Fortran中的深度数组复制

Question

我需要在Fortran（90）中深度复制一个（真实）数组，但我不确定如何获得它，因为我并不完全理解引用的工作原理。直觉上，我希望这样做可以得到我想要的结果：

do i=1,n
  b(i) = a(i)
end do

最近有人指出对我说，b(1:n) = a(1:n)与上面的代码等效。 直觉上，我会认为b(1:n) = a(1:n)仅仅是将b(1:n)的引用指向内存中a(1:n)的位置。

b(1:n) = a(1:n)是深拷贝吗？ 为什么？ 在底层引用方面发生了什么，与b = a不同？

- astay13

Answer 1

你提到的三种复制数组的方法，使用do循环、b(1:n) = a(1:n) 和 b = a ，它们都是等效的；它们将数组a的内容复制到数组b中。 a和b只是普通的数组，而不是什么高级指针之类的东西，所以赋值a = b基本上与数学表达式相同。这里没有任何引用的魔法（用户需要知道的），这就是Fortran语言相对简单易学的原因。在Fortran中可以有指针数组，但这是一个完全不同的问题。

M Metcalf和J Reid的《Fortran 90/95 explained》是咨询Fortran语言特性的好参考资料。从第48页开始：

3.11 数组赋值

通过内部赋值，可以将数组表达式分配给相同形状的数组变量，这被解释为如果将表达式的每个元素分配给变量的相应元素。例如，具有如下声明：

real, dimension(10, 20) :: a

这个任务

a = a  + 1.0

将 i=1,2..,10 和 j=1,2,..,20 的 a(i,j) 替换为 a(i,j)+1.0。

此外，请注意，标量表达式可以分配给数组，此时标量值会广播到所有数组元素中。

关于实际的实现方式，这完全是Fortran标准未指定的。这种情况未指定，以允许编译器作者进行任何他们认为适合的优化。例如，在赋值语句 a = b 中，Fortran标准未指定将 b 的元素复制到 a 中的顺序，因此不同的编译器可能以不同的方式执行此操作。对于此问题，你需要知道的是，只要 a 和 b 不是指针，则它们是不同的数组，并且更改一个数组的元素不会更改另一个数组的相应元素。因此，在某种意义上，a=b 是一种“深度复制”，你可以将其视为将 b 中的所有项复制到 a 的内存位置。

- Chris

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@IanH 这不是我非常了解的事情，所以我在我的回答中只关注了数组。如果您想发布一个答案，展示派生类型上述情况不适用的例子，那将会很有趣。 - Chris

抱歉那些话语有点啰嗦，那只是一个未完成的思维泡泡，我认为与问题无关（因为发帖人特别提到了REAL变量）。我甚至没有意识到它已经被发布了。 - IanH

“b(1:n) = a(1:n)” 和 “b = a” 不是等价的。前者不会检查必要的重新分配，例如。 - Vladimir F Героям слава

@VladimirF，抱歉回复这篇旧帖子，您能否更详细地解释一下“必要的重新分配”是什么意思？谢谢。 - user26143

如果左侧的数组未被分配或者已经被分配为不同大小，a = b 将自动将 a 重新分配为与 b 相同的大小。这需要检查它们是否符合规格，但对于 b(1:n) = a(1:n) 则无需进行此操作，因为不会发生任何重新分配。 - Vladimir F Героям слава

Answer 2

a = b将整个数组b复制到a中。如果您只想获取n维大于的数组的一部分，则可以使用下标符号a(1:n) = b(1:n)。这是Fortran 90——比FORTRAN 77更高级的语言。我们可以通过该语句使用操作符"="，知道"a = b"是一个复制而不是关联指针a和目标b。指针关联使用=>。

编辑：通过复制，它创建了一个副本，可能与您的do循环具有相同的机器代码。指针关联则是在不执行循环以复制所有数组元素的情况下进行引用。

详见http://en.wikipedia.org/wiki/Fortran_95_language_features

- M. S. B.

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它是如何复制的？通过将a的引用指向内存中b的位置，或者通过将b中所有项的副本移动到内存中a的位置？ - astay13

@astay13，Fortran不是Java或C#。它没有引用(reference)的概念，但有指针(pointers)，使用特殊语法来关联，正如M. S. B.所指出的(=>而不是=)。例如，gfortran 使用memcpy (位拷贝，非常快速)或隐藏的DO循环，在上下文中实现数组的复制。 - Hristo Iliev

@HristoIliev，是的，这个问题出现是因为Java是我的第一语言，所以我习惯于用=来进行引用赋值的思考。 - astay13