关于fortran里指针的讨论
本帖最后由 btx97 于 2014-2-20 15:53 编辑因为听说高手都是指针用的比较多的，所以最近在考虑fortran里指针的作用。特意发帖希望高手们能来一起讨论下，让我们学习中的新人长点知识。:lol:lol
在fortran 95/2003 for scientists and engineerings 书中指出，在数组交换的过程中，用指针交换的效率明显比用普通变量交换的效率要高。 所以自己写代码比较了一下效率，代码为
program test_pointer
implicit none
real, dimension(100,100), target :: array1, array2
real, dimension(:,:), pointer :: p1, p2, temp_p
real, dimension(100,100) :: a1, a2, temp
integer :: i
real :: begin, end
call random_number(a1)
call random_number(a2)
array1=a1
array2=a2
p1=>array1
p2=>array2
call cpu_time(begin)
do i=1,1000000
temp=a1
a1=a2
a2=temp
end do
call cpu_time(end)
write(*,*) 'Time of variable exchange:', end-begin
call cpu_time(begin)
do i=1,1000000
temp_p=>p1
p1=>p2
p2=>temp_p
end do
call cpu_time(end)
write(*,*) 'Time of pointer exchange:', end-begin
end program test_pointer
运行结果为：
$ ./a.out
Time of variable exchange: 4.5159998
Time of pointer exchange:8.00037384E-03
可以发现用指针的确比用普通变量有效。
不过我还有个疑问希望高手能解答下。 fortran中指针所占内存的是不是比它的Target要少很多？ 因为如果fortran中指针所占内存跟它的Target一样，那么虽然代码效率是提高了，但所耗资源也提高了不少，就不见得很经济。
此外，指针在链表里的应用很多书上都讲了。我觉得我们可以先不考虑指针在结构数据的应用。
十分希望各位高手能把自己使用指针的经验体会拿出来分享下， 共同讨论下fortran中指针的优缺点。
Fortran 的指针具有特殊性。一般来说，所占的内存比它的Target要少很多很多。
if 指向单变量或结构体 then
在32位编译器里，Fortran指针仅占 4 字节。通常叫 address
else 指向数组或结构体指针 then
不同编译器会不同。它们会定义一个结构体来描述指向的数组。老外叫 descriptor
endif
单变量就不说了，与 C 的指针是一样的。C++如果不特别处理，指针也是4字节，仅仅表示目标的地址。
指向数组的话，descriptor 大概会是类似这样一个结构体：
Type Pointer_descriptor
integer Pointer_address !// 这个是与 address 等效的
integer Array_Dimension !// 数组的维度
integer Array_Size_Element !// 数组每个元素的大小
integer ArrayUBound( Array_Dimension ) , ArrayDBound( Array_Dimension ) !// 每个维度的上下限
End Type Pointer_descriptor
这个结构体在源代码中并不存在，Intel Fortran 会采用类似这样的结构来描述一个指向数组的指针。其他编译器会有类似的描述，但不完全相同。
由此可知，指向数组的指针所占的内存，通常在几十字节。如果你指向一个 a(2,2) 的数组，那么指针所占的内存反而比数组本身还大。如果你指向一个 a(100,100) 的数组，那么指针所占的内存就比数组小得多了。
Fortran 的指针，会比 C 的指针占的内存要大一些。
指针交换数组，通常也会比数组直接交换要高效。（注意是通常，上面的可作为反例）
这可以从生活中得到一些类比：
假设两家人，王家住在XX街18号，李家住在XX街9号。现在两家要搬家，各自搬到对方家。（交换房屋）
数组交换就好比：王家把家具床柜子桌子凳子日用品全部搬到临时住处，然后李家把家具床柜子桌子凳子日用品全部搬到王家，最后王家再从临时住处搬到李家。
而指针交换就好比：把18号门牌挂到临时住处，把9号门牌挂到原18号，最后把18号门牌挂到原9号。
显然，指针交换更高效。
Fortran 的指针与 C 的指针差别就是，C 的指针只有地址（门牌号），Fortran 的指针除了地址，还有数组的一些参数，如维度，单元素的大小，各维度上下限（可以类比王家李家的电费余额，水表底数）。 Fortran指针是Fortran90标准引进的，之前Fortran中没有指针（编译器扩展除外），所以Fortran77高手基本上不使用指针。
Fortran的强项在于数组操作，所以学习Fortran一定要下功夫学好数组相关的内容。
在Fortran中，指针一般用在一些特殊的场合，比如链表等动态数据结构的实现，与C的互操作以及楼主提到的通过地址操作才能实现高效的少数场合。指针的缺点是容易出现内存泄漏和dangling pointers，因此应用要非常小心。除此之外，可用于可分配数组的一些内部函数也不能用于指针。
楼上说得没错，严谨和灵活往往不可兼得。
实际上，Fortran 的参数默认是传址的，一定程度上就是指针。所以语法层面上不使用指针也能完成很多事情。
而 C 的参数默认是传值的，如果语法层面上也不使用指针，很多事情就捉襟见肘。
我对指针还是抱有挺乐观的观点的，如果有大量数据的操作，合理应用指针可以提高程序执行效率。
但稍不熟练就容易造成内存里分配了数据，指针都指走了，导致占用内存而且无法使用，如果这样的情况出现在循环里，就是内存泄露，情况就遭了。 chuxf 发表于 2014-2-20 09:49
Fortran 的指针具有特殊性。一般来说，所占的内存比它的Target要少很多很多。
if 指向单变量或结构体 then ...
谢谢讲解，又增长了点知识。
这样看来用指针指向大型数组是比较划算的:lol。
单个变量是不是就不怎么样了，因为一个real好像也是４字节吧。
另外也谢谢jason388和fcode能说出自己对指针的理解。 指向单变量的指针也是可以用的。
譬如，以前要相同的处理两个量。需要写两种可能，有了指针，只写一种就可以了。
real :: rAmp , rPhz
if ( ... )
call proc( rAmp )
rAmp = func( rAmp )
call write( rAmp )
else
call proc( rPhz )
rPhz = func( rPhz )
call write( rPhz )
end if
用指针的话，可以很简单的写为：
real , target :: rAmp , rPhz
real , pointer :: p
if ( ... )
p => rAmp
else
p => rPhz
end if
call proc( p )
p = func( p )
call write( p )
当然了，把那三句话写成子程序，用 rAmp 和 rPhz 分别做参数，也可以。但是相对还是麻烦些 膜拜各位大虾
Fortran还不支持指针数组，不然在数值计算中也可以经常用用的 delta 发表于 2014-2-21 10:08
膜拜各位大虾
Fortran还不支持指针数组，不然在数值计算中也可以经常用用的 ...
有一个像是“耍赖皮”的方法使用指针数组。
type pST_Array
real , pointer :: p( : )
end type pST_Array
Type ( pST_Array) , pointer :: pA( : )
integer :: i , j
Allocate( pA( 10 ) ) !// 产生10个指向数组的指针。
Do i = 1 , 10
Allocate( pA(i)%p(2) ) !// 每个指针指向一个2元素数组
Do j = 1 , 2
pA(i)%p(j) = i*100+j
End Do
End Do
Do i = 1 , 10
write( * , * ) pA(i)%p( : )
End Do
!// 尚未书写释放指针代码
End Program 这里写 Fortran 代码有个 bug
p(:) 会被替换成表情。得写成 p( : ) 本帖最后由 btx97 于 2014-2-21 16:37 编辑
delta 发表于 2014-2-21 10:08
膜拜各位大虾
Fortran还不支持指针数组，不然在数值计算中也可以经常用用的 ...
c 语言有指针数组和数组指针的区别，但fotran里好像没有这样的区别吧。
我的例子程序中p1指向了一个数组，这是数组指针的概念的吧。
但p1本身也是个数组，p1(i,j)可以取出所对应的变量值，这个是指针数组的概念吧。
c语言里可以移动一个指针到指定内存单元，如p+1。fortran里好像没这个功能。
而且fortran里也不能拿单个(非数组)指针去指向一个数组。
我哪说错了，你们随便指正哈。学习中，有人指出错误很重要。
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