存储要在所有维度上操作的多维数组

Question

前言

我正在编写的 Fortran 程序应该根据ndims 处理 1D、2D 和 3D 问题，它可以是 1、2 或 3，并且是从输入文件中读取的。

在这些情况下，感兴趣的数量可以存储在数组中（可以命名为phi）

1. 等级为dims（ALLOCATABLE(:)或ALLOCATABLE(:,:)或ALLOCATABLE(:,:,:)），
2. 或在秩为 3 的数组中（ALLOCATABLE(:,:,:) 在 2D 中设置为等于 1 或在 1D 中第二和第三维都等于 1）；

这两种情况在this answer 中都有很好的解释。第一种方法对我来说似乎更优雅，但在下面我假设第二种方法，它肯定更简单。

这些数量必须由几个子例程（例如mysub）沿ndims 维度（沿着“铅笔”应该给出图形概念）进行操作，所以我应该调用类似

SELECT CASE (ndims)

! 3D case
CASE (3)
  DO j = ...
    DO k = ...
      CALL mysub(phi(:,j,k))
    END DO
  END DO
  DO i = ...
    DO k = ...
      CALL mysub(phi(i,:,k))
    END DO
  END DO
  DO i = ...
    DO j = ...
      CALL mysub(phi(i,j,:))
    END DO
  END DO

! 2D case
CASE (2)
  DO j = ...
    DO k = ...
      CALL mysub(phi(:,j,1))
    END DO
  END DO
  DO i = ...
    DO k = ...
      CALL mysub(phi(i,:,1))
    END DO
  END DO

! 1D case
CASE (1)
  DO j = ...
    DO k = ...
      CALL mysub(phi(:,1,1))
    END DO
  END DO
END SELECT

实际问题

谁能建议我（或帮助我设计！）另一种存储phi（可能涉及派生数据类型？）的方式，以便我可以按如下方式折叠前面的代码？

DO id = 1, ndims
  CALL mysub2(phi,id)
END DO

（这里mysub2 作用于mysub 的位置。）

所以问题是我应该如何存储 phi，以便我可以用第二个代码替换第一个代码？

也许我可以回到前言并决定遵循第 1 点，在这种情况下，编写通用接口会更容易。我认为，这只是“隐藏”SELECT CASE 会做什么的一种方式。两者中的哪一个（SELECT CASE/generic INTERFACE）效率更高？

只有这两种方法可以解决这个问题吗？

Answer 1

也许我误解了，但我认为具体问题的答案是根本不对 phi 的存储或声明进行任何更改。

在原始代码中，三维数据（将数据的秩与用于存储数据的数组的秩进行区分）沿第一个维度进行切片处理，然后是第二个维度，然后是第三个维度。二维数据先沿第一个处理，再沿第二个处理，一维数据仅沿第一个处理。

所以随着 id 从 1 到数据中的维数，考虑以下mysub2 的实现：

SUBROUTINE mysub2(phi, id)
  TYPE(pink_elephant), INTENT(IN) :: phi(:,:,:)
  INTEGER, INTENT(IN) :: id

  INTEGER :: i, j, k

  SELECT CASE (id)
  CASE (1)
    DO j = ...
      DO k = ...
        CALL mysub(phi(:,j,k))
      END DO
    END DO

  CASE (2)
    DO i = ...
      DO k = ...
        CALL mysub(phi(i,:,k))
      END DO
    END DO

  CASE (3)
    DO i = ...
      DO j = ...
        CALL mysub(phi(i,j,:))
      END DO
    END DO

  END SELECT
END SUBROUTINE mysub2

~~

通用接口总是可以在“编译时”解析——特定的 CALL 语句或函数引用将调用的特定过程（非类型绑定）或绑定（类型绑定）可以通过查看声明来确定在代码中。

如果您遇到“运行时”信息会影响过程选择的情况，那么除了泛型解析之外，还必须有一些其他可执行机制发挥作用 - if 语句, select case, 动态调度等等等等。

因此，询问通用解决方案是否比可执行决策更有效并不是特别有意义 - 它们是不同的东西。

Answer 2

你可能想要这样的东西：

program test

   integer :: j,ndims
   integer :: n ! rank of each dimension, could also be read from input an allocated separately

   type arr
      real(8) :: x(n) ! one array for each dimension
   end type

   type(arr),allocatable :: phi

   read(*,*) ndims
   allocate(phi(ndims))

   do j=1,ndims
      call mysub(phi(j)%x) ! acts on the array in dimension j
   end do

contains

   subroutine mysub(x)
   ...
   end subroutine

end program