【Fortran】二维、多维数组及相应高级特性

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Fortran中的高级数组及应用

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(1) 二维数组

1) 声明

与一维数组声明接近，二维数组声明如：

REAL , DIMENSION(3,6)::array   ! 3行6列实数数组，有效下标分别为1~3和1~6
INTEGER , DIMENSION(0:100,0:20)   ! 101行21列整数数组，有效下标分别为0~100和0~20
CHARACTER(len=6) , DIMENSION(-2:2,10)   ! 5行10列字符数组，有效下标分别为-2~2和0~10

2) 存储及初始化

数组是以列为主顺序进行存储的。

对于M行N列的二维数组，共M×N个数据，存储的顺序是N1列、N2列…，按照列来进行内存分配。数据初始化和I/O语句的使用都是基于该存储特性。

二维数据的初始化原理主要有两种：DO循环存储和列顺序内存存储，前者包含后者，相应的具体方法有以下三种：

1. 赋值语句初始化

   1. 嵌套DO循环
      对于M×N二维数组，如果数据有规律，示意如下：

      INTEGER,DIMENSION(M , N) :: array
      DO i = 1,M    ! 这是以行为主顺序存储
      	DO j = 1,N
      		array(i,j) = j
      	END DO
      END DO
      

      INTEGER,DIMENSION(M , N) :: array
      DO i = 1,N    ! 这是以列为主顺序存储
      	DO j = 1,M
      		array(j,i) = j
      	END DO
      ENDDO
      

   2. RESHAPE函数
      可将一维数组old_array转化成M行N列的二维数组，使用方式为：RESHAPE(old_array , [M,N])，如：

      new_array = RESHAPE([ 1 ,1 ,1 ,1 ,2 ,2 ,2 ,2 ,3 ,3 ,3 ,3],[4,3])
      

      需注意的是，按照列顺序进行存储，因此new_array中第一列元素均为1，第二列均为2。

2. 类型声明初始化
   使用方式与上述相同，不同的是在声明部分初始化，如：
   INTEGER , DIMENSION(4,3)::new_array(4,3) = RESHAPE([ 1 ,1 ,1 ,1 ,2 ,2 ,2 ,2 ,3 ,3 ,3 ,3],[4,3])

3. READ语句初始化

   1. 通过隐式DO循环来按照行顺序存储（参考data1.txt数据排序）：

   INTEGER::i,j
   INTEGER,DIMENSION(4,3)::array
   OPEN(10,FILE='data1.txt',STATUS='OLD',ACTION='READ')
   READ(10,*) ((array(i,j),j=1,3),i=1,4)        
   

   ！data1.txt中的数据
   1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 
   

   2. 通过程序的内存存储方式来读取（列存储）：

   INTEGER,DIMENSION(4,3)::array
   OPEN(10,FILE='data2.txt',STATUS='OLD',ACTION='READ')
   READ(10,*) array     
   

   ！data2.txt中的数据
   1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3
   

综上所述，在初始化或操作二维数组时，尽量使用（显/隐式）DO循环，有助于提高程序的可读性，而不使用内存存储的初始化方法，该方法仅用于理解数组存储