Вычисления и графика на Intel Visual Fortran в среде Visual studio Текст учебное пособие по дисц. «Компьютерная графика» для студ. направ. 230400 ... Университет машиностроения (МАМИ), каф. «Информационные системы и дистанционные технологии»

152 Pages·02.803 MB·Russian

by  МАМИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования

Московский государственный машиностроительный университет
(МАМИ)
В.И.Калядин
ВЫЧИСЛЕНИЯ И ГРАФИКА
НА INTEL VISUAL FORTRAN В СРЕДЕ VISUAL STUDIO

Учебное пособие по дисциплине
«Компьютерная графика» для студентов направления
230400 –Информационные системы и технологии

Одобрено методической комиссией по естественнонаучным и
математическим дисциплинам

МОСКВА - 2015
УДК 681.3.06
Разработано в соответствии с Федеральным государственным
образовательным стандартом ВПО третьего поколения для направ-
ления Информационные системы и технологии на основе рабочей
программы дисциплины «Компьютерная графика»
Рецензенты: генеральный директор «Института информационного
технологий», д.т.н., профессор В.И. Зубков;
доцент кафедры «Автоматика и процессы управления»
Московского государственного машиностроительного
университета, к.ф.-м.н., доцент Т.Т.Идиатулов.

Калядин В.И. Вычисления и графика на Intel Visual Fortran в среде
Visual Studio. Учебное пособие по дисциплине «Компьютерная гра-
фика» для студентов направления 230400 – Информационные систе-
мы и технологии. М.: Университет машиностроения, 2015, 152с.:
илл.

Пособие поможет в изучении программирования расчѐтов и графи-
ческого вывода на языке программирования Фортран стандарта 95,
составляющего основу современного Фортрана. Материал излагается
по темам, оформлен в виде кратких теоретических сведений, практи-
ческих заданий и ориентирован на получение практических навыков
программирования с использованием компилятора Intel Visual Fortran
в среде разработки Microsoft Visual Studio.

©Калядин В.И. ,2015
©Московский государственный технический университет
«МАМИ»,2015
2
СОДЕРЖАНИЕ

Введение (o Фортране и среде разработки VS8)……………...…….4
1. Основные понятия и конструкции языка. Программирование расчѐ-
тов по формулам. .………………………………………………………9
2. Ввод-вывод …………………………….……………...…………….24
3. Условные операторы. Программирование ветвлений. Логические
выражения……...…….…………………………………………………41
4. Программирование циклов ………………………………………...59
5. Составные объекты. Одномерные массивы……..…..…….……….72
6. Обработка двумерных массивов.……………………………………91
7. Подпрограммы и модули Фортрна………………………………...105
8. Графический вывод на Фортрне……………………………….......123

Приложение А. Подпрограммы вспомогательного модуля
работы с графикой…….……………………………………………….140
Приложение Б. Вывод на экран русских букв…….……………..…149
Приложение В. Подключение к проектам дополнительных
библиотек……...………………….……………………………………150
Список литературы…………………………………………………..151

3
ВВЕДЕНИЕ (О ФОРТРАНЕ И СРЕДЕ РАЗРАБОТКИ VS8)
Язык Фортран (FORmula TRANslator – переводчик формул) был
и остаѐтся в настоящее время основным языком для программирова-
ния инженерных и научных расчѐтов. Фортран развивается и совер-
шенствуется в соответствии со стандартами языка (Фортран 90, 95,
2000, 2003), учитывающими современные тенденции программиро-
вания и развитие аппаратных средств. Появляются программные
средства функционирования Фортрана на платформе .Net Framework.
что расширяет возможности межязыкового взаимодейтвия, и сильные
стороны Фортрана можно будет объединять с возможностями других
программных средств, разработанных для платформы .Net. Это от-
кроет для современного Фортрана новые возможности применения.
Для описания синтаксиса Фортрана в настоящем пособии приня-
ты такие обозначения:
~ – это значит, обозначает, например, цифра ~ 1 | 2 | … | 9 | 0 , где:
| – или, … – и так далее (повторение). [конструкция] – необяза-
тельная конструкция, еѐ можно опустить; {p1 | p2} – альтернатива,
обязательный выбор одного из p1 и p2. [{p1 | p2}] – необязательный
выбор из p1и p2, если ничего не выбрано, будет действовать p1, при-
нимаемое (подчѐркнуто) по умолчанию.
В пособии для практического освоения языка программирования
Фортран использован компилятор Intel Visual Fortran (IVF 11.1) и
среда разработки Microsoft Visual Studio 2008 (MVS8 или VS8).
Для вызова среды разработки MVS8 следует использовать пикто-
грамму на рабочем столе Windows или последовательность ко-
манд: «Пуск – Программы – Microsoft Visual Studio 2008». Начальная
страница VS8 показана на рис. 1.

Рис. 1 - Начальная страница VS8
4
После этого можно приступить к созданию нового проекта или от-
крыть ранее созданный проект). Конкретная разработка (и связанные
с ней файлы), выполняемая в среде VS8, рассматривается как проект
(или решение – контейнер с несколькими проектами).
1. Создание нового проекта. Для создания нового проекта следует
выбрать в меню Файл-Создать-Проект (или нажать Ctrl+Shift+N). На
вызванной таким образом панели «Создать проект» (см. рисунок 2)
слева выбирается язык (в данном случае Intel® Visual Fortran) и тип
пректа. После выбора типа проекта в окне справа следует указать
один из шаблонов, появившихся в этом окне.
Здесь будут рассмотрены типы проектов:
 Console Application – консольного приложения – приложение с
одним консольным окном без графики (для тем 1,2), как шаблон
можно использовать Empty Project.
 QuickWin Application проект с окнами Windows; одному окну с
графикой соответствут шаблон Standard Graphics Application
(стандартной графики – для тем с 3 по 9), в случае многооконно-
го приложения использут шаблон QuickWin Application.

Рис. 2 - Панель создания проекта
В нижней части панели создания проекта следует задать
имя_проекта, набить или выбрать папку расположения проекта; в
случае создания решения предусмотрено отметка для создание до-
полнительная папки. После указания имени проекта и его расположе-
5
ния по OK создаѐтся связанные с проектом файлы, в частности файл
имя_проекта.sin .
2. Создание файла с текстом программы. Для включения нового
файла в проект следует выбрать в меню Проект-Добавить новый
элемент (или Ctrl+Shift+A), указать на панели «Создание нового эле-
мента» тип (шаблон) файла – Fortran Free-Form File (.f90), задать в
нижней части панели имя_файла.f90 (например, V_Konus.f90 – имя
программы темы 1) нажать световую кнопку Добавить. В окне кода
программы следует ввести исходный текст программы и перейти к
пункту 4. При необходимости прервать ввод, следует сохранить про-
грамму, нажав или выполнив цепочку Файл-Сохранить всѐ, и вый-
ти из VS8. Обычный вид среды разработки VS с кодом программы
представлен на рисунке 3.
3. Создание файла с данными. Для ввода данных из файла, необхо-

Рис. 3 - вид среды разработки VS с кодом программы

димо до выполнения программы создать файл с данными. В имя фай-
ла рекомендуется включить номер работы, символы «dat» и исполь-
зовать расширение «.txt», например, составить имя LR2dat.txt. Для
создания файла следует выполнить цепочку команд Проект-
Добавить новый элемент (или Ctrl+Shift+A), затем Необходимо вы-
брать тип «Text File (.txt)» создаваемого файла, задать в окне «Имя»
имя файла (с расширением, если оно отличается от «.txt»). Следует
убедиться, что установлен флажок «Add to project» - добавить в про-
ект (с указанным в окне именем), а в окне Location показано имя пап-
6
ки требуемого проекта. Затем следует нажать кнопку Добавить, в ос-
новном окне откроется созданный файл, и в нѐм задать в требуемом
виде данные, потом файл надо сохранить, нажав световую кнопку
или выполнив команду Сохранить меню Файл.
Перейти от одного окна с файлом к другому можно выбирая за-
кладки файлов или указывая файлы в окне обозревателя решений.
4. Компиляция и компоновка программы.
Для создания файла с выполняемым кодом программы необходимо
компилировать (транслировать) исходный текст и скомпоновать (со-
брать, построить) программу. Трансляция программы запускается че-
рез позицию Компилировать (Ctrl+F7) меню Построение, либо кноп-
кой панели инстрементов. При трансляции осуществляется про-
верка синтаксиса (правописания) исходного текста и, если не обна-
ружено серьезных ошибок, создаѐтся соответствующий объектный
(машинный) код. Сборка программы запускается кнопкой или из
меню Построение (позиция Построить решение или F7). При сборке
к объектному коду включѐнных в проект файлов добавляются коды
процедур ввода-вывода, коды подпрограмм из математической биб-
лиотеки и т.п. Не возможна сборка их двух главных программ –
файл с одной из них надо вычеркнуть из списка файлов проекта (вы-
делить имя файла в окне обозревателя решений и нажать Удалить в
контексном меню, если далее выбрать Исключить, то сам файл при
этом не удаляется – он доступен из меню Проект-Добавить сущест-
вующий элемент. После сборки программа имя_проекта.exe записы-
вается в папку Debug (созданную для принятой по умолчанию конфи-
гурации Debug - отладка). Сообщения об ошибках трансляции и
сборки выводится в окно сообщений. Нажав клавишу F4, можно от-
метить в исходном тексте строку с ошибкой.
5. Выполнение программы.
Для запуска программы на счет можно использовать кнопки (За-
пуск с отладкой – F5) или (Запуск с отладкой – Ctrl+F5), либо со-
ответствующие позиции меню Отладка. Команда F5 запускает зада-
чу в режиме отладки, что позволяет программисту проследить про-
цесс выполнения программы. Команда Ctrl+F5 не позволяет вмеши-
ваться в процесс выполнения.
Полученный результат необходимо записать в отчет. Если результат
программы выводится в файл, то его целесообразно добавить в про-
ект. Для этого из меню Проект следует Добавить существующий
7
элемент. Затем правее поля ввода для «Имя файлов:» отметить «Все
файлы» и выбрать из списка нужный файл.
Задаваемое в программе имя файла с результатом расчета должно
включать номер работы, буквы «res» и расширение «.txt», например
LR3res.txt.
6. Завершение сеанса и возобновление работы над проектом.
Для завершения сеанса работы выполняется цепочка команд Файл-
Закрыть решение, и закрываются (с подтверждением) все докумен-
ты проекта. Для возобновления работы над ранее созданным проек-
том необходимо войти в среду разработки VS8 и выполнить сле-
дующее:
- в меню Файл выбрать позицию Открыть-Решение или проект и в
стандартном окне Windows «Открыть» перейти в папку с именем
проекта;
- в папке с существующим проектом должен находиться файл рабо-
чего пространства с расширением .sin, его надо открыть;
- на экран выводится текст файла, использованный в последнем сеан-
се работы, можно отредактировать входящие в проект файлы и за-
пустить программу на выполнение.
7. Выполнение программы в режиме отладки. Поиск семантиче-
ских (смысловых) ошибок удобно выполнять, запуская программу в
отладочном режиме. Перед таким запуском следует отметить в про-
грамме точки останова, кликнув мышью слева у строки останова или
пометив (нажав клавишу F9) строку с курсором. По F5 программа
выполняется до помеченной точки останова или до конца. В точке ос-
танова можно узнать текущие значения переменных, наводя курсор
на соответствующие переменные или просматривая их значения в
окнах отладки Local и Watch. Продолжить выполнение программы
можно: по шагам, нажимая F10 (или F11 – шагать и в подпрограммы);
до следующей помеченной точки останова, нажав F5. Чтобы прервать
выполнения программы в режиме отладки следует нажать клавиши
Shift+F5. Для управления процессом отладки можно использовать
пункт меню Отладка, который в отладочном режиме пополняется
командами отладки.

8
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И КОНСТРУКЦИИ ЯЗЫКА.
ПРОГРАММИРОВАНИЕ РАСЧЁТОВ ПО ФОРМУЛАМ.
1. Краткие теоретические сведения
Программа на Фортране
Программа на Фортране представляет собой последовательность
инструкций (операторов) – команд языка для записи алгоритма
поставленной задачи, и комментариев для пояснения смысла про-
граммы.
Основные символы языка Фортран (образующие его алфавит):
- строчные и прописные (воспринимаемые языком одинаково) ла-
тинские буквы (A,B,...,Z);
- цифры (0,1,...,9);
- символ пробел и специальные символы: = + -*/ () $ >',": ! ;<? &_.
Цифры входят в обозначения числовых констант; из букв со-
ставляют ключевые слова языка, определяющие названия операторов
и их параметров; буквами с цифрами обозначают имена переменных
и функций. Специальные символы используют как знаки операций,
разделители и в ином смысле. Строчные и прописные русские бук-
вы (А, Б,...,Я) можно использовать для записи комментариев и, за-
ключая в апострофы или кавычки, как символьные константы. Обо
всѐм этом речь пойдѐт далее.
Программу на IVF можно записать в свободном формате (файлы
Free-form с расширением .f90) или в традиционном для Фортрана
фиксированном формате (файлы Fixed-form с расширениями .for).
Далее программы будут записываться в свободном формате (см. при-
меры далее). В нѐм инструкции (операторы) начинаются в любой по-
зиции, а отделяют друг от друга символом «;» . Для продолжения на
следующую строку за незаконченным оператором надо ставить знак
переноса &. Комментарии начинаются символом «!» и не имеют пе-
реносов.
Поясненим назначение некоторых ключевых слов (названий опе-
раторов) в приведѐнной далее программе:
Program – начинает программу и содержит еѐ имя (Volume),
Stop – остановка работы программы,
End – конец программного блока,
Write – оператор вывода данных (в примере - в файл "fort.2"),
9
Format – оператор определяющий форму вводимых по оператору
ввода данных Read или вывода данных по оператору Write.
Пример 1.1. Программа на Фортране для вычисления объема (V) ко-
нуса, с радиусом основания R=3 см и высотой H=5 см.
Program Volume ! Запись программы в свободном формате
! Программа вычисления объѐма конуса
R = 3.0; H = 5.0
V = H/3.*3.141593*R*R
Write(2,10) V
10 Format(5X, 'ОБЪЕМ КОНУСА = ', &
E14.7) ! строка продолжения
Stop "Finish program Volume"
End

Оператор форматного вывода Write здесь ссылается меткой 10 на
оператор Format. Метка оператора – натуральное число от 1 до
99999, которым можно пометить любой оператор, не являющийся
частью составного оператора. Для большинства операторов метки не-
обязательны, и здесь форматная запись, указанная в скобках, может
быть поставлена в кавычках вместо метки 10 в оператор Write (об
этом см. в разделе «Ввод-вывод»). Оператор Stop здесь перед завер-
шением работы выводит на экран текст, заданный внутри кавычек;
как текст, так и этот оператор в данной программе можно опустить.
Имена и типы данных
Имена переменных, функций и других объектов языка включают
латинские буквы, цифры и знак подчѐркивания. Имя обязательно
должно начинаться с буквы и не должно содержать более 31 символа.
Примеры имѐн (отделѐнных друг от друга запятыми):
H, Volume, x0, V_konus, R1, Alpha, OMEGA
Данные в зависимости от их свойств, области значений и опера-
ций с ними подразделяются на типы. Фортран работает с пятью
встроенными типами данных. Их задают ключевыми словами:
Integer – объявляет тип объекта числовым целым,
Real – объявляет тип объекта числовым вещественным,
Complex – объявляет тип объекта числовым комплексным,
10