Fortran 语言

是什么

Fortran 是一门为数值计算而生的编程语言。科学和工程计算有一个共同形状：问题最初以一组公式出现，最后必须落实成一连串对数字的运算。Fortran 让程序员用接近数学写法的语句把公式写下来，再由一个叫编译器（compiler）的程序翻译成机器真正执行的指令。它的名字是 formula translation（公式翻译）的缩写^[1]。Fortran 从 1954 年开始开发，1957 年作为商业产品发布^[1]。

为什么要造它

早期电子计算机上的程序是直接用机器指令写的：程序员自己指定每个数据放在哪个存储位置，自己安排每一次取数、运算和存回。这样的工作慢、容易出错，而且和某一台具体的机器绑死。1953 年，John Backus 拿到一笔预算，用来雇一支小团队，验证一件事是否可行——能不能造出一门直接表达人的意图的语言^[1]。Backus 是 Fortran 的主要作者，他把手工写机器码形容成「与机器肉搏」（hand-to-hand combat with the machine）^[1]。

团队和机器

Backus 拉起来的队伍不大：David Sayre、Harlan Herrick、Lois Haibt、Robert Nelson、Roy Nutt、Sheldon Best、Richard Goldberg 和 Peter Sheridan^[1]。算术表达式分析器由 Lois Haibt 实现，这部分负责读入一个公式，判断其中各部分的计算顺序；她是团队里唯一的女性^[1]。

机时很紧张。团队常常在夜里工作，因为那是唯一能拿到 IBM 704 使用时间的办法；IBM 称这台机器是第一台采用高速磁芯存储器量产的计算机^[1]。进度也远远拖后：原本预计六个月的工程，做了三年^[1]。

发布的是什么

1957 年，IBM Mathematical Formula Translating System（IBM 数学公式翻译系统）问世，不久之后 IBM 把第一个 Fortran 编译器提供给 IBM 704 的用户使用^[1]。按 IBM 的说法，Backus 的团队实现的是第一个优化编译器（optimizing compiler），它生成的代码跑起来几乎和手工打造的代码一样快^[1]。所谓优化，是指编译器不把每条语句单独翻译完就撒手不管，而是通盘检查整段程序，重新安排其中的运算，让机器用更少的动作得到同样的结果。这一点关系到整件事的成败：如果编译出来的代码明显比手写慢，就没有人愿意放弃手写指令；速度守住了，用高层语言写程序才站得住脚。

在计算机史上的位置

IBM 把 Fortran 称为第一个计算机语言标准，并说它把计算机从程序员独占的领域里解放了出来^[1]。后半句更值得琢磨：当一项计算可以用接近数学的形式写下来、跑起来又不慢时，懂问题的人不必同时是懂机器的人。到 20 世纪 60 年代中期，Fortran 已经成为第一个全国性计算标准，被美国以及欧洲部分地区的多数主要数据中心使用^[1]。