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如何评价 Fortran 语言热度的回升?

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Fortran 的“老树发新芽”:为何这门古老的语言又一次受到关注?

说起 Fortran,很多人脑海里浮现的可能不是前沿科技,而是泛黄的教科书和那些写满代码的老旧电脑。作为第一批高级编程语言的代表,Fortran 在上世纪五六十年代风靡一时,尤其是在科学计算和工程领域。然而,随着 C、C++、Python 等新秀的崛起,Fortran 的身影逐渐淡出了人们的视野,似乎成了一门“过时”的语言。

但近些年,你可能会惊奇地发现,Fortran 并没有消失,反而有种“老树发新芽”的态势,在某些圈子里,它的热度似乎正在悄然回升。这究竟是怎么回事?是什么让这门“老古董”重新焕发了生机?

一、 积淀的力量:Fortran 的“祖传优势”依旧是硬道理

要理解 Fortran 热度回升的原因,首先得回到它诞生的初衷和它擅长的领域。Fortran,全称 Formula Translation,顾名思义,它的设计核心就是为了“翻译公式”,也就是高效地处理数学运算。经过几十年的发展和演进,Fortran 在以下几个方面积累了难以撼动的优势:

无与伦比的数值计算性能: 这是 Fortran 最核心、最不可替代的优势。Fortran 编译器在数值运算方面经过了长时间的优化,能够生成极其高效、快速的机器码。对于那些需要处理海量浮点数、进行复杂矩阵运算、求解偏微分方程等任务的科学和工程应用来说,Fortran 的运行速度往往比其他语言有着显著的优势。你很难找到一门语言能像 Fortran 一样,在保持代码可读性的同时,还能将性能发挥到极致。

丰富的科学计算库和成熟的生态系统: 这么多年来,无数的科研项目、工程计算都建立在 Fortran 的基础之上。这意味着存在着大量经过时间检验、高度优化的科学计算库,例如 BLAS(基础线性代数子程序)、LAPACK(线性代数程序包)、FFT(快速傅里叶变换)等等。这些库是许多先进算法和模型的基石。虽然其他语言也在努力构建自己的科学计算生态,但 Fortran 的库在成熟度、稳定性和性能上依然是金字塔尖的存在。

可靠性和稳定性: Fortran 的语法结构相对严谨,对数据类型的检查也比较严格,这在一定程度上减少了运行时错误的可能性。对于那些需要长时间运行、对结果可靠性要求极高的科学模拟和工程计算而言,Fortran 的这种稳定性显得尤为重要。一旦程序跑起来,你更愿意相信它是可靠的,而不是时刻担心它会在某个微妙的条件下崩溃。

向后兼容性: 这是一个非常重要的现实考量。许多重要的科学和工程软件,尤其是那些已经运行了数十年的大型项目,都是用 Fortran 编写的。比如,天气预报模型、核反应堆模拟、航空航天领域的计算流体动力学(CFD)软件等等。这些软件的维护和升级工作依然离不开 Fortran。更重要的是,Fortran 标准的向后兼容性做得很好,新版本的 Fortran(如 Fortran 90、95、2003、2008、2018)通常都能编译旧版本的 Fortran 代码,这大大降低了维护这些“古老”但又至关重要代码库的难度。

二、 新时代的召唤:Fortran 的“现代化改造”与新应用场景

说 Fortran 只是“吃老本”那就太小看它了。随着时代的发展,Fortran 本身也在不断进化,并且找到了一些新的“用武之地”:

Fortran 标准的现代化: 事实证明,Fortran 并没有停滞不前。从 Fortran 90 开始,语言引入了指针、动态内存分配、模块、数组赋值、用户定义类型(UDTs)等面向对象的特性,极大地增强了语言的表达能力和灵活性。后来的标准版本更是持续改进,增加了并行计算的支持(如 Coarray Fortran)、过程指针、新的内部过程等。这些更新使得 Fortran 能够更好地应对现代软件开发的挑战,不再是那个“写起来别扭”的古老语言。

高性能计算(HPC)领域的新宠: 随着大数据和人工智能的兴起,对计算能力的需求空前高涨。HPC 集群的出现和发展,为 Fortran 提供了新的舞台。在气象学、气候建模、天体物理学、核工程、材料科学、生命科学等许多需要大规模并行计算的领域,Fortran 仍然是许多核心计算模型的首选语言。研究人员和工程师们发现,用 Fortran 编写的模拟代码,在 HPC 集群上的表现往往要优于其他语言。

与现代语言的“混搭”: Fortran 的价值并非孤立存在。它常常与 Python、C/C++ 等语言进行“跨语言调用”。例如,你可以用 Python 来编写高层的数据分析、可视化和交互界面,然后调用用 Fortran 编写的高性能计算库来执行核心的数值计算。这种“优势互补”的模式,既能利用 Fortran 的计算速度,又能借助 Python 的易用性和丰富的生态系统,极大地提高了开发效率和应用性能。许多科研项目都会采用这种“混合编程”的方式。

特定领域的“硬核”应用: 除了传统的科学计算,Fortran 在一些新兴的、对计算性能要求极高的领域也开始崭露头角。例如,在一些金融建模、量化交易的某些计算密集型部分,或者在复杂的优化算法实现中,Fortran 的高效性能也得到了应用。

三、 为什么“热度回升”?解读这种现象背后的逻辑

那么,为什么我们会说 Fortran 的“热度回升”呢?这并非意味着 Fortran 像 Python 那样成为了人人皆知的“网红”语言,而是指在特定的科学计算和高性能计算社区中,Fortran 的关注度和活跃度在稳步提升。

1. 科研项目需求的驱动: 随着科学研究的不断深入,许多前沿问题越来越依赖于复杂的数值模拟和大规模计算。那些几十年前用 Fortran 建立起来的经典模型,在精度和效率上仍然具有很高的价值。同时,新的研究也催生了更多需要 Fortran 才能高效实现的算法。研究人员们发现,与其花费巨大的精力去将成熟的 Fortran 代码移植到其他语言,不如继续使用 Fortran,或者将其与现代语言结合使用。

2. 人才的代际传承与学习意愿: 尽管 Fortran 在主流编程教育中可能不是重点,但在许多大学的物理、化学、工程、数学等学科中,Fortran 仍然是必修或选修的课程。新一代的科学家和工程师在学习过程中,自然而然地接触和掌握了 Fortran。而且,由于 Fortran 在这些领域的重要性,学习 Fortran 的“动机”非常明确,是为了解决实际的科研问题,而不是为了追赶潮流。

3. 社区的活跃和推广: 像 NAG(Numerical Algorithms Group)这样的机构,一直在持续维护和推广 Fortran。Fortran 语言的标准化工作也在积极进行,新标准的发布意味着 Fortran 并没有被遗忘,而是有专门的组织在推动它的发展。一些知名的 Fortran 编译器(如 Intel Fortran Compiler, Gfortran)也在不断更新和优化,提供了更好的性能和更友好的开发体验。

4. 性能瓶颈的现实考量: 当其他语言在处理某些计算密集型任务时,遇到了性能瓶颈,开发者们自然会回头审视 Fortran。与其在不适合的语言上“硬撑”,不如回到 Fortran 这个“老朋友”那里寻求解决方案。

总结:

Fortran 的热度回升,不是一场“复兴”,而更像是一种“回归价值”和“适者生存”的体现。它并非要取代 Python 在 Web 开发领域的地位,也无意与 C++ 在游戏开发领域一较高下。Fortran 的“回春”,是在它最擅长的领域——科学计算、高性能计算和工程模拟——继续发挥着它不可替代的作用。

随着计算科学的不断发展,对计算性能的要求只会越来越高。Fortran,这门经历了几十年风雨的老语言,凭借其深厚的积淀、卓越的性能和持续的进化,依然在科学探索和工程实践中扮演着至关重要的角色。它就像一位经验丰富的工匠,在自己的领域里,用最可靠的工具,打造着最精密的作品。所以,当你在谈论编程语言的热度时,不妨也关注一下 Fortran,这个“老兵”的故事,远未结束。

网友意见

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Fortran是设计给专业领域软件开发人员使用的编程语言,特别是科学计算和工程计算,例如电力、化工等。复数(虚数)和矩阵运算,高性能Fortran编译器,例如Intel Fortran编译器生成代码的效率,少有出其右者。


Fortran是少有的语言级能直接支持复数类型的编译型语言,在电力系统等专业领域有相当优势,例如电力系统的潮流计算。电科院PSASP(Power System Analysis Software Package,电力系统分析软件包)早期版本,真正的计算部分几乎全部是Fortran开发,当时笔者使用的是PSASP 6.4,所用的Fortran编译器还是Compaq Visual Fortran 6.5,支持Fortran 77/90/95标准,可以与Visual C++ 6.0共用IDE。笔者当时还做过一些Fortran相关的电力系统软件开发,甚至可以用Compaq Visual Fortran 6.5开发Win32应用程序,包括控制台应用程序和图形用户界面(GUI)应用程序,Fortran同样可以调用Win32 API。


另外,Fortran 90以上的语言标准,对结构化程序设计的支持是相当好的,语法格式相对Fortran 77也灵活得多,真正熟练并不比C语言难用。

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