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主页 / coding / 问题 / 79582354
Accepted
Stef1611
Stef1611
Asked: 2025-04-19 19:48:58 +0800 CST2025-04-19 19:48:58 +0800 CST 2025-04-19 19:48:58 +0800 CST

Fortran 派生类型数组上的“%”是否会在内存中创建副本?

  • 772

我想知道“%”如何在派生类型的数组上起作用。

我编写了以下程序,其中“+”运算符已被重载:

module my_mod

  implicit none

  type :: my_type
    real :: r1 , r2
    integer :: i1, i2
  end type my_type
  
  interface operator(+)
    module procedure add_my_type_vec, add_my_type
  end interface
  
contains
  function add_my_type_vec(a,b) result(res)
    type(my_type), dimension(:),intent(in) :: a, b
    type(my_type), dimension(size(a)) :: res

      res%r1 = a%r1 + b%r1
      res%r2 = a%r2 + b%r2
      res%i1 = a%i1 + b%i1
      res%i2 = a%i2 + b%i2
      
  end function add_my_type_vec
  
  function add_my_type(a,b) result(res)
    type(my_type), intent(in) :: a, b
    type(my_type) :: res

      res%r1 = a%r1 + b%r1
      res%r2 = a%r2 + b%r2
      res%i1 = a%i1 + b%i1
      res%i2 = a%i2 + b%i2
      
  end function add_my_type
  
end module my_mod

program my_pgm
    use my_mod
    implicit none
    
    type(my_type),allocatable, dimension(:) :: my_vec1, my_vec2, my_vec3
    
    write(*,*) "Sum on type : ", my_type(1.0, 2.0, 1, 2) + my_type(1.0, 2.0, 1, 2)

    allocate(my_vec1(1000), my_vec2(1000), my_vec3(1000))
    my_vec1 = my_type(1.0, 2.0, 1, 2)
    my_vec2 = my_type(1.0, 2.0, 1, 2)
    my_vec3 = my_vec1 + my_vec2
    
    write(*,*) "Sum on vec of type : ", my_vec3(123)
    

end program my_pgm

在函数中add_my_type_vec,它是如何%工作的?例如,在指令中res%r1 = a%r1 + b%r1,是否创建(即内存复制)两个仅包含a%r1和 的实数数组b%r1,然后对这些数组进行求和,最后对 进行赋值res%r1?我想这应该更复杂一些。

fortran
  • 2 2 个回答
  • 96 Views

2 个回答

  • Voted
  1. Best Answer
    francescalus
    2025-04-19T21:18:14+08:002025-04-19T21:18:14+08:00

    编译器通常可以随时创建数组临时变量。1在 某些情况下,例如您在这里的许多帖子中看到的那样,临时副本实际上是必需的,或者非常可取。 例如,另一个答案列举了一些情况。

    作为一个实际的例子,这是一个可以详细阐述思考的案例,而不是给出严格的答案。

    在此处的整个代码中,有很多机会可以在周围创建临时数组add_my_type_vec,例如:

    • 数组虚拟参数a,b可以被复制
    • 赋值语句右侧的数组(a%r1、b%r1等)可以分别复制
    • 右侧的评估(a%r1+b%r1等)可以进入临时位置
    • 函数结果可以是一个临时存储的变量,稍后将其复制到其结果赋值的左侧。

    这里不需要任何课程的副本,或者特别有益。

    虚拟参数a和b是假定形状,并且编译器知道它们(简单)是连续的。

    数组a%r1(等)不是连续的,但具有恒定的步幅:编译器可以轻松处理元素的步幅。

    的左侧res%r1 = a%r1 + b%r1不会以任何方式(尤其是不是复杂的方式)出现在右侧:右侧的评估不会影响左侧,因此在分配之前不需要副本来保存评估。

    同样,在函数结果的分配中,所涉及的任何变量之间不存在相互作用。

    无需在任何地方解决最终确定的要求。

    本质上,编译器所要做的就是迭代的元素my_vec3并直接分配和的元素的成对my_vec1和my_vec2,以相当无聊的方式遍历这些数组。

    如果编译器认为有必要,或者为了更加安全,它可以决定执行任何复制操作。通常,你可以让编译器在编译时或运行时告诉你它何时进行复制,或者何时设置机制来启用复制决策。

    唯一需要担心组件(使用%)的原因是引用的数组不连续。Fortran 能够很好地处理非连续数组,而无需复制。对“复杂”数组和组件“复杂”使用的限制,使得处理这些常见情况变得非常枯燥(对于编译器编写者而言)。


    1编译器必须确保对临时变量的影响也影响与其关联的实体。例如,如果存在一个伪参数的临时副本,则实际参数必须反映任何(适当的)更改。Fortran 的别名规则是对程序的限制,这使得编译器在确定何时需要在诸如拷贝入/拷贝出等技术中显示影响时更加容易。

    • 4
  2. PierU
    2025-04-19T21:25:36+08:002025-04-19T21:25:36+08:00

    在数组操作res(:)%r1 = a(:)%r1 + b(:)%r1(例如中的操作)中add_my_type_vec(),我希望任何合适的优化编译器都不会创建临时数组。

    不过,就内存访问而言,这种方法可能并非最佳:a(:)%r1它是一个步幅为 4 的非连续数组(因为派生类型中有 4 个数字存储单元),而且据我所知,矢量指令在步幅为 4 的数组上效率较低。此外,通过顺序执行 4 个数组操作,在缓存行被清除并稍后重新加载之前,只会使用缓存行内容的 25%。

    另一方面,通过对元素(派生类型数组)进行求和,可以更好地利用缓存,但无法利用矢量指令。

    最后,只有基准测试才能告诉您对于您正在使用的给定机器/编译器组合来说最有效的方法是什么。

    请注意,您实际上不需要在这里编写两个单独的例程。您可以编写一个elemental例程来处理标量和数组的加法(不过,编译器在后台会做什么并不明显)。

    module my_mod
    
      implicit none
    
      type :: my_type
        real :: r1 , r2
        integer :: i1, i2
      end type my_type
      
      interface operator(+)
        module procedure add_my_type
      end interface
      
    contains
      
      elemental function add_my_type(a,b) result(res)
        type(my_type), intent(in) :: a, b
        type(my_type) :: res
    
          res%r1 = a%r1 + b%r1
          res%r2 = a%r2 + b%r2
          res%i1 = a%i1 + b%i1
          res%i2 = a%i2 + b%i2
          
      end function add_my_type
      
    end module my_mod
    
    program my_pgm
        use my_mod
        implicit none
        
        type(my_type),allocatable, dimension(:) :: my_vec1, my_vec2, my_vec3
        
        write(*,*) "Sum on type : ", my_type(1.0, 2.0, 1, 2) + my_type(1.0, 2.0, 1, 2)
    
        allocate(my_vec1(1000), my_vec2(1000), my_vec3(1000))
        my_vec1 = my_type(1.0, 2.0, 1, 2)
        my_vec2 = my_type(1.0, 2.0, 1, 2)
        my_vec3 = my_vec1 + my_vec2
        
        write(*,*) "Sum on vec of type : ", my_vec3(123)
        
    
    end program my_pgm
    
    • 3

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