О. В. Бартеньев. Современный ФОРТРАН
Параметры неявных циклов операторов В/В не являются операторными, а относятся к локальным и могут быть вещественного типа. Например:
real c(100)
z(x, y) = sin(x) * exp(-y) b = 55.0
! Переменная b будет использована в качестве параметра цикла оператора WRITE write(*, '(5f7.4)') ((z(a, b), a = 0.0, 1.0, 0.2), b = 0.0, 1.0, 0.2)
k = 55 |
! k - локальная переменная |
|
c = (/ (float(k), k = 1, 100) /) |
! k - пример операторного имени |
|
print *, b |
! |
1.20000 |
print *, k |
! |
55 |
end |
|
|
Замечание. Использовать нецелые параметры в неявном цикле, так же как и в DO-цикле с параметром, не рекомендуется (см. П.-2.2.4).
Имя локального объекта не закрывает имени common-блока, поэтому эти имена могут быть одновременно использованы в блоке видимости. Имя common-блока, если оно используется в операторе SAVE, должно обрамляться слешами.
Например:
common /vab/ a, b |
! Имена переменной vab и common-блока совпадают |
real vab |
|
save :: /vab/, vab |
! Атрибут SAVE имеют и переменная и common-блок |
Имена локальных объектов в блоке видимости могут совпадать с используемыми при вызовах процедур ключевыми словами. Область видимости ключевых слов определяется областью видимости интерфейсного блока к процедуре, в которой эти ключевые слова описаны. Область действия интерфейсного блока может быть распространена на другую программную единицу в результате use-ассоциирования илиассоциирования через носитель.
8.15. Область видимости меток
Метки являются локальными объектами. Главная программа и каждая процедура имеют свой независимый набор меток. Оператор END носителя может иметь метку. Если в таком носителе есть внутренние процедуры, то они разбивают область видимости этой метки на два блока: до оператора CONTAINS и оператор END носителя.
8.16. Ассоциирование памяти
Фортран предоставляет пользователю еще один способ обмена данными - это ассоциирование памяти. Применив оператор COMMON, в программе можно создать общую область памяти, на которую можно ссылаться изо всех программных единиц, содержащих этот оператор. Например:
258
|
|
|
|
8. Программные единицы |
program gocom |
|
|
|
|
integer(4) a, b, c |
|
|
|
|
common /vab/ a, b, c |
! Создаем общую область числовой памяти |
|||
a = -1 |
! В этой области существует 3 единицы |
|||
call chaco( ) |
! памяти по 4 байта каждая |
|||
print *, a, b, c |
! |
1 |
2 |
3 |
end program gocom |
|
|
|
|
subroutine chaco( ) |
|
|
|
|
integer(4) ia, ib, ic |
|
|
|
|
common /vab/ ia, ib, ic |
|
|
|
|
print *, ia |
! |
-1 |
|
|
ia = 1; ib = 2; ic = 3 |
|
|
|
|
end subroutine |
|
|
|
|
В приведенном примере переменные a, b и c главной программы и переменные ia, ib и ic подпрограммы chaco используют одну и ту же область памяти. Более того, переменные a и ia адресуют одну и ту же единицу памяти. Это означает, что после выхода из подпрограммы переменная a получит значение переменной ia. То же справедливо идля пар переменных b иib, c и ic.
Одинаковые по порядку имена в расположенном в разных программных единицах common-блоке могут совпадать. Они также могут и различаться (это видно из примера). Более того, они могут различаться рангом и формой. Так, мы получим тот же результат, создав, например, подпрограмму:
subroutine chaco( ) |
|
|
integer(4) abc, k |
! Массив abc вместо переменных a, b и c |
|
common /vab/ abc(3) |
||
print *, abc(1) |
! |
-1 |
abc = (/ (k, k = 1, 3) /) |
|
|
end subroutine |
|
|
В этом случае уже a и abc(1) адресуют одну и ту же единицу памяти. То же справедливо и для пар b и abc(2), c и abc(3).
Иной пример ассоциирования памяти - применение оператора EQUIVALENCE, который явно указывает, что два или более объекта занимают одну область памяти.
integer :: a(5) = 3, b(5) |
|
|
|
|
|
|
equivalence(a, b) |
|
|
|
|
|
|
print *, a |
! |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
print *, b |
! |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
Рассмотренный на примерах механизм доступа к памяти называется ассоциированием памяти. Такой механизм используется для обмена данными. Правда, в прежние времена при недостатке вычислительных ресурсов он часто использовался и для экономии памяти. Последнее выполнялось за счет применения оператора EQUIVALENCE. Однако такая
259
О. В. Бартеньев. Современный ФОРТРАН
практика является причиной многих ошибок и не может быть рекомендована для применения (прил. 2).
Для дальнейшего рассмотрения вопроса нам понадобятся некоторые дополнительные сведения.
8.16.1. Типы ассоциируемой памяти
Под единицей памяти понимают область памяти компьютера, выделяемую под определенные данные. Размер такой единицы зависит от типа и параметра разновидности типа. Так, единица памяти под скаляр типа REAL(4) равна 4 байтам, а скаляр типа COMPLEX(8) занимает две единицы памяти по 8 байт каждая.
Единица памяти может быть:
•числовой;
•текстовой;
•неспецифицированной.
Числовая единица памяти выделяется под нессылочный скаляр (т. е. скаляр без атрибута POINTER) стандартного вещественного, целого или логического типа.
Текстовую единицу памяти занимает нессылочный скаляр стандартного символьного типа единичной длины.
К объектам производного типа ассоциирование памяти применимо лишь при наличии у них атрибута SEQUENCE. Если в определении типа использованы другие производные типы, то они тоже должны иметь атрибут SEQUENCE. В таком случае объекты производного типа могут быть использованы в операторах COMMON, EQUIVALENCE и в качестве параметров процедур.
С производным типом, имеющим атрибут SEQUENCE и не имеющим ссылочных компонентов на любом уровне, ассоциируется:
•числовая память, если конечные компоненты типа относятся к стандартному целому, вещественному, вещественному двойной точности, комплексному или логическому типу;
•текстовая память, если конечные компоненты типа относятся к стандартному символьному типу.
Неспецифицированная единица памяти присуща любым другим производным типам с атрибутом SEQUENCE, а также объектам с атрибутом POINTER. Размер неспецифицированной единицы памяти таких объектов уникален для каждого типа, параметра типа и ранга.
Нессылочный массив встроенного типа или производного типа с атрибутом SEQUENCE занимает ряд последовательных отрезков памяти, по одному на каждый элемент массива в порядке их следования в массиве. Нессылочный скаляр производного типа с атрибутом SEQUENCE, имеющий n конечных
260
8. Программные единицы
компонентов, занимает n отрезков памяти, по одному на каждый конечный компонент в порядке их объявления в производном типе.
Последовательность отрезков и единиц памяти образует объединенный отрезок памяти.
Для правильного обмена данными следует ассоциировать объекты с единицами памяти одного и того же типа.
8.16.2. Оператор COMMON
Оператор COMMON создает общую область памяти - глобальный отрезок памяти, доступный в различных программных единицах.
COMMON [/[cname]/] список имен [[,] /[cname]/ список имен] ...
cname - имя общего блока (common-блока), которому принадлежат объекты соответствующего списка имен. Имя может быть опущено. Такой common-блок называется неименованным. Если первый задаваемый в операторе COMMON общий блок является неименованным, то слеши могут быть опущены, например:
common a, r, g(40)
Имя common-блока является глобальным и должно отличаться от любого другого глобального имени (программной единицы, другого com- mon-блока), но может совпадать с именем локального объекта, кроме именованной константы.
список имен - список входящих в именованную или неименованную общую область имен простых переменных, строк, записей, массивов и объявлений массивов. При объявлении в common-блоке массива размеры его границ задаются в виде целочисленных констант или константных выражений. Объекты common-блока могут иметь атрибуты POINTER и TARGET. Имена в списке разделяются запятыми. Каждое имя в программной единице может появляться в списке имен только один раз и не может появляться в другом списке имен этой программной единицы. В списке имен не могут появляться имена формальных параметров, процедур, точек входа, результирующей переменной функции, размещаемых массивов и автоматических объектов, именованных констант (объектов с атрибутом PARAMETER). Объекты производного типа могут быть помещены в common-блок при наличии у них атрибута SEQUENCE.
Оператор COMMON размещается в разделе объявлений программной единицы. В программной единице можно объявить несколько общих областей, задаваемых одним или несколькими операторами COMMON.
Имя любого common-блока (включая и пустое имя) может появляться в разделе описаний программного модуля более одного раза. При этом список элементов конкретного common-блока рассматривается как продолжение списка элементов предшествующего common-блока с тем же именем.
261
О. В. Бартеньев. Современный ФОРТРАН
Пример:
common x, y, /com1/ a, b, // z(15) common /com1/ c(22)
В программе будут заданы два common-блока: неименованный, в который войдут переменные x, y и массив z, и именованный - com1, содержащий переменные a, b и массив c. Конечно, для данного случая следовало бы задать common-блоки более наглядно:
common x, y, z(15) |
! Неименованный common-блок |
common /com1/ a, b, c(22) |
|
В разных программных единицах переменные одного common-блока ассоциируются с одним и тем же отрезком памяти. Порядок размещения в оперативной памяти элементов common-блока совпадает с порядком их следования в операторе COMMON.
Длина общей области равна числу байт памяти, необходимых для размещения всех ее элементов, включая расширения за счет EQUIVA- LENCE-ассоциирования (прил. 2). Если несколько разных программных единиц обращаются к одному именованному common-блоку, то в каждой из них common-блок должен иметь одну и ту же длину. Неименованный com- mon-блок в разных программных единицах может иметь разную длину. Длина неименованного common-блока равна длине наибольшего существующего в программе неименованного common-блока.
Фортран максимально уплотняет размещение переменных в памяти компьютера. При этом переменные common-блока размещаются в памяти по следующим правилам:
•переменные типа BYTE, INTEGER(1), LOGICAL(1) или CHARACTER
размещаются без промежутков сразу после предшествующей переменной списка имен. То же справедливо для переменных производного типа размеров в 1 байт;
•все другие простые переменные и несимвольные массивы начинаются на следующем четном байте, ближайшем к предыдущей переменной;
•символьные массивы всегда начинаются на следующем свободном байте;
•элементы любого массива следуют один за другим без промежутков;
•все common-блоки начинаются на байте, номер которого кратен четырем.
Замечание. Программисты, использующие ассоциирование памяти, могут повысить быстродействие программ, правильно размещая переменные в common-блоке. Детально этот вопрос обсуждается в [1].
Из-за разных принципов выравнивания символьных и несимвольных переменных в памяти ЭВМ одновременное применение символьных переменных нечетной длины и несимвольных переменных в одном common- блоке может привести к проблемам. Так, если такому смешанному common-
262
8. Программные единицы
блоку в другой программной единице соответствует common-блок, содержащий только несимвольные переменные, то возникнут не используемые при ассоциировании байты общей области памяти. Чтобы избежать подобных явлений, не следует смешивать в одном common-блоке символьные и несимвольные данные.
С переменными common-блока можно использовать только два атрибута: ALIAS и C. Не следует из-за приведенных проблем выравнивания использовать common-блок для доступа к структурам СИ, применяя вместо него определение типа с атрибутом EXTERN.
Инициализация элементов именованных common-блоков выполняется в программной единице BLOCK DATA. Переменные, включенные в список имен common-блока, не могут быть инициализированы в операторе DATA за исключением того случая, когда оператор DATA использован в программной единице BLOCK DATA. Больше того, переменная common- блока не может быть инициализирована и в операторе объявления типа.
Атрибут SAVE не может быть дан отдельной переменной common- блока, но может быть задан блоку целиком. Имя common-блока при этом обрамляется слешами, например:
save /com1/ |
! com1 - имя common-блока |
Неименованный common-блок отличается от именованного следующими свойствами:
•после выполнения в процедуре операторов RETURN или END объекты именованного common-блока становятся неопределенными, если только common-блок не имеет атрибута SAVE. Объекты неименованного com- mon-блока всегда сохраняют свои значения после выполнения RETURN
или END;
•именованный common-блок должен иметь одну и ту же длину во всех его использующих программных единицах. Длина неименованного common-блока может быть разной в разных программных единицах;
• объекты неименованного common-блока нельзя инициализировать в программной единице BLOCK DATA.
Замечание. В Фортране все объекты (кроме автоматических) по умолчанию имеют атрибут SAVE. Поэтому явное задание этого атрибута именованному common-блоку полезно при создании переносимых на другие платформы программ.
Common-блок может быть объявлен в модуле. Тогда его описание не должно появляться в использующей модуль программной единице.
При работе с common-блоками:
•следует делать все описания данного блока одинаковыми во всех использующих его программных единицах;
263