Fortran学习笔记：03 数组(Array)
Fortran学习笔记目录
书接上回：Fortran学习笔记：02 流控制语句
数组(Array)
定义数组
一维数组
program main
implicit none
integer :: i
integer :: a(10)
do i=1,10,1
a(i)=i*i;
end do
do i=1,10,1
write(*,*) "i=",i,"i*i=",a(i)
end do
end
数组申明格式：
Datatype name(size)
注意，size必须为常数，数组索引默认从1开始
多维数组
最多可以声明7维数组，声明格式
integer :: a(D1,D2,D3,...,Dn) !n维数组
其他数组声明方式
没有特别赋值的情况下，数组的默认索引是从1开始的，例如
integer :: a(3) !包含a(1),a(2),a(3)
自定义范围声明
integer :: a(0:2) !一维数组包含a(0),a(1),a(2)
integer :: b(2:3,-1:1) !二维数组b(2~3,-1~1)都可以使用
赋初值
直接赋初值
integer :: a(row,col)=0
program main
implicit none
integer ,parameter:: row=10
integer ,parameter:: col=10
integer :: a(row,col)=0
integer :: i,j
do i=1,row,1
do j=1,col,1
write(*,*) a(i,j)
end do
end do
end
对数组的操作
Fortran 95拥有强大的数组操作方法，简化许多for循环操作
等号赋值
integer :: a(10),b(10)
!!数组赋值!!
a=10
!等效于
do i=1,10,1
a(i)=10
end do
!!数组复制!!
b=a
!等效于
do i=1,10,1
b(i)=a(i)
end do
矩阵基本运算
\(+,-,*,/\)基本四则运算与Matlab中点乘、点除方法相同，均为数组对应元素进行四则运算
| 数组操作 | 意义 |
|---|---|
| \(a=b+c\) | \(a(i,j)=b(i,j)+c(i,j)\)矩阵对应位置数值相加 |
| \(a=b-c\) | \(a(i,j)=b(i,j)-c(i,j)\)矩阵对应位置数值相减 |
| \(a=b*c\) | \(a(i,j)=b(i,j)*c(i,j)\)矩阵对应位置数值相乘 |
| \(a=b/c\) | \(a(i,j)=b(i,j)/c(i,j)\)矩阵对应位置数值相除以 |
program main
implicit none
integer ,parameter:: row=10
integer ,parameter:: col=10
integer :: a(row,col)
real :: b(row,col),c(row,col)
integer :: i,j
a=10
b=.5
c=a*b
do i=1,row,1
do j=1,col,1
write(*,*) c(i,j)
end do
end do
end
矩阵切片运算
可以通过对矩阵中部分数据进行赋值操作，Matlab中矩阵切片方式继承了Fortran语言这一形式。
a(3,5)=5 !a(3),a(4),a(5)数值设置为5
a(3:)=5 !a(3)之后的数值设置为5
a(3:5)=(/3,4,5/) !a(3),a(4),a(5)数值分别设为3,4,5
a(1:3)=b(4:6) !a,b赋值
a(1:5:2)=3 !a(1),a(3),a(5)赋值为3，1~5增量为2
a(1:10)=a(10:1:-1) !翻转a
integer :: a(5),b(5,5)
a(:)=b(:,2) !b中第二列赋值给a
integer :: a(5,5),b(5,5,5)
a(:,:)=b(:,:,1)
注意在进行数组操作时，需要保证两边数组数目一致
WHERE 语句
where是Fortran95添加的功能，可以通过逻辑判断，对数组部分元素进行操作。例如以下例子，可以将a中<3的数组元素赋值给b
program main
implicit none
integer :: i
integer :: a(5)=(/(i,i=1,5)/)
integer :: b(5)=0
where(a<3)
b=a
end where
write(*,*) "a=",a
write(*,*) "b=",b
stop
end
!输出
a= 1 2 3 4 5
b= 1 2 0 0 0
where也可以作嵌套，elsewhere(逻辑判断)
program main
implicit none
integer :: i
integer :: a(5)=(/(i,i=1,5)/)
integer :: b(5)=0
where(a<3)
b=1
elsewhere(a>4)
b=2
elsewhere
b=3
end where
write(*,*) "a=",a
write(*,*) "b=",b
end
!输出
a= 1 2 3 4 5
b= 1 1 3 3 2
FORALL语句
forall是Fortran95中添加的功能
program main
implicit none
integer :: i
integer :: a(5)=0
forall(i=1:5:2) !1~5，增量为2
a(i)=5
end forall
write(*,*) "a=",a
forall(i=1:5)
a(i)=i
end forall
write(*,*) "a=",a
stop
end
!输出
a= 5 0 5 0 5
a= 1 2 3 4 5
对于二维数组，有相同的操作
program main
implicit none
integer :: i,j
integer :: a(5,5)=0
forall(i=1:5:1,j=1:5:1)
a(i,j)=i+j
end forall
do i=1,5,1
write(*,*) a(:,i)
end do
stop
end
!输出
2 3 4 5 6
3 4 5 6 7
4 5 6 7 8
5 6 7 8 9
6 7 8 9 10
还可以在forall中添加条件判断，语法为
forall(索引1,索引2，逻辑判断)
program main
implicit none
integer :: i,j
integer,parameter :: N = 5
integer :: a(N,N)=0
forall(i=1:N,j=1:N,i>j) a(i,j)=1 !上三角
forall(i=1:N,j=1:N,i==j) a(i,j)=2 !对角线
forall(i=1:N,j=1:N,i<j) a(i,j)=3 !下三角
write(*,"(5(5I5,/))") a
stop
end
!输出
2 1 1 1 1
3 2 1 1 1
3 3 2 1 1
3 3 3 2 1
3 3 3 3 2
forall可以嵌套多层，forall中可以使用where，但是where中不能使用forall，例如
program main
implicit none
integer :: i,j
integer,parameter :: N = 5
integer :: a(N,N)=0
forall(i=1:N)
forall(j=1:N)
a(i,j)=i+j
end forall
end forall
write(*,"(5(5I5,/))") a
forall(i=1:N)
where(a(i,:)/=6)
a(i,:)=0
end where
end forall
write(*,"(5(5I5,/))") a
stop
end
!输出
2 3 4 5 6
3 4 5 6 7
4 5 6 7 8
5 6 7 8 9
6 7 8 9 10
0 0 0 0 6
0 0 0 6 0
0 0 6 0 0
0 6 0 0 0
6 0 0 0 0
数组的存储规则
可变大小的数组
利用allocate与deallocate分配与释放内存
program main
implicit none
integer :: students
integer,allocatable :: a(:)
integer :: i
write(*,*) "How many students:"
read(*,*) students
allocate(a(students)) !分配内存
write(*,*) "size of array = ",size(a)
deallocate(a) !释放内存
stop
end
测试程序(测试当前计算机所能分配的最大内存)
program main
implicit none
integer :: size_N=0,error=0
integer,parameter :: one_mb=1024*1024
character,allocatable :: a(:)
do while(.true.)
size_N=size_N+one_mb
allocate(a(size_N),stat=error) !分配内存
if(error/=0) then
exit
end if
write(*,"('Allocate ',I10,'bytes')") size_N
write(*,"(F10.2,'MB used')") real(size_N)/one_mb
deallocate(a) !释放内存
end do
stop
end
数组应用实例
冒泡排序
program main
implicit none
integer :: a(5)=(/10,2,5,4,6/)
integer :: i,j,temp
write(*,"(5(I5))") a
do i=1,5
do j=i+1,5
if(a(i)>a(j)) then
temp=a(i)
a(i)=a(j)
a(j)=temp
end if
end do
end do
write(*,"(5(I5))") a
stop
end program
!输出
10 2 5 4 6
2 4 5 6 10
