Массивы и строки

Чаще всего нам нужно хранить и использовать длинные списки чисел, а не отдельные скалярные переменные, которые мы использовали ранее; в языках программирования такие списки называют arrays (массивы).

Массивы – многомерные переменные, содержащие более одного значения, при этом доступ к каждому значению осуществляется с помощью одного или нескольких индексов.

Массивы в Fortran используют нумерацию с отчётом от 1 по умолчанию; это означает, что первый элемент вдоль любого измерения будет иметь индекс 1.

Объявление массива

Мы можем объявить массивы любого типа. Существуют два распространённых способа (нотации) для объявления массива: использование атрибута dimension или указание размерности массива в круглых скобках после имени переменной обозначающей массив.

Пример: объявление статического массива

Fortran Playground

program arrays
  implicit none

  ! 1D integer array
  integer, dimension(10) :: array1

  ! An equivalent array declaration
  integer :: array2(10)

  ! 2D real array
  real, dimension(10, 10) :: array3

  ! Custom lower and upper index bounds
  real :: array4(0:9)
  real :: array5(-5:5)

end program arrays

Срез массива

Мощной особенностью языка Fortran является встроенная поддержка операций над массивами; мы можем выполнять операции над всем массивом или его частью, используя операцию получения среза slicing, указав в скобках после имени массива диапазон индексов, и, если необходимо, шаг, разделив начальный, конечный индексы и шаг двоеточием (:):

Пример: срез массива

Fortran Playground

program array_slice
  implicit none

  integer :: i
  integer :: array1(10)  ! 1D integer array of 10 elements

  integer :: array2(10, 10)  ! 2D integer array of 100 elements

  array1 = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]  ! Array constructor
  print *, "Array at odd indices"
  print *, array1(1:10:2)  ! Print out elements at odd indices, start at element 1, go up to element 10, in strides of 2

  print *, "Array in reverse!"
  print *, array1(10:1:-1)  ! Print an array in reverse

  array1(:) = 0  ! Set all elements to zero
  print *, "Reset array to 0!"
  print *, array1

  array1 = [(i, i = 1, 10)]  ! Implied do loop constructor
  print *, "Now back to 1 to 10!"
  print *, array1


  array1(1:5) = 1  ! Set first five elements to one
  print *, "Set first five elements to 1"
  print *, array1

  array1(6:) = 2  ! Set all elements after five to two
  print *, "Set all elements after 5 to 2"
  print *, array1


  print *, "First column of 2d array"
  print *, array2(:,1)  ! Print out the first column in a 2D array


end program array_slice

Массивы в Fortran хранятся в памяти по столбцам; первый индекс меняется быстрее.

Выделяемые (динамические) массивы

До сих пор мы указывали размер массива в коде программы — такой массив называется статическим массивом, так как его размер фиксирован при компиляции нашей программы.

Достаточно часто нам неизвестно какого размера должен быть массив, до запуска программы, например, если мы читаем данные из файла неизвестного размера.

Для решения этой проблемы нам нужны выделяемые (динамические) массивы. Память под них выделяется во время выполнения программы, когда мы узнаём какого размера должен быть массив.

Пример: выделяемые (динамические) массивы

Fortran Playground

program allocatable
  implicit none

  integer, allocatable :: array1(:)
  integer, allocatable :: array2(:,:)

  allocate(array1(10))
  allocate(array2(10,10))

  ! ...

  deallocate(array1)
  deallocate(array2)

end program allocatable

Память выделенная под локальные динамические массивы высвобождается автоматически когда происходит выход из области их видимости.

Символьные строки

Пример: статические символьные строки

Fortran Playground

program string
  implicit none

  character(len=4) :: first_name
  character(len=5) :: last_name
  character(10) :: full_name

  first_name = 'John'
  last_name = 'Smith'

  ! String concatenation
  full_name = first_name//' '//last_name

  print *, full_name

end program string

Пример: выделяемые (динамические) символьные строки

Fortran Playground

program allocatable_string
  implicit none

  character(:), allocatable :: first_name
  character(:), allocatable :: last_name

  ! Explicit allocation statement
  allocate(character(4) :: first_name)
  first_name = 'John'

  ! Allocation on assignment
  last_name = 'Smith'

  print *, first_name//' '//last_name

end program allocatable_string

Массив строк

Массив строк в Fortran может быть представлен как массив переменных символьного типа character. Все элементы в массиве типа character имеют одинаковую длину. Однако в конструктор массива можно ввести строки разной длины, как показано в примере ниже. Они будут усечены или дополнены пробелами справа, если они длиннее или короче, соответственно, чем объявленная длина character (символьного) массива. Наконец, мы используем встроенную функцию trim, для удаления лишних пробелов при печати значений в стандартный вывод.

Пример: массив строк

Fortran Playground

program string_array
  implicit none
  character(len=10), dimension(2) :: keys, vals

  keys = [character(len=10) :: "user", "dbname"]
  vals = [character(len=10) :: "ben", "motivation"]

  call show(keys, vals)

  contains

  subroutine show(akeys, avals)
    character(len=*), intent(in) :: akeys(:), avals(:)
    integer                      :: i

    do i = 1, size(akeys)
      print *, trim(akeys(i)), ": ", trim(avals(i))
    end do

  end subroutine show

end program string_array