Fortran的数组与指针

个人理解，欢迎指正

指针就是记录数据的内存地址的变量。指针可以指向单个变量，也可以指向数组。

数组是一个概念，是若干个类型相同的元素的有序集合。在Fortran语言中，数组中存放的元素，可以是整数，实数，复数，甚至结构体（或称自定义数据类型）。但是，在Fortran中，数组中存放的元素不能是指针。即不存在这样一个数组，该数组的每一个元素都是一个指针，分别指向不同的数组。

那么怎样才能实现，有一个数组，而数组中每一个元素都能指向其它数组呢？

因为数组中存放的元素可以是结构体，那么可以通过定义一个结构体，在结构体中定义一个指针变量来解决。

type container
  class(object), pointer :: obj
end type container
 
type(container), allocatable, dimension(:) :: objects
allocate (objects(:num_objects))
objects()%obj => s1

其中，objects(0:num_objects)就是定义的结构体数组，数组中的第0个元素的obj分量（objects(0)%obj）指向一个变量s1，s1是类型为object的变量。

上式objects数组中的每一个元素都是指向单个变量的，那么如果需要结构体数组中的每一个元素都指向一个数组，则定义结构体中的指针变量需要定义为是指向数组的（下面第10行）：

 program ex1
 implicit none
 integer :: i,j
 
 !//声明目标数组work
 real(RK),allocatable,target :: work(:,:)
 
 !//定义结构体类型qcontainer，该类型中的分量obj可以指向一个一维的数组
 type qcontainer
         real(RK),pointer :: obj(:)
 end type qcontainer    
 
 !//声明一个一维的的数组qtwork
 type(qcontainer),allocatable :: qtwork(:) 
 
 !//定义数组work并赋初值
 allocate(work(,))
 do i=,
     do j=,
         work(i,j)=i*j***
     end do
 end do
 
 !//定义数组qtwork
 allocate(qtwork())
 
 !//qtwork中第j个元素的object分量指向数组work的第j列
 qtwork(j)%obj => work(:,j)
 
 end program ex1

关于彭书中的“”指针数组“

彭国伦《Fortran95程序设计》书中275页上说，“指针也可以声明成数组”，并给了以下示例代码

 program ex1004
   implicit none
   integer, pointer :: a(:)
   integer, target  :: b()=(/ ,,,, /)
   ! 把指针数组a指向数组b
   a=>b
   ! a(～)=>b(～)
   write(*,*) a
   a=>b(:)
   ! a()=>b(), a()=>b(), a()=>b()
   write(*,*) a
   a=>b(::)
   ! a()=>b(), a()=>b(), a()=>b()
   write(*,*) a
   a=>b(::-)
   ! a()=>b(), a()=>b(), a()=>b(), a()=>b(), a()=>b()
   write(*,*) a
   stop
 end

这里用指针a表示了数组b。这告诉我们，指针不仅可以指向单个变量的内存地址，还可以指向数组。

但是需要注意的是，指针a(:)中的每一个变量a(i)都确定的表示了某一个单独的变量，而不是表示变量的集合的数组。即指针a(:)只能表示一个数组，不能同时表示多个数组的集合。

另外，需要注意，声明指针a的时候，可以说明a的形状，但不能指定a的数组大小。换句话说，声明指针a的时候，可以告诉编译器，a所指向的变量是几维的数组，但是不能告诉编译器，a所指向的数组是大小是100×100的。

第3行换成以下语句是非法的

!//非法的代码
 integer, pointer :: a()

编译器错误提示是“ ALLOCATABLE or POINTER attribute dictates a deferred-shape-array.” 即声明变量时，allocatable或pointer的属性表明数组为假定形状数组。如果此时声明上述语句（即给了数组的大小），那显然矛盾。

总结

• 在Fortran中，指针可以指向一个数组或者一个数组中的一部分，但指针不能同时表示多个数组。
• 数组是若干相同类型元素的集合，但数组的元素不能是指针。
• 如果想实现一个数组，且数组的元素具有指针的功能，可以定义一个结构体类型的数组。

附录代码：

 program test
     implicit none
     integer i,j,k
     real,allocatable,target :: work(:,:)
 
     type qcontainer
         real,pointer :: obj(:)
     end type qcontainer
 
     type(qcontainer),allocatable :: qtwork(:) ,qtemp
 
     allocate(work(,))
     allocate(qtwork())
 
     !//初始化
     do j=,
         do i=,
             work(i,j)=i*j***
         end do
     end do
 
     !//指针变量赋值
     do j=,
         qtwork(j)%obj => work(:,j)
     end do
 
     !//打印输入数组
     print*,"input array: "
     do j=,
         print*,work(:,j)
     end do
 
     !//打印指向的数组
     print*,"point array: "
     do j=,
         print*,qtwork(j)%obj
     end do
 
     !//置换
     print*,"swap"
     qtemp = qtwork()
     do j=,
         qtwork(j) = qtwork(j+)
     end do
     qtwork()=qtemp
 
     !//输出置换结果
     do j=,
         print*,qtwork(j)%obj
     end do
 
     deallocate(work)
 
     end program

输出结果：

 input array:
   7.000000       14.00000
   28.00000       56.00000
   63.00000       126.0000
 point array:
   7.000000       14.00000
   28.00000       56.00000
   63.00000       126.0000
 swap
   28.00000       56.00000
   63.00000       126.0000
   7.000000       14.00000
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