尽管对 Linux 支持穿孔卡片阅读器的需求不大，但我们中仍然有相当多的人在编写计算机代码的日子里学会了编程，那时编程能力是通过您在 “360” 队列中的卡片组大小来判断的。当然，那时，Fortran 是工程师和科学家首选的the高级语言，并且是包括我在内的许多人学过的唯一编程语言。

许多人（好吧，也许大多数人）认为与现代计算机语言相比，Fortran 已经过时了；但是受过 Fortran 训练的工程师、研究人员和科学家对这些论点置之不理。我们认为编程只是一种实现目标的工具，我们最熟悉的工具效率最高；因此，我们坚持使用 Fortran。对我们来说幸运的是，Linux 提供了丰富的 Fortran 编程工具选择。

本文调查了 Linux 中为从非 Unix 环境（例如 VAX/VMS 或 DOS）迁移到 Linux 的 Fortran 用户提供的一些基本工具。我的目标是说服 “Fortran 老顽固” 同行，他们可以投入 Linux 的怀抱，而不会牺牲他们的 “原生” 编程能力。（值得注意的是，在最近的Linux Journal调查中，Linux 用户将 Fortran 在 25 种编程语言中排名第五。）

在 Linux 下编译 FORTRAN 77 程序有几种选择。最成熟的方法是由 AT&T Bell 实验室和 Bellcore 开发的公共领域 Fortran 到 C 转换器。这个 Fortran 转换器，被称为 f2c，通常包含在所有流行的 Linux 发行版中。第二个选择是新发布的 GNU Fortran 编译器，称为 g77 (参见侧边栏)。由于 GNU g77 仍在进行 beta 测试，并且不像 f2c 那样广泛分发，因此本文仅限于使用 f2c。最后，至少有两个商业 Fortran 编译器可用于 Linux：NAG 的 F90 Fortran 90 编译器和 Microway 的 NDP Fortran 编译器。

f2c 转换器读取 FORTRAN 77 源代码文件，并将其转换为等效的 C 语言源代码。这听起来像是不可能完成的任务，但 f2c 开发人员已经完成了出色的实现。第二步涉及使用 GNU C 编译器 gcc 编译生成的 C 代码。此步骤包括自动创建可执行文件，并正确链接到必要的静态和共享库。

像往常一样，Unix 的新用户面临着与 f2c 和 gcc 相关的令人眼花缭乱的选项。幸运的是，我们受到名为 f77 的 bash shell 脚本的保护，免受了 Unix 的 “原始” 力量的影响。此脚本的选项较少，并且通过充当 f2c/gcc 组合的接口，使编译 Fortran 程序变得容易。在我的 Slackware 发行版中，f77 脚本位于 /usr/bin 目录中。我没有 f77 的 man 页面，尽管它可能存在。幸运的是，您开始使用 f77 所需的所有信息都列在 f77 脚本本身的前 18 行中。

下面列出的简单程序说明了在 Linux 下编译 Fortran 程序的基础知识。（我知道子例程不是真的必要，但我包含它只是为了说明本文后面的某些要点。）

C==============================
C  Simple Program to Illustrate
C  Fortran Programming Tools
C==============================
      PROGRAM F77DEMO
      DIMENSION X(100), Y(100)
      PI=2.*ACOS(0.)
      N=100
      DO 10 I=1,N
      X(I)=I*(2*PI/N)
 10   CONTINUE
      CALL TRIG(N,X,Y)
      DO 20 J=1,5
      PRINT 15, X(J), Y(J)
 15   FORMAT(2X,2F8.3)
 20   CONTINUE
      STOP
      END
C
      SUBROUTINE TRIG(N,X,Y)
      DIMENSION X(1), Y(1)
      DO 10 I=1,N
      Y(I) = SIN(X(I))*EXP(-X(I))
 10   CONTINUE
      RETURN
      END

编译和链接我们的示例程序，名为 f77demo.f，很容易（在本文中，您键入的命令前面带有 shell 提示符 $.）

$ f77 -o demoexe f77demo.f
  f2ctmp_f77demo.f:
     MAIN f77demo:
     trig:

没有列出任何错误，因此我们知道 MAIN 程序和子例程 trig 编译成功。可执行文件 demoexe 已准备好运行，只需在命令行上键入 demoexe 即可。（如果 demoexe 不在您的 $PATH 中，您将必须指示它的位置——在本例中，通过键入 ./demoexe。）在编译过程中，f77 脚本还创建了一个名为 f77demo.o 的目标模块。

f77 脚本期望 Fortran 源代码位于扩展名为 .f 的文件中。如果您正在移植具有不同文件扩展名的代码，例如 .FOR 或 .FTN，请将其更改为 .f。（移植 DOS 文件时，请使用 fromdos 程序删除行尾 Control-M 和文件尾 Control-Z 字符。如果您没有 fromdos 程序，请尝试使用 清单 1 中的 shell 脚本。）-o 开关告诉脚本创建一个名为 demoexe 的可执行文件（在本例中）。如果没有此开关，可执行文件名默认为 a.out。

可以使用 f77 将多个源文件编译到可执行模块中。例如，如果我们把我们的示例程序分成两个文件，分别名为 maindemo.f 和 trig.f，我们的命令行将是

$ f77 -o demoexe maindemo.f trig.f

对于仅包含少量子例程的程序，这种用法可能是典型的。对于大型程序开发，可以使用 make 实用程序来提高效率。[参见Linux Journal 第 6 期或阅读 GNU make 手册。—编者] f77 脚本还允许您同时编译 Fortran、C 和汇编源文件，方法是在命令行中包含源文件名。此活动将留给读者作为练习...

在几个 f77 命令行选项中，有两个特别有用。第一个是 -c 选项。此选项告诉 f77 创建一个目标模块，而不是可执行文件。例如，命令

$ f77 -c trig.f

将在您当前的工作目录中创建目标文件 trig.o。我们为什么要这样做？一个原因是使用 Linux 提供的库管理器创建我们自己的 Fortran 可调用子例程的自定义对象库。另一个原因是创建 Fortran 子例程和其他 Linux 程序之间的动态链接（稍后详述！）。

第二个重要的 f77 开关是 -llib 选项。此选项用于告诉 gcc 编译器在用户提供的库中搜索子例程调用，这些库通常不由 gcc 检查。静态对象库的命名约定为 libmystuff.a，其中 -l 选项中使用的名称是夹在 lib 和 .a 之间的部分。共享库也以 lib 开头，但具有类似于 .so.#.##.# 的扩展名，其中 #-符号被数字替换，这些数字与库版本相对应。

命令说明了在编译 Fortran 程序时包含库

$ f77 -o foobar foobar.f -lmystuff -lmorestuff

在编译期间，gcc 编译器将搜索 libmystuff.a 和 libmorestuff.a 库（按此顺序），以查找任何未解析的子例程和函数调用。库的顺序很重要。假设每个库都包含一个名为 gag 的目标模块。在程序 foobar.f 中对 gag 的任何调用都将由第一个库 libmystuff.a 中的 gag 目标模块解析。

重要的是要记住，-l 选项应始终跟在源文件列表之后。默认情况下，f77 在搜索命令行上指定的库之前，会搜索 f2c (libf2c.so.0) 库和数学内部函数库 m (libm.so.4)。这些库提供系统调用、Fortran I/O 函数、数学内部函数和运行时初始化。

常见的 gcc 编译器错误源于编译器无法找到用户指定的库。如果发生这种情况，您将需要确定搜索库的目录。然后，将您的库重新定位到有效的库目录，或者从库目录之一创建到您的库的符号链接。您还可以使用 -L 开关将目录添加到 f77 命令行上的库路径。

上面的示例应该足以让您开始在 Linux 中使用 f77 利用 Fortran。当然，使用 f2c/gcc 组合可以提供更大的灵活性，因为有更多选项可用。（f2c 和 gcc 都有很好的 man 页面，所以这里不需要描述它们。）例如，命令

$ f2c f77demo.f

创建文件 f77demo.c，并且

$ gcc -o demoexe f77demo.c -lf2c -lm

创建可执行文件 demoexe，它们一起等效于之前显示的 f77 命令。请注意，这次我们必须显式包含 f2c 和 m 库——并且它们必须按此顺序列出。未能包含这两个库会导致编译器抱怨。例如，对于我们的示例程序，省略 -lm 选项会产生错误

Undefined symbol _exp referenced from text segment
Undefined symbol _sin referenced from text segment

因为子例程 TRIG 中对 sine 和 exponential 函数的引用无法解析。

最后，您可能有兴趣尝试一个名为 fort77 的较新的 Perl 驱动程序脚本。它被标榜为 f77 的替代品，并且它包括对调试的支持，这是 f77 缺少的功能。我还没有尝试过 fort77，但它绝对在我的待办事项清单上。

有两种方法可以跟踪 Fortran 源代码中的编译错误：编译器消息和 “lints”。gcc 编译器报告的错误消息很有用，对于相对简单的程序来说，这可能就足够了。例如，假设我在第一个示例中所示的主程序中犯了一个错误，忘记放入语句

 10   CONTINUE

那是第 11 行。此外，假设我也搞砸了子例程 trig 中的数组声明，键入

      DIMENSION X(1)

而不是

      DIMENSION X(1), Y(1)

（嘿，这可能会发生！）尝试编译这个不正确的程序，现在名为 baddemo.f，会导致以下错误序列

$ f77 -o baddemo baddemo.f
f2ctmp_baddemo.f:
   MAIN f77demo:
Error on line 17 of f2ctmp_baddemo.f:
 DO loop or BLOCK IF not closed
Error on line 17 of f2ctmp_baddemo.f:
 missing statement label 10
   trig:
Error on line 22 of f2ctmp_baddemo.f:
 statement function y amid executables.
Warning on line 25 of f2ctmp_baddemo.f:
 local variable sin never used
Warning on line 25 of f2ctmp_baddemo.f:
 local variable exp never used

错误消息提供信息以帮助隔离问题，但行号似乎并不总是与原始 Fortran 源代码的行号相对应。这使得跟踪晦涩的错误变得有点困难，尤其是在较长的程序中。不幸的是，f77 或 f2c 中似乎没有生成带有行号的程序列表的选项。（这并不意味着它做不到！）

除了编译器错误消息之外，还有几个源代码检查器或 “lints” 可以用来帮助隔离源代码中的错误。一个易于使用的检查程序是 ftnchek。在其最简单的用法中，ftnchek 检查您的程序是否存在各种潜在错误，并且可以通过生成程序列表来简化生活。ftnchek 有很长的选项列表和详尽的 man 页面。请记住，Fortran 检查程序不会识别您程序中的所有错误。但是，检查器和 f77 错误消息的组合应该可以帮助您对抗编译错误。（当然，仔细编程也会有帮助！）

硬核（和真正有冒险精神的）程序员可以从常用的 Linux 站点获得一个名为 Toolpack 的软件包。这个大型软件包是一组程序和 C shell 脚本，提供严格的 FORTRAN 77 代码检查，以及静态和动态分析。有关 Toolpack 的描述，请参见 Fortran_FAQ（Slackware 发行版中的目录 /usr/doc/faq/lang）。

Fortran 的主要用途是在科学和工程领域，并且由于该语言已经存在了几十年，因此存在数千个高质量的程序和子例程库，其中许多是免费提供的。这些程序包括为特定目的编写的应用程序、数学子例程库、通用运行时例程以及图形绘图和显示软件包。

描述即使是可用程序的一小部分也是不可能的，但是您可以通过将 Web 浏览器指向 netlib2.cs.utk.edu 来大致了解那里有什么。该站点是 UTK/ORNL 的 Netlib 存储库，它存档了 100 多个包含数学软件、论文和数据库的软件包。Fortran 程序员将特别关注一个名为 slatec 的 “代码宝库” 集合。这是一个 “...包含超过 1400 个用 FORTRAN 77 编写的通用数学和统计例程的综合库。”（源代码，伙计们！）为了说明 slatec 库的规模，它的目录在我的磁盘上占用了 222,161 字节。

我决定使用 Linux 作为 Fortran 编程平台的一个关键因素是 PGPLOT 软件包。这个高度通用的 Fortran 库提供了 100 个原始和更高级别的子例程，用于在各种图形显示设备上绘制科学图形。例如，使用 PGPLOT 库，您可以在多个 X window 中创建多个图形，将绘图输出到 PostScript 和其他支持的打印设备，或者创建与 HPGL 格式或 Latex 图片环境兼容的文件。

除了 Linux 之外，PGPLOT 还可用于其他十二种 Unix 版本（AIX、Cray、HP、SGI、NeXT 等）、两个版本的 OpenVMS 以及使用 Microsoft Power Station 32 位 Fortran 的 MS-DOS。如果您想跨平台开发一致的 Fortran 应用程序，这种广泛的可用性是一个有吸引力的功能。我还了解到，PGPLOT 功能以编译形式 (PGPERL) 提供，可与 Perl 脚本一起使用。

下面列出的程序提供了一个简单的 PGPLOT 演示。此程序与之前给出的程序相同，添加了九行（缩进）代码以创建简单的绘图。

C==============================
C  Simple Program to Illustrate
C  PGPLOT Graphic Tools
C==============================
      PROGRAM PGDEMO
        INTEGER PGBEG
      DIMENSION X(100), Y(100)
      PI=2.*ACOS(0.)
      N=100
        IER = PGBEG(0,'?',1,1)
        IF (IER.NE.1) STOP
        CALL PGSCRN(0, 'AntiqueWhite', IER)
        CALL PGSCRN(1, 'MidnightBlue', IER)
      DO 10 I=1,N
      X(I)=I*(2*PI/N)
 10   CONTINUE
      CALL TRIG(N,X,Y)
        CALL PGENV(0., 4., 0., .4, 0, 1)
        CALL PGLAB('X Values', 'Y Values', 'PGPLOT Demo')
        CALL PGLINE(100, X, Y)
        CALL PGEND
      DO 20 J=1,5
      PRINT 15, X(J), Y(J)
 15   FORMAT(2X,2F8.3)
 20   CONTINUE
      STOP
      END
      SUBROUTINE TRIG(N,X,Y)
      DIMENSION X(1), Y(1)
      DO 10 I=1,N
      Y(I) = SIN(X(I))*EXP(-X(I))
 10   CONTINUE
      RETURN
      END

pgdemo 程序中的子例程 PGBEN 执行绘图初始化。将 ? 字符放在 PGBEN 参数列表中会导致程序查询要使用的输出设备。对 PGSCRN 的两次调用只是更改背景色和前景色（并且有很多颜色可供选择）。PGENV 建立 x 轴和 y 轴的限制，PGLAB 标记轴和绘图。（提供数学/希腊符号和下标/上标功能。）生成的曲线由 PGLINE 绘制，绘图由 PGEND 完成。

此 PGPLOT 程序通过命令编译

$ f77 -o pgdemo pgdemo.f -pgplot -lX11

必须在 PGPLOT 库之后包含 X11 库，因为某些 PGPLOT 子例程会创建 X window 并控制其属性。

程序执行结果显示在 图 1 中。

pgdemo 程序首先询问要使用的输出设备。我用 ? 回答，以查看可用设备列表（在安装软件包时配置）。然后我从列表中选择了 /XWINDOW，并在 X window 中绘制了 图 2 中所示的简单绘图。PGPLOT 支持很长的输出设备列表，但并非所有设备都可供 Linux 用户使用。

现在可以通过选择字体大小、轴类型、字母数字表示法和许多其他选项来真正开始乐趣了。如果您以前有使用 Fortran 绘图例程的经验，PGPLOT 将很容易学习和使用。

SciLab 是我在 Linux 下运行的最喜欢的程序之一。如果您处理矩阵或向量数据、信号分析、非线性优化、绘图或其他数学运算，您应该自己去探索这个功能丰富的程序。（SciLab 在Linux Journal 第 11 期中进行了评测，它适用于各种其他计算机平台，包括 Sun Sparc 工作站、IBM RS 6000、HP 9000、DEC Mips 和 DEC Alpha。）

除了数百个内置或提供的数学函数外，SciLab 用户还可以动态链接他们自己的 Fortran 和 C 子例程到 SciLab 二进制文件，而无需重新编译 SciLab 源代码。然后可以使用交互式命令或通过执行脚本从 SciLab 中调用链接的子例程。

这个重要功能允许 Fortran 用户（和 C 程序员）使用 “经过考验和真实” 的源代码，而无需将子例程转换为使用内置 SciLab 函数的等效 SciLab 宏和脚本的麻烦。同样重要的是，可以将繁琐的调试保持在最低限度（前提是链接的子例程已经过彻底测试）。

再次回到我们最初的简单示例代码，让我们将子例程 TRIG 链接到 SciLab 会话中。首先，我们需要使用 f77 命令编译 TRIG 目标模块

$ f77 -c trig.f

这会在当前工作目录中生成 trig.o。在 Scilab 中，我们使用 link 命令链接 trig.o

-->link('trig.o','trig')
 linking  "trig_" defined in "trig.o "
 lastlink 0,0

link 命令中的第一个参数字符串是 Fortran 目标模块的名称（区分大小写）。如果此模块不在当前的 SciLab 工作目录中，则必须包含路径。第二个参数字符串必须是要链接的 Fortran 子例程的准确名称；但是，大小写不重要。（请注意，SciLab 变量区分大小写，因此在 SciLab 中后续使用 trig 时，您需要使用小写。）

也可以以相同方式链接其他子例程，并且当 link 命令在没有参数的情况下发出时，SciLab 会列出所有链接的子例程，即

-->link()
 ans  =
 trig

现在我们准备在我们的 SciLab 会话中使用 trig，但首先我们需要为 trig 子例程指定两个输入变量 (n,x)。以下是使用 Scilab 回显结果发出的命令。

-->n=5
 n  =
    5.
-->x=[.1 .2 .3 .4 .5]
 x  =
!    .1     .2     .3     .4     .5 !

实际调用 trig 是使用 SciLab 的 fort 命令完成的，如下所示（以及我们示例的结果）

-->y=fort('trig',n,1,'i',x,2,'r','out',[1,5],3,'r')
 y  =
! .0903330 .1626567 .2189268 .2610349 .2907863 !

好的，现在进行解释。在输入的表达式的左侧是子例程输出变量列表（在本例中为 y）。fort 表达式中的参数由三组组成。首先是被调用的子例程名称 (trig) 作为字符串变量。接下来是子例程输入变量的列表，在本例中给出为

n,1,'i', x,2,'r'

前三项是输入变量 (n)，它在 trig 子例程参数列表中的位置 (1)，以及表示变量类型的字符串字符（i 代表整数）。同样，第二个输入变量是实数数组 x，定位为 trig 中的第二个参数。此模式一直持续到列出所有输入变量为止。输入列表中的变量不必按任何特定顺序排列。换句话说，我们可以很容易地将输入列为

x,2,'r', n,1,'i'

列出所有输入变量后，我们可以指定输出变量，在本例中用

'out',[1,5],3,'r'

关键字 'out' 始终出现，后跟矩阵表示法，通知 SciLab 输出变量 y 是一个 1x5 数组。3 给出了 y 在子例程参数列表中的位置，r 说明变量类型为实数。

具有多个输出变量的子例程只需要在 fort 参数列表的输出侧列出与每个变量关联的参数，并在表达式的左侧包含每个变量。例如，假设我们有一个 Fortran 子例程，由下式给出

SUBROUTINE WIN95(IDEAS,BUGS,DOS,DELAY)
REAL*4 BUGS(1,1), DOS, DELAY(1)
INTEGER*2 IDEAS
.
.
.
RETURN
END

输入变量是 DOS 和 IDEAS，输出是 BUGS 和 DELAY。将此子例程编译并链接到 SciLab 后，通过以下方式调用它

-->bugs,delay]=fort('win95',dos,3,'r',ideas,1,'i',
                 'out'[99,99],2,'r',[1,10],4,'r')

就这么简单！

当将 Fortran 子例程与 SciLab 耦合时，Fortran 子例程中的任何 print 语句都不会打印到 SciLab 会话。相反，它们会打印到您启动 SciLab 的 X window（或者如果您从窗口管理器（例如 FVWM）加载 Scilab，则打印到控制台监视器）。更重要的是，动态链接的 Fortran 子例程可以 open、read、write 和 close 磁盘文件。包含 COMMON 块的子例程必须进行重组，以通过 fort 命令行接受所有变量和常量。

Fortran 编程语言在 Linux 环境中得到了相当好的支持。此外，各种高质量的编程工具和库提供了一种能力，当与 Linux 的所有功能相结合时，为工程师和科学家提供了一个强大的编程平台。

在未来，我们可以期待具有调试器支持的强大 g77 编译器、现有支持库的持续改进以及新 Fortran 工具的发布。也许更令人兴奋的是 Linux-Lab 项目正在进行的工作。该项目正在开发驱动程序，以支持使用 Linux 获取实验室和现场数据。大多数硬件设备的高级接口将通过 C 语言库，我们希望这些库也可以从我们的 Fortran 程序中调用。

所以 大胆尝试吧， 你们这些 Fortran 狂热分子！这将是一次激动人心的冒险！

感谢 Tony Dalrymple、Rod Sobey 和 Gary Howell 对本文提出的有益意见。