Fortran的數組與指針

##個人理解，歡迎指正##

• 指針就是記錄數據的內存地址的變量。指針可以指向單個變量，也可以指向數組。
• 數組是一個概念，是若干個類型相同的元素的有序集合。

在Fortran中，數組中存放的元素，可以是整數，實數，復數，甚至結構體（又稱“自定義數據類型”），但不能是指針。 即，不存在這樣一個數組，該數組的每一個元素都是一個指針，分別指向不同的數組。

那么怎樣才能實現這樣一個數組，其中的每一個元素都能指向其他的數組呢？

 

實現一個數組，其中的元素指向不同的數組

因為數組中存放的元素可以是結構體，那么可以通過定義一個結構體，在結構體中定義一個指針變量來解決。

type container class(object), pointer :: obj end type container type(container), allocatable, dimension(:) :: objects allocate (objects(0:num_objects)) objects(0)%obj => s1

其中，objects(0:num_objects)就是定義的結構體數組，數組中的第0個元素的obj分量（objects(0)%obj）指向一個變量s1，s1是類型為object的變量。

上式objects數組中的每一個元素都是指向單個變量的，那么如果需要結構體數組中的每一個元素都指向一個數組，則定義結構體中的指針變量需要定義為是指向數組的（下面第10行）：

program ex1  2 implicit none  3 integer :: i,j  4 
!//聲明目標數組work
real(RK),allocatable,target :: work(:,:)  7 
!//定義結構體類型qcontainer，該類型中的分量obj可以指向一個一維的數組
type qcontainer 10  real(RK),pointer :: obj(:) 11 end type qcontainer 12 
!//聲明一個一維的的數組qtwork
type(qcontainer),allocatable :: qtwork(:) 15 
!//定義數組work並賦初值
allocate(work(2,3)) 18 do i=1,2
    do j=1,3
        work(i,j)=i*j**2*7
    end do
end do

!//定義數組qtwork
allocate(qtwork(3)) 26 
!//qtwork中第j個元素的object分量指向數組work的第j列
qtwork(j)%obj => work(:,j) 29 

end program ex1

 

關於彭書中的“”指針數組“

彭國倫《Fortran95程序設計》書中275頁上說，“指針也可以聲明成數組”，並給了以下示例代碼

program ex1004  2   implicit none  3  integer, pointer :: a(:)  4   integer, target  :: b(5)=(/ 1,2,3,4,5 /)  5   ! 把指針數組a指向數組b  6   a=>b  7   ! a(1～5)=>b(1～5)  8   write(*,*) a  9   a=>b(1:3) 10   ! a(1)=>b(1), a(2)=>b(2), a(3)=>b(3) 11   write(*,*) a 12   a=>b(1:5:2) 13   ! a(1)=>b(1), a(2)=>b(3), a(3)=>b(5) 14   write(*,*) a 15   a=>b(5:1:-1) 16   ! a(1)=>b(5), a(2)=>b(4), a(3)=>b(3), a(4)=>b(2), a(5)=>b(1) 17   write(*,*) a 18  stop 19 end

這里用指針a表示了數組b。這告訴我們，指針不僅可以指向單個變量的內存地址，還可以指向數組。

但是需要注意的是，指針a(:)中的每一個變量a(i)都確定的表示某一個單獨的變量，而不是表示變量的集合（數組）。即指針a(:)只能表示一個數組，不能同時表示多個數組的集合。

另外，需要注意，聲明指針a的時候，可以說明a的形狀，但不能指定a的數組大小。換句話說，聲明指針a的時候，可以告訴編譯器，a指向的是幾維的數組，但是不能告訴編譯器，a指向的數組是大小是100×100的。

所以，如果第3行換成以下語句是非法的

!//非法的代碼
 integer, pointer :: a(5)

編譯器錯誤提示是“ ALLOCATABLE or POINTER attribute dictates a deferred-shape-array.” 即聲明變量時，allocatable或pointer的屬性表明數組為假定形狀數組。如果此時聲明上述語句（即給了數組的大小），那顯然矛盾。

 

總結

• 在Fortran中，指針可以指向一個數組或者一個數組中的一部分，但指針不能同時表示多個數組。
• 數組是若干相同類型元素的集合，但數組的元素不能是指針。
• 如果想實現一個數組，且數組的元素具有指針的功能，可以定義一個結構體類型的數組。

 

附錄代碼：

 

program test  2     implicit none  3  integer i,j,k  4  real,allocatable,target :: work(:,:)  5 
 type qcontainer  7  real,pointer :: obj(:)  8  end type qcontainer  9 
 type(qcontainer),allocatable :: qtwork(:) ,qtemp 11 

    allocate(work(2,3)) 14     allocate(qtwork(3)) 15 
    !//初始化
    do j=1,3
        do i=1,2
            work(i,j)=i*j**2*7
        end do
    end do

    !//指針變量賦值
    do j=1,3
        qtwork(j)%obj => work(:,j) 26     end do

    !//打印輸入數組
    print*,"input array: "
    do j=1,3
        print*,work(:,j) 32     end do

    !//打印指向的數組
    print*,"point array: "
    do j=1,3
        print*,qtwork(j)%obj 38     end do

    !//置換
    print*,"swap"
    qtemp = qtwork(1) 43     do j=1,2
        qtwork(j) = qtwork(j+1) 45     end do
    qtwork(3)=qtemp 47 
    !//輸出置換結果
    do j=1,3
        print*,qtwork(j)%obj 51     end do

 deallocate(work) 54 

    end program

 

輸出結果：

 

 input array: 7.000000       14.00000
   28.00000       56.00000
   63.00000       126.0000 point array: 7.000000       14.00000
   28.00000       56.00000
   63.00000       126.0000 swap 28.00000       56.00000
   63.00000       126.0000
   7.000000       14.00000 Press any key to continue . . .