书籍摘要

《Modern Fortran: Building Efficient Parallel Applications》是一本专注于现代Fortran语言及其在高效并行应用开发中的应用的书籍。本书由经验丰富的气象学家和海洋学家Milan Curcic撰写，旨在帮助读者掌握Fortran语言的核心特性，并通过实际案例学习如何构建高效的并行计算程序。

作者简介

Milan Curcic是一位气象学家和海洋学家，目前在迈阿密大学从事海洋波浪和湍流的研究工作。自2006年起，他开始使用Fortran进行数值模型开发，并与美国海军和NASA团队合作，改进地球系统预测模型。此外，Milan还积极参与Fortran标准委员会的工作，致力于推动Fortran语言的发展和标准化。

第一部分：Fortran入门

本书的第一部分主要介绍了Fortran语言的基础知识，包括Fortran的特点、优势以及与其他语言（如Python）的比较。作者通过一个简单的海啸模拟器案例，引导读者逐步了解Fortran的基本语法、变量声明、数据类型、控制流以及简单的输入输出操作。这一部分适合Fortran初学者快速上手，并为后续章节的深入学习打下坚实基础。

第二部分：Fortran核心要素

在第二部分中，作者深入探讨了Fortran语言的核心要素，如函数和子程序的使用、模块的组织、数组操作以及输入输出的高级用法。通过将海啸模拟器逐步重构，读者可以学习到如何将复杂的程序分解为可重用的函数和模块，从而提高代码的可读性和可维护性。此外，作者还详细介绍了Fortran的数组特性，包括多维数组的声明、初始化以及整体数组运算，这些特性使得Fortran在处理大规模数值计算时表现出色。

第三部分：Fortran高级应用

本书的第三部分聚焦于Fortran的高级应用，特别是并行编程。作者首先介绍了Fortran的共数组（coarrays）特性，这是一种原生支持并行计算的语法结构，使得在Fortran中实现并行程序变得简单而直观。通过具体的天气浮标数据处理案例，读者可以学习到如何将数据分解到多个处理器上，并通过共数组进行数据交换和同步。此外，本书还涵盖了派生类型（derived types）的使用，这是一种类似于面向对象编程中的类的概念，允许用户定义复杂的数据结构，并为其绑定方法和操作。通过将海啸模拟器扩展到二维并行版本，读者可以深入理解如何利用派生类型和共数组构建高效的并行计算模型。

第四部分：Fortran的进一步探索

在第四部分中，作者进一步拓展了Fortran的应用范围，包括与C语言的互操作性以及高级并行特性（如团队、事件和集体操作）。通过介绍如何将Fortran程序与C库结合，读者可以了解到Fortran在系统编程、网络编程以及与现有C代码集成方面的强大能力。此外，作者还探讨了Fortran 2018标准中引入的高级并行特性，如团队并行、事件同步和集体通信操作，这些特性使得Fortran在大规模分布式计算环境中具有更高的效率和可扩展性。

适用人群

本书适合以下几类读者：

• Fortran初学者：希望通过实际案例快速掌握Fortran语言的读者。
• 有经验的Fortran程序员：希望了解Fortran语言的最新发展，特别是并行编程特性的读者。
• 科学计算和工程领域的专业人士：如气象学家、海洋学家、物理学家、数据分析师等，他们需要高效、可靠的数值计算工具来解决复杂问题。
• 高性能计算（HPC）系统管理员：需要了解Fortran在大规模并行计算中的应用，并将其集成到现有软件栈中的读者。

总结

《Modern Fortran: Building Efficient Parallel Applications》是一本全面、实用且富有前瞻性的Fortran编程书籍。通过丰富的案例和详细的讲解，作者不仅展示了Fortran语言在科学计算和工程领域的强大能力，还深入探讨了如何利用Fortran的并行特性构建高效、可扩展的计算模型。无论你是Fortran新手还是有经验的开发者，这本书都将是你学习和实践现代Fortran编程的宝贵资源。