Fortran笔记，指针-Part1
参考：彭国伦：《Fortan 95程序设计》，第10章，2002年
指针最简单的应用可以用来保存变量，或者是动态使用内存。更进一层则可以应用在特别的“数据结构”上，例如创建“串行结构”、“树状结构”等等。
目录：
- 指针的基本概念
- 指针数组
- 指针与函数
- 指针的基本应用
- 指针的高级应用
- 单向串行
- 双向串行、环状串行
- 插入及删除
- 串行的应用
1. 指针的基本概念
指针变量用来保存一个“内存地址”，当程序读写指针变量时，实际上会经过两个步骤：
（1）取出指针中所保存的内存地址；
（2）到这个内存地址读写数据。
指针变量中所保存的内存地址来源可以有两种：
（1）记录其他非指针变量的内存地址；
（2）程序执行中动态配置的一块内存。
实例1：通过指针访问所指向的变量
! 指针的简单使用，访问、修改所指向的变量subroutine pointer_visit()implicit noneinteger, target :: a = 1 ! 可被指针指向的整型变量integer, target :: b = 9999integer, pointer :: pa ! 可指向整型的指针变量pa => a ! 将指针指向整型变量! 通过指针变量访问其指向的变量，包含两步! step 1: 通过指针变量所存储的地址访问内存 ! step 2: 获得该内存中的内容（依赖所定义的指针类型）write(*,*) pa! 修改整型变量，对指针进行解析的结果相应发生变量! 实际为step 2结果不同，指针所存储的地址并未变化a = 2write(*,*) pa! 通过指针变量修改所指向的变量pa = 3write(*,*) a! 把指针重新指向别的整型变量，bpa => bwrite(*,*) bend subroutine pointer_visit输出结果为：
1239999实例2：通过指针动态配置内存
! 通过指针动态配置内存subroutine pointer_dynamic()implicit noneinteger, pointer :: paallocate(pa) ! 配置一块可以存放整型的内存空间给指针papa = 10 ! 该内存空间存储的是整数10write(*,*) pa ! 访问指针所指向的内存的存储内容deallocate(pa) ! 释放该动态内存空间end subroutine pointer_dynamic要点：
1. 函数allocate可用来配置内存空间给可变大小的数组使用（定义数组时须使用allocatable来修饰），此处案例表明allocate还可用来配置一块内存空间给指针使用，并将该内存的地址存放在指针p中。
2. 指针是变量，可重新设置它的指向（如实例1中所示）。但通过allocate指向内存的指针在重定向前，需通过deallocate将内存释放，否则在程序结束前，仍占计算机的内存。
？？？使用动态内存的场景？？？
注意：
使用指针前，一定要先设置好指针的目标。
否则，在Windows系统下可能会先死一堆内存地址，显示内存读写不正常的信息。在UNIX系统下会出现Segmentation fault的错误信息。
示例代码：
...
integer, pointer :: pb
write(*,*) pb
...编译时并不会进行指针未指向的检查，但是在运行时的显示错误信息：
引发了异常: 读取访问权限冲突。
**PB** 是 0xCCCCCCCC。Fortran提供ASSOCIATED, NULLFY, NULL等函数来完善对未指向的指针的检测、处理。
ASSOCIATED(pointer, [target])
检查指针pointer是否设置指向（如果输入两D个变量则为是否指向target），返回值为布尔变量。
NULLIFY(pointer1, [pointer2, ...])
用来把指针设置成还没指向任何内存地址。
NULL()
返回一个不能使用的内存地址，用来对指针初始化。Fortran 95添加的。
NULLIFY及NULL函数是为了确保ASSOCIATED函数不会出错，？即意味着未使用NULLIFY和NULL函数的情况下，即使指针未指向，ASSOCIATED也可能判断为已经指向某个内存了？与编译器和操作系统有关？ <== 见下例，未明确为空指针，判断结果为TRUE
启示：使用指针时，应使用NULL，NULLIFY初始化
示例：
! 测试ASSOCIATED, NULLIFY, NULL函数subroutine pointer_null()implicit noneinteger, target :: a = 10integer, pointer :: pa integer, pointer :: pb => null() ! 初始化指针为空指针! 未明确指向的指针, Twrite(*,*) associated(pa)nullify(pa)! 明确为空指针, Fwrite(*,*) associated(pa)! 指向整型变量的指针, Tpa => a write(*,*) associated(pa)! 明确为空指针, Fwrite(*,*) associated(pb)end subroutine pointer_null输出结果为：
TFTF是否使用NULL, NULLIFY的区别如下，断点设置在变量声明结束后：
指针可以声明成任何数据类型，甚至是使用TYPE自定义的数据类型。但无论指针指向哪一种数据类型，指针变量所占用的的内存空间均相同。比如：在32位机器上，记录一个内存地址，固定需要使用32 bits = 4 bytes的空间。
2. 指针数组
指针可指向数组，也称为指针数组。
实例1：通过指针访问数组
! 指向数组的指针subroutine pointer_array1()implicit noneinteger, target :: a(5)=(/1, 2, 3, 4, 5/)integer, pointer :: pa(:) ! 指向数组的指针声明时只需明确维数! 数组指针pa指向数组apa=>awrite(*,*) pa! 数组指针pa指向数组的部分apa=>a(1:3)write(*,*) papa=>a(1:5:2)write(*,*) papa=>a(5:1:-1)write(*,*) paend subroutine pointer_array1输出结果为：
1 2 3 4 51 2 31 3 55 4 3 2 1思考一个问题：
为何可以指向数组的一部分？
数组指针pa所存储的应该不止是数组a的地址，还应当包括依据该地址所进行解析的顺序，比如5:1:-1；亦或是存储的是一串地址？但这样似乎不符合上一节所说的，即指针变量大小相同。
实例2：通过指针动态分配内存以存储数组
注意，在声明多维数组是，若附加了TARGET属性，数组大小必须明确，否则编译错误。
声明如下：
integer, target :: array_3d(:,:,:) ! 3维数组编译错误提示如下：
error #6596: If a deferred-shape array is intended,
then the ALLOCATABLE or POINTER attribute is missing;
if an assumed-shape array is intended,
the array must be a dummy argument. [ARRAY_3D]
大意为：
若想要一个延迟定型（deferred-shape）的数组，ALLOCATABLE或POINTER属性必不可少；
若想要一个确定大小（assumed-shape）的数组，数组必须是哑元参数（dummy argument）。
故使用TARGET属性时，应当明确数组大小。
实例2：通过指针动态开辟内存空间
! 通过指针动态开辟内存以存储数组subroutine pointer_array2()implicit noneinteger, pointer :: pa_1d(:) ! 1维指针数组integer, pointer :: pa_2d(:,:) ! 2维指针数组integer, pointer :: pa_3d(:,:,:) ! 3维指针数组integer, target :: array_3d(4,3,2) ! 3维数组integer :: index_i! 开辟内存时应当明确数组大小（维数不变）allocate(pa_1d(3))pa_1d = (/1, 2, 3/)write(*,"(3I2,/)") pa_1ddeallocate(pa_1d) ! 使用完毕，应当释放内存forall(index_i=1:3)array_3d(:,index_i,1) = index_iarray_3d(:,index_i,2) = index_i+3end forallwrite(*, "( 2( 3(4I2,/), / ) )") array_3d! pa_2d指向array_3d的部分，一个4*3的二维数组pa_2d=>array_3d(:,:,1)write(*, "(3(4I2,/))") pa_2d! pa_2d指向array_3d的部分，一个2*3的二维数组pa_2d=>array_3d(1:4:2,:,1)write(*, "(3(2I2,/))") pa_2d! pa_3d指向array_3d的部分，一个3*3*2的三维数组pa_3d=>array_3d(1:3,1:3,1:2)write(*, "(2(3(3I2,/),/))") pa_3dend subroutine pointer_array2输出结果为：
1 2 31 1 1 12 2 2 23 3 3 34 4 4 45 5 5 56 6 6 61 1 1 12 2 2 23 3 3 31 12 23 31 1 12 2 23 3 34 4 45 5 56 6 6ALLOCATABLE数组 vs 指针数组
ALLOCATABLE数组在函数结束时（比如在某个函数中定义），自动DEALLOCATE；
而指针数组（此处说的是pa_1d这种情况），除非代码显式的DEALLOCATE，否则一直存在于内存中（？函数之外如何访问呢？浪费内存）
3. 指针与函数
按书上所介绍的，使用interface较为繁琐，跳过，直接使用module封装，
module funccontains! 寻找最小数! 参数：p为指针! 函数的返回为指针function getmin(p)implicit noneinteger, pointer :: p(:)integer, pointer :: getmin! local variableinteger :: index_i, length_i, min_i! 初始化指针getmin => null()! 获取指针数组的长度length_i = size(p,1)! 给定min_i的初值min_i = p(1)! 遍历指针数组do index_i = 1, length_iif( p(index_i)<min_i ) thenmin_i = p(index_i)getmin => p(index_i)end ifend doend function getminend module funcprogram Chapter10use funcimplicit none! Variablesinteger, target :: a(5) = (/9, 10, 4, 88, -1/)integer, pointer :: pa(:)! use module func !pa => awrite(*, "('The min of', 5I5, ' is:', /, I2)") pa, getmin(pa)stopend program Chapter10输出结果为：
The min of 9 10 4 88 -1 is:
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