Fortran 函数返回可分配数组

Question

让我考虑一个返回 allocatable 数组的函数。保存结果的数组变量（在函数外）是否应该在赋值之前分配？

例如，考虑以下程序

program mem
  implicit none

  interface
     function get_matrix() result(res)
       real(kind=kind(0.d0)), allocatable :: res(:,:)
     end function get_matrix
  end interface

  real(kind=kind(0.d0)), allocatable :: w(:,:)

  allocate(w(2,2)) ! Is this necessary?
  w=get_matrix()
  deallocate(w)

end program mem

function get_matrix() result(res)
  real(kind=kind(0.d0)), allocatable :: res(:,:)

  allocate(res(2,2))
  res = 0.d0
  res(1, 1) = 1.d0
  res(2, 2) = 1.d0
end function get_matrix

根据this, and ，为get_matrix的结果分配的数组res一旦超出范围就会被释放。

在主程序中对非分配变量 w 的赋值是否会延长 get_matrix 结果的范围？换句话说，如果我在主程序中省略 allocate(w(2,2))，我会得到未定义的行为吗？

省略 allocate(w(2,2)) 并使用 gfortran 9.2.0 和选项 -Wall -std=f2008 进行编译会给出以下警告

mem.f90:13:0:

   13 |   w=get_matrix()
      | 
Warning: ‘w.offset’ is used uninitialized in this function [-Wuninitialized]
mem.f90:13:0: Warning: ‘w.dim[0].lbound’ is used uninitialized in this function [-Wuninitialized]
mem.f90:13:0: Warning: ‘w.dim[0].ubound’ is used uninitialized in this function [-Wuninitialized]
mem.f90:13:0: Warning: ‘w.dim[1].lbound’ is used uninitialized in this function [-Wuninitialized]
mem.f90:13:0: Warning: ‘w.dim[1].ubound’ is used uninitialized in this function [-Wuninitialized]
mem.f90:13:0:

   13 |   w=get_matrix()
      | 
Warning: ‘w.dim[0].lbound’ may be used uninitialized in this function [-Wmaybe-uninitialized]
mem.f90:13:0: Warning: ‘w.dim[0].ubound’ may be used uninitialized in this function [-Wmaybe-uninitialized]
mem.f90:13:0: Warning: ‘w.dim[1].lbound’ may be used uninitialized in this function [-Wmaybe-uninitialized]
mem.f90:13:0: Warning: ‘w.dim[1].ubound’ may be used uninitialized in this function [-Wmaybe-uninitialized]
mem.f90:13:0: Warning: ‘w.dim[0].ubound’ may be used uninitialized in this function [-Wmaybe-uninitialized]
mem.f90:13:0: Warning: ‘w.dim[0].lbound’ may be used uninitialized in this function [-Wmaybe-uninitialized]
mem.f90:13:0: Warning: ‘w.dim[1].ubound’ may be used uninitialized in this function [-Wmaybe-uninitialized]
mem.f90:13:0: Warning: ‘w.dim[1].lbound’ may be used uninitialized in this function [-Wmaybe-uninitialized]

然而，运行带有valgrind的程序以及用-fbounds-check、-fsanitize=address或-fsanitize=leak编译的程序不会给出任何错误。此外，最后的指令 deallocate(w) 并没有使程序崩溃，这表明 w 包含 get_matrix 分配的内存，因此不需要分配 w在主程序中。

同时，在代码中包含allocate(w(2,2))会抑制编译器警告。尽管给人的印象是相同的内存被分配了两次，valgrind 并没有报告内存泄漏，事实上，报告的内存使用情况完全相同。

将 allocatable 数组存储为函数结果的正确方法是什么？在存储get_matrix的结果之前是否需要分配w？

Answer 1

GCC bugzilla 中有许多类似的错误，它们被认为是您的编译器问题，而不是您的代码问题。有些已经修复，有些未修复 67679 66459 88455 以及更多（很多重复项）。

尝试最新版本的编译器，但它可能仍然存在。

作为解决方法，我使用-Wno-maybe-uninitialized。

Answer 2

无需预分配或解除分配。编译器会处理这个。以下代码在 Intel fortran 中按预期工作。

program Console1
implicit none
! Variables
real(8), allocatable :: A(:,:)
integer :: i, j

! Body of Console1

A = get_matrix(6,4)

do i=1, size(A,1)
    print '(*(g9.4),1x)', A(i,:)
end do    

contains

function get_matrix(n,m) result(res)
integer, intent(in) :: n,m
real(8), allocatable :: res(:,:)
integer :: i

    allocate(res(n,m))
    res = 0d0
    forall(i=1:min(n,m)) res(i,i)=1d0

end function

end program Console1

输出：

1.000    0.000    0.000    0.000
0.000    1.000    0.000    0.000
0.000    0.000    1.000    0.000
0.000    0.000    0.000    1.000
0.000    0.000    0.000    0.000
0.000    0.000    0.000    0.000

PS。使用 contains 关键字将函数放在程序声明中。这样它们就不是外部函数，也不需要接口声明。

Answer 3

ja72 和 Vladimir F 的回答是正确的。但是，为了完整起见，我将讨论另一点。在声明中

var = function_ref()

右边是对具有可分配结果的函数的引用，就可分配性质而言，实际上并没有什么特别之处。该表达式不是可分配的实体。

因此，我们的作业与其他作业非常相似

var = expr

右边是一个表达式。也就是说，从具有可分配结果的函数进行分配不需要特别考虑。（当然，函数结果必须分配，但那是另一回事。）

在问题的情况下，通常的内在赋值规则适用。特别是，我们不需要在赋值之前分配w。

开启

Furthermore, the instruction deallocate(w) at the end does not crash the program, suggesting that w contains the memory allocated by get_matrix and, hence, one does not need to allocate w in the main program.

又有话要说。 get_matrix 的函数结果本身在赋值中使用后被释放。 w 是一个独立于函数结果的实体，内部赋值导致 w.

的分配

所以，不，你没有"prolong the scope of the result"：你已经复制它到一个新分配的变量，然后在它完成后释放。考虑使用

这样的表达式

var = function_ref() + 1

同样，我们有一个表达式要赋值，但我们期望函数结果为 "persist" 吗？

还要考虑。

Fortran 函数返回可分配数组

Fortran function returning allocatable array

function

fortran

allocatable-array