Размещение массива в памяти компьютера

Говоря о размещении массива в памяти, следует прояснить:

- какой объем памяти требуется;

- в каком порядке элементы массива хранятся в памяти;

- когда массив размещают в памяти.

Какой объем памяти требуется?

Объем памяти, занимаемый массивом, определяется просто из-за того, что все элементы однотипны и занимают одинаковый объем памяти.
<объем_памяти> = <память на один элемент>*size(array)
Размер массива ограничивает лишь объем памяти компьютера.

В каком порядке элементы массива хранятся в памяти?

В большинстве случаев программист об этом может не задумываться. Однако, в ряде случаев при передаче массива целиком подразумевается именно этот порядок:

- при подготовке данных для ввода;

- при написании форматов вывода;

- при задании начальных значений для элементов массива.

Порядок хранения стандартизован в Фортране: для одномерного массива – по возрастанию индекса, для матрицы – по столбцам, для многомерного массива – самый быстрый первый индекс, медленнее второй, наконец, последний – самый медленный, каждый из индексов пробегает все значения по возрастанию.

Пример. В каком порядке надо готовить данные?

Всего в трехмерном массиве P(1:2,1:2,1:2) 8 элементов. Его элементы располагаются в памяти, как указано выше, и порядок чтения разъясняется вторым оператором read. Именно в этом порядке и надо готовить данные. Так как read бесформатный, можно, не нарушая порядка следования, либо все числа перечислить в одной строке через пробел или запятую, либо – каждое число – в отдельной строке.

dimension P(1:2,1:2,1:2)

read(1,*) P ! читать весь массив – понимают как

read(1,*) P(1,1,1),P(2,1,1),P(1,2,1),P(2,2,1),P(1,1,2),P(2,1,2),P(1,2,2),P(2,2,2)

Предупреждение. Размещение массива в памяти стандартно и никак не зависит от порядка ввода.

Когда массив размещают в памяти?

Форма статического массива, (предыдущий пример), известна при компиляции – shape(P)=(/2,2,2/); массив размещается в памяти при запуске программы. Форма динамического массива не определена при компиляции, например,

Real,allocatable,Dimension(:,:) :: Matrix, Matr1, Matr2, X(:)

Известно лишь количество измерений массивов: два для Matrix и один для X. Запустив программу, сначала определяют протяженности, а затем динамически размещают массивы в памяти оператором

allocate( X(1:N),Matrix(1:M,1:N),&

Matr1(1:N ,1:M), Matr2(1:N,1:N) )

Освобождают память оператором

deallocate( X, Matrix, Matr1, Matr2 )

Массив как аргумент процедуры должен быть размещен в памяти до входа в процедуру; в нее передается его адрес, независимо от способа написания размерности:

Real,intent,Dimension(1:N)::Mas - в виде переменной N;

Real,intent(in),Dimension(1:10)::Mas - в виде константы 10;

Real,intent(in),Dimension(:)::Mas – без указания размерности;

Real,intent(in),Dimension(*)::Mas-массив, перенимает форму;

Dimension(1:N,1:M) – в виде массива с перераспределением памяти между строками и столбцами, например, 3*4=4*3=2*6=6*2=12.

В любом случае количество элементов можно узнать с помощью функции size(array), а для матрицы число строк – size(Matrix,dim=1), число столбцов – size(Matrix, dim=2).

Пример (массивы X, Y, P, Q конформны):

real,dimension(1:11):: X,Y ! массивы X,Y по 11 элементов

real,dimension(-5:5)::P,Q ! P,Q – по 11 элементов с номерами 5,..0,..5

Y=sin(X+0.5)/4 + 2.1; p= Y/2; Q=P-1

Секции массивов и неявный цикл в списках ввода/вывода

Требуя гибкой организации, ввод/вывод массивов часто подразумевает строчную форму написания цикла в списке ввода/вывода. Неявный Do – это конструкция вида read(..) (v, i=iн,iк,is); write (..) (v, i=iн,iк,is) , где v -список переменных, выражений, элементов массива, зависящих от i. Скобки как бы заменяют do .. enddo , ограничивая область действия цикла по переменной i. Возможно вложение циклов. Поскольку речь идет об индексах, то i, iн, iк, is– целые величины. Триплетом называют тройку целых величин iн, iк, is , записанных в отличие от цикла через двоеточие i_н:i_к:i_s. Как можно заметить из примеров, приведенных ниже в Табл.32, триплеты можно употреблять вместо индексов, как в M(i,1:3:2). Известно также, что шаг is=1, если он опущен M(i,1:3). В отличие от цикла в триплете можно опускать не только шаг, но и i_н – M(i,:3), и i_к – M(i,1:) и оба – M(i,::2), и даже все три элемента триплета вместе – M(i,:). Поэтому, например, M(i,:) и M(i,1:3) эквивалентны. Опущенные i_н-начало и i_к-конец выбираются из описания массива. Понятно, что M(:,:) писать не стоит, потому что это эквивалентно M. Секция массива – это тоже массив, который можно применять почти везде, где применяют массивы. Как массив секция имеет свою форму.

Часто наряду с секциямииспользуют неявный цикл Do, когда требуется изменить стандартный порядок ввода/вывода. И ту, и другую конструкцию применяют, в частности, для ввода-вывода.

Таблица 32.

Ввод-вывод на матрице Integer,dimension(1:3,1:4)::M

Программы, модули и механизмы обмена данными

Простейшая задача - главная программа. Сложную задачу разбивают на подзадачи, и реализуют в виде программ и модулей. Главная программа вызывает процедуры, те в свою очередь другие процедуры, и т.д. Объекты, обрабатываемые многими программами, помещают в централизованное хранилище – модуль. Программы и модули, объединяют термином программная единица (ПЕ)- конструкции четырех видов в Табл. 33, 34.

Таблица 33. Виды программных единиц

Программы состоят из описаний объектов и действий над ними, модули – только из централизованных описаний объектов и процедур доступа к ним из других программ и модулей. Процедуры вызывают, чтобы выполнить предусмотренные действия, среди которых также могут быть новые вызовы процедур. Помимо возникающих цепочек вызовов программ в сложной задаче строятся цепочки использования модулей. Циклы в цепочке вызовов программ (рекурсия, то есть вызов самое себя) допустимы, а циклы в цепочке использований модулей (тавтология) недопустимы.

Таблица 34.

Программная единица может быть .. внешней, внутренней, модульной