Fortran 95 Handbook (Scientific and Engineering Computation) pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:The MIT Press

作者:Jeanne C. Adams

出品人:

页数:723

译者:

出版时间:1997-09-25

价格:USD 75.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780262510967

丛书系列:

图书标签:

FORTRAN
Fortran 95
Scientific Computing
Engineering Computation
Programming
Computer Science
Numerical Analysis
Algorithms
Mathematics
Technical Reference
Software Development

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具体描述

The Fortran 95 Handbook, a comprehensive reference work for the Fortran programmer and implementor, contains a complete description of the Fortran 95 programming language. The chapters follow the same sequence of topics as the Fortran 95 standard, but contain a more thorough and informal explanation of the language's features and many more examples. Appendices describe all the intrinsic features, the deprecated features, and the complete syntax of the language. The Handbook also includs a feature not found in the standard: a cross reference of all the syntax terms, giving the rule that defines each term and all the rules that reference it. Major new features added in Fortran 95 are the 'FORALL' statement and construct, pure and elemental procedures, and structure and pointer default initialization.

《面向科学计算的现代C++编程实践》内容简介本书旨在深入探讨如何利用C++语言的现代特性（C++11/14/17/20）来构建高效、健壮且易于维护的科学计算和工程模拟软件。在高性能计算领域，尽管Fortran以其在数值运算方面的传统优势占据一席之地，但C++凭借其面向对象范式、泛型编程能力以及对底层硬件的细致控制，已成为构建复杂系统、大规模并行程序以及高性能库的首选工具。本书将系统地引导读者超越C++的基础语法，专注于那些对科学计算性能和代码质量至关重要的核心技术。第一部分：C++现代化的基石与性能优化本部分着重于奠定现代C++编程的基础，并强调性能优化在科学计算中的核心地位。我们将首先回顾C++11/14引入的关键特性，如右值引用（Rvalue References）和移动语义（Move Semantics），深入解析它们如何彻底改变了大型数据结构（如矩阵、张量）的传递和销毁效率，避免了不必要的深拷贝，这对处理内存密集型模拟至关重要。接着，我们会详尽介绍`constexpr`关键字的强大威力。在科学计算中，许多参数、维度甚至小型查找表可以在编译期确定。本书将展示如何利用`constexpr`函数和模板实现编译期计算（Compile-Time Computation），从而消除运行时开销，生成高度优化的机器码。我们将通过实例说明如何将费马算法、欧拉方法等简单迭代过程提升至编译期执行。性能分析是科学软件开发不可或缺的一环。我们不会仅仅停留在理论层面，而是会介绍如何使用性能分析工具（Profiling Tools），如Valgrind/Callgrind、Intel VTune或Linux `perf`，来精准定位代码中的性能瓶颈。随后，我们将深入讲解内存访问模式优化，包括缓存局部性（Cache Locality）的实践、结构体填充（Structure Padding）的规避，以及如何设计数据布局（Data Layout）以最大化L1/L2缓存的命中率，这是超越语言本身，直接关乎计算速度的关键因素。第二部分：泛型编程与元编程的威力科学计算的本质是处理不同类型、不同维度的数据。本部分将全面揭示C++模板（Templates）的真正力量，使其超越简单的代码复用，成为实现零开销抽象（Zero-Overhead Abstraction）的核心工具。我们将详细阐述模板元编程（Template Metaprogramming, TMP）在类型系统中的应用。这包括使用`std::enable_if`、SFINAE（Substitution Failure Is Not An Error）机制来进行特性检测（Trait Detection），确保算法仅在支持特定操作（如向量化、特定精度）的类型上实例化。核心章节将聚焦于概念（Concepts, C++20）。概念极大地改善了模板的表达能力和错误报告机制。本书将展示如何为自定义的数学对象（如“可逆矩阵”、“可迭代域”）定义清晰的概念，从而构建出既安全又灵活的数值算法库。我们将构建一个基于Concepts的通用线性代数接口，取代传统复杂的SFINAE技巧。此外，本书还会探讨操作符重载（Operator Overloading）与表达式模板（Expression Templates）的结合使用。对于表达式如 $A = B + C imes D$，表达式模板技术可以延迟计算，并将中间结果优化掉，避免产生临时变量，这是实现类似MATLAB/Fortran简洁语法同时保持接近底层循环性能的关键技术。第三部分：面向大规模计算的并行化策略现代科学计算的突破依赖于并行性。本部分将系统介绍C++在多核CPU和异构架构（如GPU）上的并行编程范式。首先，我们将深入研究C++标准库的并行算法（Parallel STL Algorithms, C++17）。了解如何利用执行策略（Execution Policies，如`std::execution::par`）将标准的`std::sort`、`std::transform`等算法透明地并行化，而无需手动管理线程。其次，我们将详细分析OpenMP在C++环境下的最佳实践。重点关注循环并行化、数据依赖性管理、私有化（Privatization）的最佳时机，以及如何使用指令级并行（SIMD）指令集（如`pragma omp simd`）加速计算密集型循环。对于更深层次的异构计算，本书将引入C++与CUDA/HIP（或其他标准）的集成方法。我们将展示如何设计C++主机代码来管理设备内存、调度内核（Kernels），并重点讲解数据传输的优化，例如使用统一内存（Unified Memory）或零拷贝（Zero-Copy）技术来减少CPU与GPU之间的数据搬运延迟。最后，对于分布式内存计算，我们将讨论如何使用MPI（Message Passing Interface）与C++类封装进行集成。目标是创建高级的C++抽象层，将复杂的MPI通信细节（如`MPI_Send`/`MPI_Recv`）封装在面向对象的通信器或数据分布对象中，使程序员能够专注于算法逻辑。第四部分：面向对象的设计与数值稳定性科学计算中的数据结构往往具有特定的代数性质，C++的OOP特性是建模这些复杂性的理想工具。我们将探讨如何利用多态性（Polymorphism）实现不同解算器（如有限元、有限差分）之间的接口统一，以及如何通过继承和接口来定义通用的数值方法基类。一个关键的讨论点是数值稳定性。我们将分析浮点数运算的局限性，并介绍模板如何用于实现特定精度的容器（如自定义的`QuadFloat`类型），以及如何在算法设计中考虑舍入误差的累积效应。此外，本书将详细介绍如何使用资源获取即初始化（RAII）原则来管理昂贵的数值资源，如大型二维/三维数组的动态分配、CUDA流的管理或MPI窗口的创建，确保资源在异常发生时也能被安全释放。目标读者本书适合具有一定C/C++基础，并致力于开发高性能、专业级科学计算软件的工程师、研究人员、研究生以及软件开发者。它假设读者对数值分析、线性代数或离散数学等领域有基础了解，并渴望将这些知识转化为高效的生产代码。通过本书的学习，读者将能构建出在速度和抽象层次上都能与传统Fortran高性能代码相媲美的现代C++解决方案。

作者简介

目录信息

读后感

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计给我一种非常经典和权威的感觉，那种扎实的理工科教材的风格扑面而来。我当时买它的时候，是冲着“Handbook”这个词去的，期望它能提供一个全面、深入的参考手册。毕竟，在科学和工程计算领域，代码的严谨性和对语言特性的精准掌握至关重要，而Fortran 95作为那个时代高性能计算的基石，自然需要一本详尽的指南。我翻阅了一些章节，发现它在结构上组织得相当清晰，从基础语法到高级的并行处理特性，似乎都覆盖得比较到位。特别是对于数组操作的描述，作为Fortran的精髓，我期待它能提供大量实用的例子，帮助我理解如何高效地运用矩阵运算来加速我的模拟程序。如果它能像一本工具箱一样，需要什么查什么，并且每个概念都有清晰的配图或流程图来辅助理解，那就太棒了。我希望它不仅仅是罗列语法规则，更能深入探讨为什么某些Fortran 95的特性（比如模块化编程）在解决特定工程问题时比其他语言更具优势。这本书的气质，是那种可以常年放在手边，随时翻开就能找到答案的“老伙计”。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉是，它更像是一部关于Fortran 95语言哲学和工程实践的权威论述，而不是一本简单的教程。我注意到作者在描述某些结构时，似乎是在暗示它们是如何受到早期Fortran标准的启发，并如何演变成今天更面向对象的现代特性（尽管F95本身并未完全面向对象）。我特别想看看它如何处理递归子程序和指针的使用——这是两个在构建复杂算法时既强大又容易出错的特性。我希望书中能提供清晰的警告和最佳实践指南，帮助我安全地驾驭这些高级功能。这本书的价值不在于教会你如何写第一行代码，而在于教会你如何写出健壮、高效、能够经受住时间考验的科学计算代码。它的厚度本身就说明了作者对这个主题的掌握程度，以及读者需要投入的时间与精力。这本书散发着一种沉甸甸的、不容置疑的专业气息。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和字体选择给我一种非常专注、几乎有些刻板的印象，但这恰恰是我认为它严肃性的体现。在阅读关于参数传递机制的章节时，我发现作者非常严谨地区分了值传递和引用传递在不同上下文中的具体行为，这一点对于编写大型、耦合度高的科学程序至关重要，因为一个小小的传递错误可能导致整个仿真结果的灾难性偏差。我发现，很多现代编程语言倾向于隐藏这些底层细节，但Fortran 95 Handbook 似乎坚持要让读者完全掌握这些“脏活累活”。我特别欣赏它在解释模块（Module）特性时所花费的篇幅，模块化是现代Fortran结构化的核心，书中对接口（Interface）和派生类型（Derived Type）的讲解，应该能够帮助我更好地构建可重用、可维护的大型代码库。如果这本书在讲解过程中能够穿插一些实际的数值方法（比如有限元分析或蒙特卡洛模拟）的Fortran实现片段作为案例，那就更完美了，这样就能立刻看到理论如何落地。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，初次翻阅时，我被其中一些非常细致的语言特性描述给镇住了，它似乎没有放过任何一个犄角旮旯的细节。我注意到书中对输入/输出操作（I/O）的描述相当详尽，特别是涉及到格式化控制和二进制文件的读写性能权衡。在科学计算中，数据持久化和I/O操作往往是性能瓶颈之一，一本好的手册理应对此有深入的剖析。我特别关注它对`ALLOCATABLE`数组和动态内存管理的论述，希望它能提供最佳实践，指导我们如何避免内存泄漏，以及如何最大化地利用Fortran的数组操作符来避免手动循环，从而提高代码的可读性和执行效率。这本书的语言风格非常直接，没有多余的修饰词，这使得信息传递的效率极高。它就像一份精密仪器的操作手册，每一个说明都必须准确无误，不允许任何模糊地带，这种精确性是我在选择参考书时最看重的品质。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书后，我最大的感受是它的深度和对底层机制的关注，这显然不是一本给初学者的入门读物。它更像是为那些已经在使用Fortran进行复杂数值模拟的研究人员准备的深度解析。我特别留意了关于“高性能计算”那部分的内容，想看看它如何解释现代编译器如何优化Fortran代码，以及程序员如何通过编写符合标准的程序来最大化CPU的利用率。我希望它能详细讲解内部函数和子程序的调用开销，以及在处理大型数据集时，内存管理和缓存局部性对程序性能的实际影响。如果它能包含一些关于F95与并行计算模型（比如OpenMP或MPI的基础接口）的集成建议，那就更符合它标题中“Scientific and Engineering Computation”的承诺了。这本书的价值，我认为在于它能帮我从“能跑起来”的代码，提升到“跑得快、跑得稳”的代码。每一次阅读，都像是在与一位经验丰富的老工程师对话，他不仅仅告诉你“怎么做”，更会告诉你“为什么这么做最好”。

评分☆☆☆☆☆