Fortran中binary和unformatted，以及要回避的坑

ljh110011

这个帖子中心思想，是简单描述碰到的form=‘binary’和form=‘unformatted’的差异和编程中需要回避的坑。最近由于开发模式时debug需要，只好重新使用超久没碰的Fortran语言。。。


编译运行Fortran程序，就要用到编译器了。2005年末发布的Compaq Visual Fortran（简称CVF）就太老旧了，已经是在淘汰边缘的产物，当然不予考虑了。之前一直在用的Intel Visual Fortran（简称IVF）软件体积又太庞大，在新设备上面重新安装一遍也挺费劲，就选用配置起来比较简单的GNU Fortran(简称GF)做编译器。
那么这时候，问题就出现在这里：
以前使用Fortran读写的时候，写二进制（GrADS用的无格式二进制）就是用form=‘binary’。用CVF和IVF都能编译，然而用GF竟然编译不过。


通过调研发现，本论坛和某度等搜索引擎，都很容易搜到大量关于FORTRAN语言读写无格式二进制文件时，form=‘binary’和form=‘unformatted’的问题和争论。
参考了一些帖子，有研究提出binary和unformatted格式存在4倍关系等观点。如下：
http://bbs.06climate.com/forum.php?mod=viewthread&tid=27204&extra=&page=1
http://bbs.06climate.com/forum.php?mod=viewthread&tid=27220
http://bbs.06climate.com/forum.php?mod=viewthread&tid=30071&highlight=Fortran%2Bbinary%2Bunformatted

当然，两者都是二进制格式，4倍这么个说法有一定的道理，因为如果设置的access='direct'，form=‘unformatted’输出时，就会包含数据和记录的边界；而access='direct'，form=‘binary’输出时，只包含数据；所以这种情况下，用unformatted输出的结果就会比binary的文件要大，因为它包含了数据记录的边界。那么这样写文件，当然会有区别的，但是，是否为4倍呢，这个就要实际情况实际分析。

但这两种格式本身就是不一样的，是不能简单地将两者直接进行对比的。

1. form=‘binary’ 不是Fortran标准下的，不过是某些Fortran编译器提供识别和支持，所以也很多人一直在使用，也有某些编译器如GF不支持这种设置；

2. form=‘unformatted’是符合Fortran标准的用法，而且用form=‘unformatted’，也能达到form=‘binary’ 的输出效果（指文件内容，文件大小和文件格式完全相同），即设置成流文件输出，access='stream'，form=‘unformatted’。

那此时输出的文件就和用form=‘binary’输出的效果相同，而且符合Fortran的标准。此时两者输出的文件就完全相同了，就不纯在什么4倍的关系了。至于其他形式的输出是否是4倍关系还是多少倍关系，就不再深究了。

3. 需要注意的是，access='stream'用法，是Fortran2003的标准中包含的，现在新的Fortran编译器都支持，而老旧的CVF是不支持的。

4. 在编程中，建议不要用不符合标准的form=‘binary’的用法，尽量统一使用 form=‘unformatted’ 的用法，使程序符合Fortran标准，方便日后程序的移植。

最后贴上简单测试用的代码：

1. <font size="3">program test
   
2. implicit none
   
3.         real(8) :: aa(10000)=9.99
   
4.         integer :: i
   
5. 
   
6.         open(10,file="binary.bin",form="binary",status="replace")
   
7.         open(11,file="unformatted.bin",access="stream",form="unformatted",status="replace")
   
8. 
   
9.         do i=1,10000,1
   
10.                 write(10) aa(i)
    
11.                 write(11) aa(i)
    
12.         
    
13.         end do
    
14. end program test</font>

复制代码

试验一：

该代码直接用IVF编译运行，输出的binary.bin和unformatted.bin的文件内容，文件大小和文件格式完全相同。

试验二：

由于CVF不支持access='stream'，form=‘unformatted’的用法，而GF不支持form=‘binary’的用法，因此设计试验二。

注释程序的7和11行，用CVF编译输出binary.bin；

注释程序的6和10行，用GF编译输出unformatted.bin。

对比两者结果，文件内容，文件大小和文件格式完全相同。

如图：

                               
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虫儿飞

4倍的关系，还和编译器有关，我用过intel Fortran，PGI Fortran，还有IBM的xlf，即使是access='stream'，form=‘unformatted’的情况下，也是不一样的，要看各个编译器对于数据块的定义，有没有包含数据位的信息

werewolf

请问，开发什么模式？

ljh110011

werewolf 发表于 2019-8-8 18:30
请问，开发什么模式？

这不是这个帖子的重点_(:з」∠)_
{:eb342:} {:eb342:}

gardenst

确实是大坑，遇到过

werewolf

ljh110011 发表于 2019-8-9 10:09
这不是这个帖子的重点_(:з」∠)_

想了解一下嘛，这个问题其实很好解决，用stream就可以了。cvf这种东西赶紧扔掉。

忽如一夜春风来

感谢，清楚多了，前几天还在纠结binary和unformatted的问题，看很多帖子上争论得还比较激烈。

ljh110011

werewolf 发表于 2019-8-9 11:05
想了解一下嘛，这个问题其实很好解决，用stream就可以了。cvf这种东西赶紧扔掉。

哈哈哈，先尝试学着编个浅水方程模式

werewolf

ljh110011 发表于 2019-8-12 11:30
哈哈哈，先尝试学着编个浅水方程模式

正压模式本科数值预报实习课必写的吧，哈哈。

jiayoufu

谢谢楼主分享