[闲聊] 面向对象Fortran的到来(1)——《程序员》

从结构化程序设计到面向对象，这是大多数高级语言的发展、演变规律，Fortran也未能免俗。在Fortran 77中，由于缺乏对数据抽象和数据封装的基本支持，人们很难引入面向对象的理念和方法。在Fortran 90/95中，尽管我们可以用派生类型（Derived Type）和模块（Module）模拟一部分面向对象的特性，但却无法实现真正意义上的封装和继承。

对数据和相关操作的封装是面向对象的基础。传统的结构化程序设计语言大多拥有简单的数据封装能力（如Pascal语言中的record），但缺乏对操作封装的支持。当我们为结构化程序设计语言引入面向对象机制时，在语法层面一般有两种思路：一种是引入一个全新的语法容器，允许用户借助该容器定义出封装了数据和操作的统一数据类型，例如，C++在C语言的基础上扩展出了class的概念，并以class为中心支持面向对象[url=]编程[/url]；另一种是通过某种机制，将原有的数据封装容器和表述操作的过程或函数捏合在一起，例如，Ada 95利用Ada 83中已有的概念，将private type和相关操作封装在package中，创建了完整的面向对象机制。Fortran 2003对Fortran 90/95的改造正是遵循着后一种思路进行的。

首先，Fortran 2003第一次引入了过程指针（Procedure Pointer）的概念。Fortran 90/95只支持普通指针。为了实现回调机制，Fortran 90/95特意引入了用过程名充当形式参数（Dummy Procedure）的语法，但这种语法还无法解决在数据类型中内嵌相关操作的问题。在Fortran 2003中，我们可以使用过程指针将数据和操作绑定在一起：

这种绑定是一种运行时的动态绑定，我们可以根据需要为过程指针赋值，这类似于我们在C语言的struct中嵌入函数指针。

其次，如果与类型相关的操作在编译时已经预知，我们就可以直接使用Fortran 2003提供的类型绑定过程（Type-bound Procedure），将数据和操作关联在一起：

这样，在同一个模块中，类型和相关操作相互关联，用户可以直接使用CALL p1%test或类似的代码来访问特定操作，这已经非常近似于Ada 95的封装机制了。

和C++或Java语言相比，Fortran 2003的这种过程绑定方式较为靠近语言设计的底层。例如，对于绑定在point类型中的my_test过程，我们必须显示指明，该过程的第一个参数为point类型：

这里的参数a相当于C++或Java方法中隐含的this参数，其目的是将调用该操作的对象实例传入过程。我把这种显示实现this参数的做法称为 “赤裸裸的面向对象”。尽管写起来稍嫌繁琐，但这种“赤裸裸”的做法也有不少好处。例如，我们可以在Fortran 2003中使用NOPASS属性禁止传递对象实例，或通过PASS属性改变对象实例参数在过程参数表中的位置。

Fortran 90/95已经允许用户自定义运算符过程。现在，Fortran 2003则进一步允许用户将运算符过程绑定到特定的类型，其方法和绑定普通过程类似：

有了完善的数据和操作封装机制，Fortran 90/95中简单的访问权限控制属性——PRIVATE和PUBLIC就不能满足要求了。Fortran 2003扩展了PRIVATE和PUBLIC的使用范围，允许PRIVATE类型中出现PUBLIC成员，同时又增加了PROTECTED属性，以限定某个成员的取值只能由自己所属的模块修改。

Fortran 2003增强了派生类型的初始化和构造语法。尽管我们在Fortran 2003中还不能像在C++里那样随心所欲地定义各种构造函数，但仍可以较精确地控制对象的初始化过程。此外，Fortran 2003允许我们为类型定义终结子例程（Final Subroutine），以完成对象销毁时的清理工作。终结子例程可以定义多个，像这样：

在Fortran 2003中，继承机制是通过类型扩展（Type Extension）实现的。相关的语法和大多数面向对象语言的继承机制没有什么不同：

在扩展类型中，可以直接通过基类型的名称来引用基类型的成员，这类似于C++中引用基类成员的语法。

单从封装和继承这两个层面看来，Fortran 2003对Fortran 90/95的扩展就是革命性的。当年，Fortran 90刚问世的时候，许多人迫不及待地宣称Fortran已经是面向对象的语言了。殊不知，Fortran 90/95中的面向对象机制还不如Visual Basic 6.0中的类模块（Class Module）来得成熟，更不要说与真正面向对象的Fortran 2003相提并论了。