Fortran中的intent(inout)与省略intent的区别

Question

良好的惯例规定，Fortran中的子程序参数应该每个都有一个指定的意图（即使用 intent(in)、intent(out) 或 intent(inout)，详见此问题）：

subroutine bar (a, b)
    real, intent(in) :: a
    real, intent(inout) :: b
    b = b + a
    ...

然而，不指定意图也是合法的Fortran：

subroutine bar (a, b)
    real, intent(in) :: a
    real :: b
    b = b + a
    ...

除了编译时检查，指定为 intent(inout) 的参数和未指定 intent 的参数之间是否有任何真正的区别？如果我要给老的、没有指定 intent 的代码添加意图，是否需要担心什么？

- Andrew Walker

Answer 1

根据亚当斯等人的《Fortran 2003手册》，intent（inout）参数和未指定意图的参数之间有一个区别。 在intent（inout）情况下，实际参数（即在调用者中）必须始终是可定义的。 如果未指定意图，则如果子例程尝试定义虚拟参数，则该参数必须是可定义的。 "可定义"是指设置值：dummy_arg = 2.0。显然，如果这样做，实际参数应该是一个变量。对于intent（inout），无论子程序是否执行此操作，实际参数都必须是可定义的。如果没有指定意图，则取决于该子程序调用的情况-如果子程序不定义变量，则没有问题；如果它这样做，那么就有问题-例如，向常量作为实际参数写入显然会引起问题。

这并不意味着编译器将诊断所有这些情况-编译器需要诊断的标准是不同的问题。在编译时检测意图未指定的错误几乎不可能，因为违规行为取决于代码的运行时流程。对于intent（inout）情况，编译器更容易诊断并警告您代码中的问题。

- M. S. B.

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好的！您能否举一个子程序的例子来解释它们之间的差异？ - jvriesem

Answer 2

您的问题让我想到（现在有很多事情要做），如果您的代码将参数作为实际参数传递，然后子程序尝试写入该参数，您可能会遇到行为差异。 没有INTENT声明，编译器可能会让这个问题继续存在，导致奇怪的行为。有了声明，我期望会出现编译时错误。

您和我可能认为INOUT和没有INTENT声明之间没有区别，但不要忘记有很多旧的Fortran程序，与旧语言版本兼容是新标准的重要特性。如果它是正确的（但危险的）FORTRAN77，则许多人希望他们的代码仍然可以使用Fortran 90+编译器（虽然仍然危险）。

2003年标准的快速阅读确实表明INOUT和没有INTENT之间有区别，但需要更仔细地阅读。如果您测试了此功能，请告诉我们您的结论；如果我稍后有时间，我会自己测试并告诉您。

- High Performance Mark

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我构建了四个测试用例，试图修改子程序中的参数。两个测试使用了独立的外部子程序--即它们在单独的文件中--一个有intent(inout)声明，一个没有。编译器对它们都没有投诉，这并不奇怪（没有接口），但结果的exe会发生段错误。我将子程序放入一个模块中进行了最后两个测试，看到了无意向声明的segfault以及一个编译器错误（"实际参数在(1)处必须可以定义，因为虚拟参数“b”的INTENT=OUT/INOUT"）与接口一起使用。这是使用来自debian系统的gfortran 4.4.4-2的情况。 - Andrew Walker

现如今，参数被放置在内存的只读标记部分，但这并不总是正确的。在很早期的编译器中一个著名的例子就是重新定义数字常量。http://coding.derkeiler.com/Archive/Fortran/comp.lang.fortran/2005-01/0485.html - Vladimir F Героям слава

Answer 3

要了解意图在内/外的作用，您需要知道Fortran 实际上通过引用传递变量。但这并不总是与实际传递引用相同。

如果您将2-D数组的内部子部分（即：data(i1:i2, j1:j2)）传递给子例程，则Fortran会将该数据复制到一个连续的内存段中，并将新地址传递给例程。返回时，数据将被复制回其原始位置。

通过指定INTENT，编译器可以跳过其中一个复制操作。

它不仅充当修改要保留不变的数据的安全保障，而且在处理大型数据集时还可以加快代码速度。

- Vladimyr

Answer 4

为了更好地解释M.S.B.的答案，省略intent可以提供更多的灵活性，但代价是减少编译时检查。没有intent，如果你知道代码分支不会尝试修改它，你可以传递一个字面常量；而使用intent(inout)，如果你尝试这样做，编译器可能会警告你。这在“双重”过程中可能很有用，这些过程将根据选项修改或不修改某个参数，例如：

subroutine copy(x,a,readwrite)
integer :: x, a
integer, intent(in) :: readwrite

if (readwrite == 0) then
  x = a
else
  a = x
end if

end subroutine

如果您想将 intent 添加到 x 和 a 中，它们两个都必须是 inout，因为它们都可能被读取和修改。但这不允许您编写例如：

call copy(x,3,0)  ! equiv. to x=3
call copy(42,a,1) ! equiv. to a=42

这个例子有些愚蠢，但可以想象一个更复杂的子程序，它可以读取或写入带有一些复杂格式的文件。（我并不是说这是最好的解决方案，但这是你可以轻松找到的东西。）

- Jellby