Fortran中分配数组大小

用Fortran写程序经常会分配一些数组使用，但究竟能分配多大的数组，这受编译环境、电脑可用内存容量、数组分配方式的影响，做了些测试，分享一下。

操作系统：Win8.1 64位

内存：8G（由于集成显卡需要使用一部分内存，实际可用内存7.7G）

编译器：Intel(R) Visual Fortran Composer XE 2013 SP1 Update 3（Visual Fortran Compiler XE 14.0.3.202）+Visual Studio 2010

其它：整型、实型均采用系统默认设置（整型4字节，实型8字节）

一、固定数组分配方式

早期的Fortran程序多使用parameter来定义一个静态变量，然后用此静态变量来进行数组大小定义，这里称此为固定数组分配方式。典型代码如下，本次测试也使用以下代码：

!===========分割线=================

program TestArray

implicit none

integer,parameter::n=489000000 !静态数组

real a(n)

a=0.0

end program TestArray

!===========分割线=================

在这个代码中只需要修改n的数值，就可以更改数组大小。测试时操作系统和其它应用程序已经占用电脑3.6G内存，系统可用内存为7.7-3.6=4.1G。测试了Win32和Win64两种编译器得到的程序，得到如下结果

Win32位：最大数组元素为48.9千万个（忽略百万以下数据，下同）

Win64位：最大数组元素为49.6千万个（当为53.6千万个时也能编译，但无法执行程序）

因此，固定数组分配方式下，32位和64位程序似乎差异不大。找了些资料大概看了一下，说是Fortran对单个数组的分配空间不能超过1G，没有再进一步核实。但若果真如此，那也说明32位和64位没有影响了，因为二者在1G内存空间内寻址都是没有问题的。此种分配方式下，电脑内存没有用完。

二、动态数组分配方式

自Fortran90以来，利用allocatable使用动态数组是非常方便的，因此，再测试一下此种方式分配数组。采用的测试代码如下：

!===========分割线=================

program TestArray

implicit none

integer n,i,k

real,allocatable:: a(:)

n=100000000 !1亿

k=10000000 !1千万

do i=1,50

n=n+k*5 !每次增加5千万

allocate(a(n))

a=0.0

write(*,*)n/k,'千万数据分配成功'

deallocate(a)

end do

end program TestArray

!===========分割线=================

此代码利用一个循环结构，以10千万数组元素为基数，每次增加5千万数组元素，直到内存不足造成程序退出。

（一）Win32位编译执行结果

从图中看出，系统可用内存7.7-3.6=4.1G，直到程序出错退出，内存都没有使用完

Win32位下只分配了40千万个元素就提示虚拟内存不足了，这与固定数组分配方式差不了多少

（二）Win64位编译执行结果

系统可用内存仍然为4.1G，动态数据分配时，随着数组元素增多，内存逐渐增大

在成功分配100千万（10亿）个元素后，再执行一次105千万数组元素分配时提示内存不足。

下面关闭一些应用程序，提高系统可用内存，使可用内存达到7.7-3.1=4.6G

随着数组元素增加，内存使用也在提高

最终110千万（11亿）数组元素成功分配，这是因为系统可用内存增加增加了0.5G。

因此，动态内存分配方式下，在32位模式下，数组的最大元素与固定数组分配差异不大。但在64位模式下，可分配数组的大小远大于固定数组分配方式，其最大数组元素数与系统可用内存有关，可用内存越大，可分配的数组就越大。

三、结论

固定数组定义方式，往往不知道后面需要多大的数组，为了保险期间，就会定义尽可能大的数组，从而造成内存浪费。而在需要更大的数组时，固定数组方式又显得无能为力，定义不出超过4.8亿元素的数组。因此，在进行数组定义时，尽可能的使用allocatable进行动态数组定义，这样可以更合理有效地使用内存。另外，当若需要超大型数组定义时，除了需要系统提供更大的内存外，使用64位编译器编译程序也是必须的。

说明：本测试没有使用硬盘进行虚拟内存，实际实用中若需要较大内存，但系统硬件内存又不够，也可以通过虚拟硬盘空间为内存的方式增加系统可用内存。

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