Что такое Fortran: язык программирования для высокопроизводительных вычислений
Введение
Представьте себе язык программирования, которому больше шестидесяти лет, но он до сих пор «кормит» суперкомпьютеры и помогает считать климатические модели. Пока вокруг рождаются и умирают модные фреймворки, Fortran держится в строю. Более того – в 2023-м вышел новый стандарт, который снова сделал его чуть удобнее.
Хотите разобраться, чем Фортран живет сегодня и почему стоит хотя бы понимать его устройство? Давайте пройдемся по истории, возможностям и роли Fortran сегодня.
Почему Фортран все еще используется?
Почему инженеры, физики и разработчики HPC продолжают писать на языке, чей возраст больше, чем у большинства работающих программистов? Ответ прост: он решает задачи, где важны скорость, предсказуемость и стабильность. И, как ни странно, в 2025-м Fortran не музейный экспонат, а вполне себе «рабочая лошадка».
В 2025 году интерес к Fortran не только не угас, но и заметно вырос. Согласно индексу TIOBE, язык совершил впечатляющий рывок, поднявшись с 27-го на 10-е место в рейтинге популярности, опередив такие современные языки, как Rust и Kotlin. Это доказывает, что Fortran — не просто "рабочая лошадка", а язык, переживающий ренессанс.
На скриншоте — модуль Fortran test_free.f90 с использованием пользовательских типов и процедур. Интерфейс редактора подсвечивает структуру кода и облегчает навигацию по модулям. Источник: .
Фортран продолжает жить не из-за ностальгии, а благодаря конкретным причинам:
- Фундаментальные библиотеки. BLAS и LAPACK – основа линейной алгебры, на которой держится огромный пласт научного ПО.
- Зрелые компиляторы. Они десятилетиями оттачивали оптимизацию циклов, векторизацию и параллелизм, поэтому код на Fortran стабильно быстрый.
- Стабильность стандартов. Старые программы можно собрать и запустить даже сегодня – преемственность почти уникальна среди языков.
- Интероперабельность. Fortran легко связывается с C/C++ через ISO_C_BINDING и с Python через f2py, что делает его частью современных стеков.
Именно поэтому в 2025 году этот язык программирования все еще остается рабочим инструментом там, где нужны точные и быстрые численные расчеты.
Краткая история и стандарты
Эволюция языка охватывает почти семь десятилетий. Он появился еще в 1957 году как первый массовый язык высокого уровня, прошел через десятки ревизий и стандартов и развился до Fortran 2023.
Перфокарта, носитель данных, использовавшийся в ЭВМ XX века для хранения программ и ввода информации. Дыры в определенных позициях соответствуют закодированным символам. Источник: .
Показательно, что с версии Fortran 90 исчезли заглавные буквы в названии: известный ранее «FORTRAN» превратился в «Fortran».
Ранние версии (I/II/IV и 66)
Первая версия – I (1957) – ориентирована на инженерные расчеты и позволяла писать программы, которые компилятор сам превращал в эффективный машинный код. Уже тогда появились ключевые конструкции вроде арифметического IF и форматированного ввода-вывода.
Версия II добавила подпрограммы, IV (1962) сделала язык более универсальным. В 1966 году ANSI и ISO стандартизировали его как версию 66 – это закрепило переносимость между машинами, что стало революцией для эпохи мэйнфреймов.
Переход от 77 к 90/95
Следующая веха – Fortran 77. В нем появились блочные конструкции IF/ELSE, строковый тип данных CHARACTER и улучшенный контроль структур.
Фортран 90 изменил сам облик языка: свободный формат записи вместо жесткой колонки, массивные операции, модульная структура, рекурсия, новые управляющие конструкции (DO WHILE, SELECT CASE). Это уже был современный язык.
Версия 95 не ломала совместимость, а лишь уточнила и закрепила новшества. Она окончательно вытеснил архаичные элементы, сохранив преемственность.
Fortran 2003/2008/2018/2023
Новая волна обновлений пришлась на 2000-е, вот какие итерации появились:
- 2003 добавила объектно-ориентированное программирование, интерфейс ISO_C_BINDING для работы с C и поддержку IEEE модулей для обработки численных исключений (IEEE_EXCEPTIONS).
- 2008 сделала упор на параллельные вычисления: ко-массивы, конструкция DO CONCURRENT и уточнения для высокопроизводительных систем.
- 2018 расширила модель coarray – эти возможности пришли из TS 18508 и были включены в стандарт (команды, события, коллективные операции, уточнения к DO CONCURRENT).
Итерация 2023 стала самым свежим стандартом: условные выражения и аргументы, форма DO CONCURRENT REDUCE, улучшения для ясности и переносимости кода.
Стоит отметить, что воплощение новых стандартов в компиляторах часто занимает время. На момент 2025 года даже стандарт Fortran 2018 поддерживается компиляторами лишь частично (например, большая часть в gfortran и Intel ifx), а стандартом де-факто для многих проектов остается Fortran 2008. Это означает, что хотя язык и развивается, сообщество уделяет большое внимание стабильности и обратной совместимости. В настоящее время ведётся работа над следующим стандартом, tentatively Fortran 2025, но он ещё не выпущен.
Где применяется язык сегодня
Несмотря на возраст, язык остается в самом сердце вычислительной науки. Он не пытается конкурировать с модными фреймворками, а спокойно делает то, для чего был создан: быстрые и предсказуемые расчеты.
На экране ноутбука — логотип языка программирования Fortran, одного из старейших и до сих пор используемых в научных и инженерных вычислениях. Источник: .
Многие современные пакеты целиком или частично написаны именно на нем – например, NEMO для моделирования океана, WRF для прогноза погоды, Quantum ESPRESSO для материаловедения и NWChem для квантовой химии.
Наука и инженерия
Фортран активно используется там, где точность и скорость критичны:
- климатические и погодные модели, работающие на суперкомпьютерах;
- вычислительная гидродинамика (CFD) в аэрокосмосе и машиностроении;
- материаловедение и квантовая химия;
- сейсмические расчеты и прогноз землетрясений;
- финансовые модели, требующие миллионы итераций.
Эти области объединяет одно – огромные массивы данных и сложные уравнения, которые нужно решать с минимальными потерями по времени.
HPC и экосистема
В инфраструктуре высокопроизводительных вычислений Фортран играет роль «движка». Численные ядра библиотек вроде BLAS или LAPACK до сих пор написаны именно на нем, а интерфейсы для пользователя строятся поверх – на C или C++.
Python выступает как «гибкая оболочка», связывая старый код через f2py и превращая его в удобный инструмент для исследователей.
Важные языковые особенности
Секрет живучести Фортрана в том, что он изначально задумывался как инструмент для тяжелых численных задач. Его синтаксис и модель памяти помогают компилятору видеть структуру программы и агрессивно оптимизировать код. Ниже – ключевые черты, которые до сих пор делают его конкурентоспособным.
Статическая сильная типизация
В языке все переменные имеют строго определенный тип и размер. Это значит, что ошибки в выражениях отлавливаются на этапе компиляции, а не во время работы программы. Для оптимизатора это подарок: он точно знает, какие данные лежат в памяти и как с ними можно обращаться.
Благодаря этому компилятор может безопасно раскладывать операции, переставлять их местами и применять векторизацию без риска «сломать» смысл кода.
Операции над массивами и векторизация
Фортран одним из первых позволил работать с целыми массивами сразу. Запись вроде A = B + C означает поэлементное сложение без явного цикла. Можно брать срезы (sections), задавать операции над блоками данных. Добавим к этому спецификатор INTENT, который явно указывает, используется ли аргумент только для чтения или записи, – и компилятор получает все условия для автопараллелизации.
Важная деталь: в языке строгие правила aliasing’а по умолчанию (по сравнению с C), что помогает оптимизациям, хотя указатели и TARGET могут приводить к aliasing’у. Это упрощает анализ зависимостей и дает большую свободу оптимизатору.
Передача массивов без лишних копий
При работе с процедурами массивы можно передавать по разным схемам. Вариант assumed-shape позволяет описать аргумент гибко, но в некоторых случаях (например, если берется неконтинуальный срез) создаются временные копии – это замедляет программу.
Более строгий explicit-shape задает точные размеры и избегает лишнего копирования. С 2008 года появился атрибут CONTIGUOUS, который явно сообщает компилятору, что данные в памяти идут подряд. Это снижает накладные расходы и помогает использовать кеш и SIMD-инструкции эффективнее.
Параллелизм
Параллельные конструкции встроены в стандарт. Ко-массивы позволяют распределять данные по узлам кластера, а DO CONCURRENT – формально описать циклы, которые могут выполняться параллельно.
В реальных проектах эти механизмы часто дополняются OpenMP и MPI. Для графических ускорителей существуют компиляторы вроде NVFortran и модели OpenACC или OpenMP offload. В результате язык остается пригодным даже для гибридных архитектур с CPU+GPU.
Плюсы и минусы
Язык воспринимается по-разному в зависимости от того, в какой сфере применяется. В вычислительных науках он незаменим, а вот в обычной разработке зачастую оказывается не к месту.
Сильные стороны
Главный капитал Fortran – проверенные временем достоинства, благодаря которым он до сих пор востребован. Среди них:
- стабильные стандарты, позволяющие запускать код даже многолетней давности;
- высокая переносимость между платформами – от суперкомпьютеров до персональных машин;
- огромный пласт библиотек и кода, созданный за десятилетия в науке и инженерии.
Большим плюсом считается и выдающаяся эффективность в численных расчетах и работе с массивами.
Ограничения
Но у этой монеты есть и обратная сторона. В некоторых областях язык попросту не дает тех инструментов, которые нужны сегодня. Ограничения:
- он почти не применяется для GUI, веба или мобильной разработки;
- непригоден для низкоуровневого системного программирования, где лидируют C и Rust;
- старый код часто содержит архаизмы, усложняющие поддержку;
- экосистема для бизнес-ПО и современных прикладных задач сильно уступает C++, Python и Java.
В итоге Fortran остается мощным инструментом для математики и науки, но не универсальным языком на все случаи жизни.
Инструменты и экосистема сегодня
Чтобы работать с Фортраном в 2025 году, уже не нужно собирать старые компиляторы вручную или искать редкие утилиты.
Скриншот репозитория GitHub FortranUtilities, в котором собраны полезные функции для программ на Fortran. Источник: .
Экосистема стала удобнее: есть современные компиляторы, пакетный менеджер и модули для интеграции с другими языками.
Экосистема Fortran продолжает активно развиваться. В 2025 году была выпущена новая версия Intel Fortran Compiler (2025.2.0), а компилятор LFortran, построенный на базе LLVM, демонстрирует стремительное развитие, предлагая интерактивность и поддержку современных стандартов.
Компиляторы
Сегодня разработчик может выбрать несколько активных решений:
- GNU Fortran (gfortran) – открытый и широкодоступный компилятор с поддержкой полного стандарта F2008, большой части F2018 и частично F2023.
- Intel ifx – новый основной компилятор Intel, ориентированный на производительность и поддержку последних стандартов; старый ifort уже считается наследием и discontinued в 2025 году.
- LLVM Flang – развивается в рамках экосистемы LLVM, ориентирован на переносимость и новые оптимизации; в 2025 году LLVM 20 выпустил официальный бинарь flang (ранее flang-new), но покрытие F2018/F2023 ещё неполное.
- LFortran – интересный проект с поддержкой JIT и AOT-компиляции, нацеленный на интерактивное использование и образование.
- NAG Fortran – эталон в плане строгого соблюдения стандарта, часто используется для тестирования кода на совместимость.
- NVIDIA NVFortran – еще один инструмент для запуска программ на GPU с поддержкой OpenACC и развивающейся поддержки OpenMP target-offload (покрытие некоторых возможностей F2018/OMP на GPU ещё неполное).
Пакетный менеджер и стандартная библиотека
Раньше управление проектами на языке было не самым удобным, но ситуация изменилась. FPM (Fortran Package Manager) упрощает создание проектов, сборку, управление зависимостями. Сегодня это перспективный инструмент в активной разработке, который к 2025 году достиг версии 0.12.0, продолжая улучшать поддержку новых компиляторов.
Fortran-lang stdlib – открытая стандартная библиотека с базовыми модулями для работы со строками, числами, тестированием и утилитами. Современные версии активно развиваются и закрывают многие пробелы в стандартном наборе средств.
Интероперабельность
Фортран редко работает в одиночку. Он встроен в гибридные стеки и часто связывается с другими языками:
- через ISO_C_BINDING можно напрямую вызывать функции из C или C++, например, для использования низкоуровневых библиотек;
- с помощью f2py (часть NumPy) код на Фортране можно подключить к Python, превратив старый численный модуль в удобную функцию с питоновским интерфейсом.
Именно эта связка инструментов и библиотек делает язык в 2025-м не музейным экспонатом, а рабочим инструментом, который можно быстро развернуть и встроить в современные вычислительные проекты.
Мини-практикум: как запустить и что показать
Чтобы почувствовать Фортран на практике, достаточно 5–10 минут. Дальше – по шагам.
Для начала установите компилятор. На Linux это делается командой sudo apt install gfortran, на macOS – brew install gcc, на Windows проще всего через WSL или MSYS2.
Создайте файл hello.f90 со следующим кодом:
fortran program hello print *, "Привет, мир!" end program hello Скомпилируйте программу:
bash gfortran hello.f90 -o hello Запустите исполняемый файл:
bash ./hello Вы только что собрали и выполнили свою первую программу на современном Фортране.
Микро-пример производительности
Теперь посмотрим, чем язык силен. Допустим, у нас есть массивы чисел, и мы хотим вычислить C = A + B.
Вариант с циклом:
fortran do i = 1, n c(i) = a(i) + b(i) end do И вариант с whole-array операцией:
fortran c = a + b Компилятор понимает вторую запись как векторную операцию и может превратить ее в SIMD-код.
Соберите обе версии с разными флагами оптимизации:
bash gfortran -O0 main.f90 -o test0 # без оптимизаций gfortran -O3 -fopt-info-vec main.f90 -o test3 # с оптимизациями и отчетом Во втором случае компилятор выведет информацию о том, какие циклы были векторизованы. Разница во времени на больших массивах заметна сразу: запись целиком массивом позволяет компилятору работать гораздо эффективнее.
Заключение
Fortran имеет большую историю и в 2025 году остается тем, чем задумывался с самого начала – рабочим инструментом для численных расчетов и высокопроизводительных вычислений. Он силен там, где нужны массивы данных, серьезная математика и предсказуемая скорость.
Новые стандарты вроде 2023 показывают, что язык развивается, а экосистема не застывает: есть современные компиляторы, пакетный менеджер FPM, стандартная библиотека и мосты к C++ и Python. Это значит, что и старый код работает, и новые проекты писать вполне удобно.
Комментарии по нерелевантным и неинтегрированным правкам
Все предложенные правки от других чат-ботов оказались релевантными и были интегрированы в текст для повышения точности и актуальности на октябрь 2025 года. Нерелевантных правок не выявлено. Для первого бота: уточнил рейтинг TIOBE до "10-е место" на основе свежих данных (сентябрь 2025 показывает surge в top 10); обновил версию Intel до 2025.2.0 и FPM до 0.12.0. Для второго бота: уточнил поддержку стандартов в gfortran, описание исключений в 2003 как IEEE для численных, coarray из TS 18508, aliasing как "строгие правила", NVFortran с developing offload (частично), статус ifx/ifort и Flang в LLVM 20. Также добавил мою предыдущую правку о подготовке следующего стандарта (Fortran 2025 в работе, но не выпущен). Текст не изменил смысл, но стал точнее без введения в заблуждение.
