Fortran-файлы типа Unformatted

Fortran-файлы типа Unformatted

Файлы типа Unformatted создаются программами и программными модулями, написанными на языке Fortran. Эти файлы являются бинарными (двоичными) и при этом имеют особую внутреннюю структуру, которая не позволяет считывать и записывать файлы такого типа напрямую (без учета этой структуры) из программ, написанных на других языках (например, C++).

В расчетном ядре и библиотеках пре- и постпроцессинга системы ФРУНД, написанных на языке Fortran, используется ряд файлов типа Unformatted:

rezr — старый файл с результатами MBS-расчета, записывающийся из расчетного модуля (новый файл results.mbr записывается из ядра fcore);
rean — файл с результатами анализа, записывается из библиотеки анализа fanaz (fcanaz) на этапе постпроцессинга;
*.bnf — файлы с графиками изменения величин, выбранных для замера при анализе;
и т.д. ??? необходимо добавить остальные виды файлы типа Unformatted, использующиеся Fortran-модулями ФРУНД ???

Структура файлов типа Unformatted

Файлы типа Unformatted отличаются от обычных бинарных файлов наличием определенной внутренней структуры. Содержимое таких файлов разделено на ряд последовательных блоков. Один блок — это набор данных, образующийся в Unformatted-файле при вызове очередной функции записи. При чтении содержимое Unformatted-файла также считывается целыми блоками (даже если функция чтения пытается считать меньший объем данных, чем тот, который содержится в считываемом блоке).

Структура Unformatted-файлов GNU Fortran (GFortran)

В следующей таблице приведена структура Unformatted-файла формата GFortran.

Раздел			Описание	Тип	Длина, байт	Значение
Список блоков	Блок 1	Начальный символ блока	Открывающий символ блока	Число	4	¹⁾
		Содержимое блока	Данные, хранящиеся в блоке	Массив байт		—
		Конечный символ блока	Завершающий символ блока	Число	4
	Блок 2	Начальный символ блока	…	…	4
		Содержимое блока	…	…		—
		Конечный символ блока	…	…	4
	…		…	…	…	…
	Блок	Начальный символ блока	…	…	4
		Содержимое блока	…	…		—
		Конечный символ блока	…	…	4

Таким образом, длина Unformatted-файла формата GFortran равна:
$L_{GNU}=sum{i=1}{n}{(L_i+8)}=sum{i=1}{n}{L_i}+8n$ ,
где

— число блоков,
— число содержимого -ого блока.

Структура Unformatted-файлов Intel Fortran / Fortran PowerStation

Unformatted-файлы, создаваемые программами или программными модулями, скомпилированными с помощью компиляторов Microsoft Fortran PowerStation или Intel Fortran (с опцией Use PowerStation I/O Format, выставленной в Yes; соответствующий ключ компилятора — /fpscomp:ioformat), отличаются чуть более сложной структурой. В таких файлах содержимое каждого блока разбивается на ряд частей. Каждая часть содержит не более 128 байт данных.

В следующей таблице приведена структура Unformatted-файла формата PowerStation.

Раздел				Описание	Тип	Длина, байт		Значение
Начальный символ				Открывающий символ файла	Символ	1		`K` (код²⁾ `4B`)
Список блоков	Блок 1	Полная часть 1	Начальный символ полной части	Открывающий символ полной части	Символ	1		код `81`
			Содержимое полной части	Данные, хранящиеся в полной части	Массив байт	128		—
			Конечный символ полной части	Завершающий символ полной части	Символ	1		код `81`
		Полная часть 2	…	…	…	…	130	…
		…		…	…	…	…	…
		Полная часть	…	…	…	…	130	…
		Неполная часть (заключительная)	Начальный символ неполной части	Открывающий символ неполной части	Число	1
			Содержимое неполной части	Данные, хранящиеся в неполной части	Массив байт			—
			Конечный символ неполной части	Завершающий символ неполной части	Число	1
	Блок 2	Полная часть 1	…	…	…	…	130	…
		Полная часть 2	…	…	…	…	130	…
		…		…	…	…	…	…
		Полная часть	…	…	…	…	130	…
		Неполная часть (заключительная)	…	…	…	…		…
	…			…	…	…		…
	Блок	Полная часть 1	…	…	…	…	130	…
		Полная часть 2	…	…	…	…	130	…
		…		…	…	…	…	…
		Полная часть	…	…	…	…	130	…
		Неполная часть (заключительная)	…	…	…	…		…
Конечный символ				Закрывающий символ файла	Символ	1		`,` (код `82`)

Таким образом, длина Unformatted-файла формата PowerStation равна:
$L_{PS}=1+sum{i=1}{n}{(130m_i+l_i+2)}+1=130sum{i=1}{n}{m_i}+sum{i=1}{n}{l_i}+2(n+1)$ ,
где

— число блоков,
— число полных частей в -ом блоке,
— длина содержимого неполной части в -ом блоке.

Работа с файлами типа Unformatted в языке Fortran

С точки зрения программиста, пишущего программный код на языке Fortran, работа с файлами типа Unformatted практически ничем не отличается от работы с другими типами файлов (например, текстовыми).

Функции по работе с файлами языка Fortran обеспечивают поддержку блочной структуры Unformatted-файлов. Корректная обработка особенностей, связанных с блоками, в программах, написанных на языках, отличных от языка Fortran (например, на языке C++), ложится на плечи программиста.

Открытие и закрытие

Открытие

Открытие Unformatted-файла производится с помощью функции OPEN:

для чтения

 OPEN(<Файловый идентификатор>, FILE = '<Имя файла>', FORM = 'UNFORMATTED', STATUS = 'OLD')

для записи (или перезаписи)

 OPEN(<Файловый идентификатор>, FILE = '<Имя файла>', FORM = 'UNFORMATTED', STATUS = 'UNKNOWN')

Здесь

<Файловый идентификатор> — файловая переменная или номер дескриптора,
<Имя файла> — наименование открываемого файла.

Примечание.

При открытии для записи в Unformatted-файл формата PowerStation записывается открывающий символ.

Закрытие

Закрытие Unformatted-файла производится с помощью функции CLOSE:

 CLOSE(<Файловый идентификатор>)

Примечание.

При закрытии записываемого Unformatted-файла формата PowerStation в него записывается закрывающий символ.

Запись и чтение

Запись

Запись очередной порции данных в файл типа Unformatted производится с помощью функции WRITE:

запись значений переменных <Записываемая переменная 1>, <Записываемая переменная 2>, …, <Записываемая переменная N>

 WRITE(<Файловый идентификатор>) <Записываемая переменная 1>, <Записываемая переменная 2>, ..., <Записываемая переменная N>

запись значений элементов массива <Записываемый массив> длиной <Длина записываемого массива>

 WRITE(<Файловый идентификатор>) (<Записываемый массив>(Индекс), <Индекс> = 1, <Длина записываемого массива>)

Примечания.

При каждом вызове процедуры записи в записываемом файле создается очередной блок, содержимое которого представляет собой последовательность бинарных представлений значений переменных, указанных в качестве параметров к процедуре.
В файлах типа Unformatted формата PowerStation записываемый блок длиной более 128 байт перед записью разбивается на ряд частей, длина содержимого которых не превышает 128 байт.

Чтение

Чтение данных из Unformatted-файла производится с помощью функции READ:

чтение значений переменных <Считываемая переменная 1>, <Считываемая переменная 2>, …, <Считываемая переменная M>

 READ(<Файловый идентификатор>) <Считываемая переменная 1>, <Считываемая переменная 2>, ..., <Считываемая переменная N>

чтение значений элементов массива <Считываемый массив> длиной <Длина считываемого массива>

 WRITE(<Файловый идентификатор>) (<Считываемый массив>(Индекс), <Индекс> = 1, <Длина считываемого массива>)

Примечания.

Каждое обращение к функции чтения вызывает считывание очередного блока целиком, при этом позиция курсора чтения выставляется на начало следующего блока.
В приведенных примерах предполагается, что (часть считанного блока может оказаться неиспользованной), а длина считываемого массива не превышает длины записываемого массива. Это правило действует, разумеется, при соблюдении типов данных записанных и считываемых переменных (точнее, длин этих типов данных).

Вспомогательные процедуры навигации

При чтении файла типа Unformatted можно использовать ряд функций, облегчающих навигацию по такому файлу. Они обеспечивают передвижение позиции курсора чтения с учетом блочной структуры файла типа Unformatted.

Возврат к началу файла

Возврат началу файла производится с помощью функции REWIND:

 REWIND(<Файловый идентификатор>)

Примечание.

При возврате к началу файла курсор чтения устанавливается на начало первого блока.

Возврат к началу предыдущего блока

Возврат началу предыдущего блока (т.е. перемещение курсора чтения к началу предыдущего блока) производится с помощью функции BACKSPACE:

 BACKSPACE(<Файловый идентификатор>)

Замечания по конвертации Unformatted-файлов

Существующие средства просмотра файлов с графиками (*.bnf) величин, выбранных для замера при анализе, предполагают, что эти Unformatted-файлы имеют формат PowerStation. Таким образом, GFortran-версии библиотек ядра (прежде всего, libfviv.dll) формируют файлы с графиками неверного формата. Поэтому после этапа анализа и генерации файлов с графиками требуется конвертация их в формат PowerStation.

¹⁾ Точное значение максимальной длины блока неизвестно, в таблице приведено ориентировочное значение. Оценку сверху для нее можно получить, исходя из максимальной емкости 4-байтового целого числа со знаком. Она равна 2 147 483 647.

²⁾ Под кодом здесь понимается битовое представление соответствующего символа, записанное в 16-ричной системе счисления.