FORTRAN 从哪里获得这些值？

Question

我是 FORTRAN 的绝对初学者，我煞费苦心地将一个 1000 行的 FORTRAN 源文件转换为 MATLAB 以供我自己使用。到目前为止，我通过放入大量 PRINT 语句来跟踪变量并确保数学正常工作，这一切都很好。我在 FORTRAN 中遇到了一件我无法解决的奇怪事情。

有一个子程序是这样定义的

subroutine addprc 
complex tmat,b,ci,c1,c2,cim,ab1(50),ab2(50),acans(10,2),fg1(50),fg2(50)
common dtr,rtd,pi 
common /mtxcom/ nrank,nranki,tmat(50,50),b(50,50),cmxnrm(25)
common /cmvcom/ nm,kmv,cmv,twm,prodm 

下面还有更多common 和dimension 分配，但它们不应该相关。第一次定义ab1(50) 数组是在这个子例程中。对于我的 MATLAB 脚本，我已将其初始化为 ab1=zeros(1,50);。然后在这个循环中使用它（在 FORTRAN 中）：

do 20 n = 1,nrank 
np = n+nrank 
cn = real(n)
n1 = n+1 
c1 = 4.0*ci**n 
c2 = 4.0*ci**n1 
p1 = cn*costh*pnmllg(n1)-(cn+cmv)*pnmllg(n) 
p2 = cmv*pnmllg(n1) 
ab1(n-ij) = c1*p2*uu1 
ab1(np-ijt) = -c2*p1*uu1 
ab2(n-ij) = -c1*p1*uu2 
ab2(np-ijt) = c2*p2*uu2 

此时我已经检查了所有其他变量的值，它们与我的 MATLAB 脚本一致。向后工作我发现ab1 已经包含值的问题。循环之前的打印命令，例如

PRINT *,'before ab1', SUM(ab1)
do 20 n = 1,1

返回(107.500008, 5.38305187)。它是一个复数，所以这两个值都很好，但有什么不好的是它里面有什么东西呢？事实上，唯一一次使用ab1 就是在这段代码中。

这里有什么我遗漏的吗？我查看了源文件 (ctrl-f:ab1) 以找到它的任何实例。原始源代码是一个 .for 文件，我在 Eclipse 下使用 gfortran 编译了它们。谢谢你的时间。

Answer 1

ab1 是小数组（50 * 8 = 400 字节），因此很可能分配在程序堆栈上。堆栈用于存储局部变量以及调用子程序时调用者的返回地址。最初，堆栈页面包含全零，但随着子程序被调用，它会增长并填充一些数字。稍后当子例程返回时，堆栈指针已更改，但值仍保留在堆栈上，稍后会被新调用覆盖。当ab1 被分配时，它的内存最初会被来自以前调用的子程序的旧堆栈值填充。大多数 FORTRAN 编译器默认不会生成初始化堆栈变量的指令，因为这可能是一项昂贵的操作。

如果您的程序是完全确定性的，即没有依赖于某些（伪）随机数的值的子例程调用，或者初始 PRNG 种子始终相同，则返回地址不包含堆栈的所有其他内容在您的程序的许多执行之间将是相同的，例如晚上一个，早上一个。

这就是为什么SUM(ab1) 总是返回(107.500008, 5.38305187)。它实际上是一个 GoodThing(tm) - 它表明您的计算机是一个确定性设备，即它在给定相同算法和相同输入的情况下重现输出，因此可用于执行编程任务。这也是一个 BadThing(tm)，因为可预测的堆栈值是对操作系统安全性的许多攻击的基础，但这超出了您的问题范围。

Answer 2

只是想知道：你会在那里期待什么？

这些值来自内存。当您调用定义变量的某些内容（函数/程序/子例程）时，某些内存与定义的变量相关联，但是在您为变量分配某些内容之前，它将使用之前内存中存在的任何内容。由于计算机内存不断被重用而不被重置，您可能会从另一个已结束的调用函数/子例程的变量中获取值，来自其他进程的一块内存（除了必须由内核清空的某些页面）它们可能包含私人数据）或其他任何内容。一般规则是，除非他非常需要，否则没有人会执行将内存设置为某个值这样昂贵的操作（例如，在这里您确实将与变量相关的内存设置为您需要的数字，或者当不擦除内存时是一个潜在的安全漏洞） .

总而言之：这些值来自未初始化的内存。具体内容未定义。

在访问未初始化的内存时不会出错，因为检查内存是否已初始化是一项非常昂贵的操作。但是在这种情况下，有些工具会显示错误：

1. 如果您想知道您的程序是否访问未初始化的内存，您可以在valgrind 下运行它。请注意，此类检查非常昂贵：在 valgrind 下，您很容易让程序运行得更糟，然后慢一个数量级。
2. 还有一个 clang MemorySanitizer 过滤器声称可以在仅 3 倍减速的情况下完成这项工作，但您需要在使用 clang 之前将 fortran 程序翻译为 C（例如使用 f2c），因为它是 C/C++ 编译器。您还需要在启用此过滤器的情况下编译您的程序使用的所有库。