OOP Fortran：保存指向意图（IN）变量的指针

Question

我有一个 Fortran 模块，我想尽可能遵循 OOP 理念来组织它，同时仍然使其与 Fortran 2003 兼容。这个模块基本上：(a) 分配/释放临时数组缓冲区，以及 (b) 提供对某些数据进行操作的函数 do_F。这个函数 do_F 使用了这些临时缓冲区，但也依赖于几个辅助类型。

我很清楚我应该将缓冲区放入一个类型中，并在适当的时候初始化/释放。但是，由于对 do_F 的每次调用都需要几个参数，所以我确信最好使用的设计策略是什么。

更具体地说，考虑以下实现：

1. 每次调用do_F时传递大量类型

   type object_t
       ! lots of private buffers
       real, allocatable :: buf1(:,:,:), buf2(:,:,:), etc.
   end type object_t
   
   subroutine init_object(this)
       type(object_t), intent(INOUT) :: this
   
       allocate( this%buf1(..., ..., ...) )
       !...
   end subroutine init_object
   
   subroutine do_F(this, data, aux1, aux2, ..., auxN)
       type(object_t), intent(INOUT) :: this
       type(data_t), intent(INOUT) :: data
       type(aux1_t), intent(IN) :: aux1
       !...
   
       !do stuff on data using the buffers and values stored
       ! in aux1 .. auxN
   end subroutine do_F
   

2. 保存指向 do_F 需要的类型的指针

    type object_t
       ! lots of private buffers
       real, allocatable :: buf1(:,:,:), buf2(:,:,:), etc.
   
       ! pointers to auxiliary types
       type(aux1_t), pointer :: aux1_ptr
       !...
   end type object_t
   
   subroutine init_object(this, aux1, aux2, ..., auxN)
       type(object_t), intent(INOUT) :: this
       type(aux1_t), intent(IN), target :: aux1
       !...
   
       allocate( this%buf1(..., ..., ...) )
       !...
   
       this%aux1_ptr => aux1
       !...
   end subroutine init_object
   
   subroutine do_F(this, data)
       type(object_t), intent(INOUT) :: this
       type(data_t), intent(INOUT) :: data
   
       !do stuff on data using the buffers and values stored
       ! in this%aux1_ptr .. this%auxN_ptr
   end subroutine do_F
   

我的具体问题是：

1. 实施#2 有效吗？ PGI编译器没有抱怨，但听说函数返回后intent(IN)不再定义好
2. 将此方案与指针一起使用是否会降低性能？即使我不写入这些 aux_ptr，编译器是否能够像案例 #1 一样优化我的代码？

一些注意事项：

1. 函数 do_F 被调用了大约 100 次，每次调用都需要几分钟时间，并且对大型数组进行操作。
2. 除了do_F，还有do_G 和do_H 函数对相同的数据进行操作并使用相同的辅助变量。这就是为什么我想首先减少传递给函数的变量数量。
3. 我不想将所有 aux 变量组合成一种类型，因为它们会在大型 HPC 代码的其余部分中使用。

谢谢！

Answer 1

Intent IN 变量在返回后定义良好，如果它们在调用之前。程序不允许更改它们。一个例外是指针变量的值，您可以在其中更改目标的值，但不能更改 intent(IN) 指针虚拟参数的指针的关联状态。

我不确定效率。快速阅读后，第 2 版看起来更好。