现代Fortran求解器的良好面向对象设计

Question

现代Fortran求解器的良好面向对象设计

oopfortranfortran2003

5

我正在设计一个Fortran代码来解决PDE系统问题。

目前，我有一个类型为“Variable”的对象，其中包含多个属性，最重要的是存储数值的数组“val”。

同时，我还有一个“solver”类，用于对“variable”进行计算。我认为每次运行“solver”时将整个“variable”传递给它，并使用“variable％val”进行操作（在执行期间需要多次运行），效率会很低，因此我决定在“solver”类中定义指针字段，以将其绑定到适当的变量。例如：

program example
    use variable
    use solvers

    type(Variable) T 
    type(Solver) solver_temperature

    !Contructors
    call T%create()
    call solver_temperature%create(T)

    call solver_temperature%solve()
end program example

解决器模块

module solvers
type Solver
    real*8, pointer :: T(:,:)

contains 
    procedure :: create
    procedure :: solve
end type

contains
    subroutine create(this,T)
        type(Solver) :: this
        type(Variable) :: T

        this%T => T%val
    end subroutine
end module

在我的程序中，我为不同的物理特性和不同的解算器定义了不同的变量，并以我上面展示的方式将它们与这些变量相关联。

我对OOP还很陌生，所以我的问题是这是否是一个合理的设计？特别是从性能的角度来看。与仅将T作为数组并将其传递给子例程solve相比，速度如何？有没有一些常规的方法来做到这一点？

- tiam

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我认为变量指针没有太多意义。将其作为虚拟参数传递似乎更自然。这只是一个数组描述符，对性能没有什么不好的影响。 - Vladimir F Героям слава

1个回答

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可以查看英文原文，
原文链接

- High Performance Mark · Accepted Answer

我已经使用Fortran的面向对象特性工作了一年左右，以下是一些扩展评论。

如果你只关心执行速度，那么通常最好避开面向对象的特性（基于论点和我的经验而非数据），但在许多情况下，同样的论点也适用于要在FORTRAN77之后添加到语言中的任何东西。

支持面向对象的论据更强调代码设计、可理解性、可扩展性等问题。如果这些对你有所影响，那么你应该考虑使用面向对象的特性。

正如 Vladimir 已经评论的那样，使用变量指针似乎没有太大意义。不要忘记，大多数Fortran实现都采用按引用调用，以避免复制（大量的）数据。

个人而言，我不喜欢你定义类型限定过程 create 的方式。我更喜欢将这种操作实现为函数，这样我就可以编写以下行：

t = solver%new()

而不是你的

call T%create()

注意，这只是我个人的偏好，更多是关于风格而非效率或正确性的问题。我注意到你没有声明子程序create的参数意图，可能是因为你只发布了代码片段。

由于面向对象在Fortran中相对较新（并且可以说在Fortran广泛使用的领域中大多数人都不太熟悉），因此没有太多有用的材料来指导我们采用它。我建议阅读Scientific Software Design。它对这个主题进行了适当的涵盖，并阐述了科学和工程程序员应该采用面向对象编程的论点。