Fortran中的纯子例程 - 编译器优化

Question

我最近发现Fortran中纯函数和子程序的用法。根据Fortran手册所示，似乎我的大多数子程序实际上都可以定义为纯函数（因为我总是指定所有参数的意图，并且通常在大多数子程序中没有"save"、"pause"或外部I/O）。 那么我的问题是：我应该这样做吗？我想知道编译器是否优化纯函数更好，还是根本不重要，或者会让情况变得更糟。 谢谢！

- Tibo

Answer 1

与编译器协作生成良好代码，您提供的信息越多，您和编译器就可以更好地合作。

无论是使用intent（in）为您不更改的任何虚拟参数进行标记，还是对常量使用parameter，或者明确将没有任何副作用的子程序标记为pure，或者在您并不真正关心循环计算顺序时使用forall，通过更加明确地表达您想要发生的情况，您将获得以下好处：

• 编译器现在可以在编译时检测到更多错误 - 嘿，您修改了那个您说是意图“in”的参数，或者在纯函数中修改了该模块变量。
• 下一个来到代码并不知道它要做什么的人（这个人可能是三个月后的您）可以更清楚地理解您的代码。
• 编译器可以更积极地进行优化（如果编译器从您那里得到保证，即什么都不会改变，它可以增强优化）。

在这三个好处中，优化可能并不是最重要的；在纯函数的情况下，聪明的编译器可能可以通过静态分析看到您的子例程没有副作用。 尽管如此，您能够提供的保证越多，它就可以更好地优化您的代码而保持正确性。

- Jonathan Dursi

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我只想补充一点，现在推荐使用“do concurrent”而不是“forall”。 例如，参见英特尔文档的第23页。 - max

你可以使用 pure 关键字作为副作用检测器。只需将编写的所有函数声明为 pure。如果函数具有副作用，编译器会发出警告。如果发生这种情况，请考虑是否可以重构它以成为无副作用的函数，否则请删除 pure。这样，您将更好地理解代码并自动编写更干净的代码。 - user26756

Answer 2

据我所知，在顺序模式下这并没有什么影响。但是，如果您激活“自动并行化”选项，则编译器有时会利用PURE声明来并行化循环（多线程），其中包含对纯子例程的调用（如果子例程不是纯的，则不能冒险）。

出于同样的原因，对于希望手动设置//指令（例如OpenMP）的程序员来说，PURE声明也非常有用，因为这样的过程出现问题的风险相当有限。通常可以并行化具有对非纯子例程的调用的循环，但这需要进行深入的验证...

- Francois Jacq

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另一方面，编译器可能不会并行化纯子程序内部的任何内容，因此要小心。 - Vladimir F Героям слава