производных типов следует в модулях сразу после заголовка. Тип VECTOR объявлен в соответствии с правилами объявления производных типов (п.3.7) и имеет в своей структуре два вещественных компонента – «X» и «Y» или, в геометрической интерпретации, координаты конца вектора.

Для создания операции сложения для элементов типа VECTOR нужно сделать две вещи – написать функцию, которая будет заниматься покомпонентным сложением, и связать ее с интерфейсом, виде знака плюс (если не нравится плюс – можно использовать обозначение любой встроенной операции Фортрана или последовательность букв, не длиннее 31, ограниченную точками – предположительно – .PLUS.).

Тип функции сложения (ADD_VECTORS – название произвольное) и возвращаемое ею значение, должно иметь должен быть таким же, как у слагаемых A и B – т.е. VECTOR.

Поскольку операция сложения бинарная, то входными параметрами функции с атрибутом INTENT(IN) объявлены два входных параметра: A и B.

При описании унарной операции потребуется только один входной параметр.

Функция ADD_VECTORS реализует операцию сложения на компонентном уровне: ADD_VECTORS%X = A%X +B%X и т.д., поскольку компоненты типа VECTOR являются вещественными и для них определена операция сложения вещественных чисел, а интерфейсный блок (INTERFACE ... END INTERFACE) связывает функцию ADD_VECTORS, являющуюся внутренней модульной процедурой с оператором «плюс».

Любой модуль должен располагаться в отдельном файле, название которого должно совпадать с названием модуля, а расширение зависит от компилятора – для компилятора Gfortran созданный модуль VECTOR_ARITHMETIC должен быть помещен в отдельный файл c именем «vector_arithmetic» и расширением «f95». Ограничений на имена программ и программных компонентов, использующих модули, не существует.

Пример 7.7. Использование модуля в программе.
program VECTOR_TEST
use  VECTOR_ARITHMETIC
type (VECTOR) :: A = VECTOR(1., 2.), B = VECTOR(3., 4.), C
C = A + B
print*, A; print*, B; print*, C
end
	

Чтобы использовать модуль в других программе и программных компонентах необходимо объявить об его использовании при помощи оператора USE (Пример 7.7). Подключив, таким образом, модуль VECTOR_ARITHMETIC можно объявлять переменные типа VECTOR, не описывая структуру типа и применять к переменным операции, определенные в модуле.

Два файла – с модулем и тестирующей программой необходимо правильно скомпилировать для получения запускаемой программы, для этого необходимо внимательно изучить специально посвященный этому п. 2.4 (§ 2).

В качестве упражнения и тренировки работы с модулями, полезно дополнить созданный модуль VECTOR_ARITHMETIC другими стандартными векторными операциями – такими, как скалярное и векторное произведение и т.д.

Цикл довузовской подготовки кафедры ЭФУ

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ: «ПРОГРАММИРОВАНИЕ НА ФОРТРАНЕ»

1. ПРАВИЛА ЗАПИСИ ПРОГРАММЫ

2. ТРАНСЛЯЦИЯ ПРОГРАММЫ

3. КОНЦЕПЦИЯ ДАННЫХ ЯЗЫКА ФОРТРАН

4. ВЫРАЖЕНИЯ И ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ТИПОВ

5. УПРАВЛЯЮЩИЕ ОПЕРАТОРЫ

6. ВВОД/ВЫВОД ДАННЫХ

7. ПРОГРАММНЫЕ КОМПОНЕНТЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ООП

7.4. Модули как библиотеки производных типов