用户定义类型的Fortran可分配数组成员

Question

在下面的简单程序中，我陷入了派生类型的可分配数组成员的分段错误。此分段错误仅在我尝试过的一台计算机（在openSUSE上使用Intel Fortran 14.0.3）上，而在另一台计算机（在Ubuntu上使用Intel Fortran 14.0.2）上则没有。另外，如果我更改程序中的整数参数之一，程序将正常结束。

有人能重现这个问题吗？有人可以告诉我代码有什么问题吗？

以下是三个源代码文件。

main_dbg.f90 ..是否发生分段错误取决于n1and n2在此文件中的值。

PROGRAM dbg
  USE tktype
  USE mymodule, ONLY : MyClass, MyClass_constructor
  IMPLICIT NONE

  INTEGER(I4B)                :: n1,n2,n3
  TYPE(MyClass)               :: o_MyClass

  n1=23
  n2=32
  ! .. this does not work.
  ! n2=31 
  ! .. this works.
  n3 = n1*n2
  write(*,'(1X,A,I10)') 'n1=', n1
  write(*,'(1X,A,I10)') 'n2=', n2
  write(*,'(1X,A,I10)') 'n3=', n3

  o_MyClass = MyClass_constructor(n1, n2, n3) 

  call o_MyClass%destructor()
  write(*,*) '***************************'
  write(*,*) '   Normal End :)           '
  write(*,*) '***************************'

END PROGRAM dbg

strange.f90 ..分段错误发生forall在此文件的构造中。

!*******************************************************************
MODULE mymodule
!*******************************************************************
  USE tktype
  IMPLICIT NONE
  PRIVATE

  PUBLIC MyClass
  PUBLIC MyClass_constructor

  TYPE :: MyClass
     PRIVATE
     REAL(DP),     DIMENSION(:),     ALLOCATABLE :: arrA
     COMPLEX(DPC), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE :: arrB
   CONTAINS
     PROCEDURE :: destructor
  END TYPE MyClass

! ================================================================
CONTAINS
! ================================================================

  ! ****************************************************************
  FUNCTION MyClass_constructor(n1, n2, n3) RESULT(this)
  ! ****************************************************************
    TYPE(MyClass)                :: this
    INTEGER(I4B),    INTENT(IN)  :: n1, n2, n3
    ! local variables
    INTEGER(I4B) :: j1, j2, j3

    write(*,'(1X,A)') 'entered constructor..'

    allocate(this%arrA(n2))
    allocate(this%arrB(n1, n2, n3))

    this%arrA = 1.0_dp

    write(*,*) 'size(this%arrB,1) =', size(this%arrB,1)
    write(*,*) 'n1                = ', n1
    write(*,*) 'size(this%arrB,2) =', size(this%arrB,2)
    write(*,*) 'n2                = ', n2
    write(*,*) 'size(this%arrB,3) =', size(this%arrB,3)
    write(*,*) 'n3                = ', n3

    forall(j1=1:n1, j2=1:n2, j3=1:n3)
       this%arrB(j1,j2,j3)  = this%arrA(j2) 
    end forall

    write(*,'(1X,A)') '..leaving constructor'

  END FUNCTION MyClass_constructor


  ! ****************************************************************
  SUBROUTINE destructor(this)
  ! ****************************************************************
    CLASS(MyClass),             INTENT(INOUT) :: this

    deallocate(this%arrA)
    deallocate(this%arrB)

  END SUBROUTINE destructor

END MODULE mymodule

tktype.f90

! ********************************************************************
MODULE tktype
! ********************************************************************
!   module tktype is an extraction of module nrtype in Numerical Recipes in 
!   Fortran 90.
! ********************************************************************
  !   Symbolic names for kind types of 4-, 2-, and 1-byte integers:
  INTEGER, PARAMETER :: I4B = SELECTED_INT_KIND(9)
  INTEGER, PARAMETER :: I2B = SELECTED_INT_KIND(4)
  INTEGER, PARAMETER :: I1B = SELECTED_INT_KIND(2)
  !   Symbolic names for kind types of single- and double-precision reals:
  INTEGER, PARAMETER :: SP = KIND(1.0)
  INTEGER, PARAMETER :: DP = KIND(1.0D0)
  !   Symbolic names for kind types of single- and double-precision complex:
  INTEGER, PARAMETER :: SPC = KIND((1.0,1.0))
  INTEGER, PARAMETER :: DPC = KIND((1.0D0,1.0D0))
  !   Symbolic name for kind type of default logical:
  INTEGER, PARAMETER :: LGT = KIND(.true.)
END MODULE tktype

下面是一个shell脚本，用于编译上面的源代码并运行生成的可执行文件。

compile_run.sh

#!/bin/bash

ifort -v 
echo "compiling.."
ifort -o tktype.o -c -check -g -stand f03 tktype.f90
ifort -o strange.o -c -check -g -stand f03 strange.f90
ifort -o main_dbg.o -c -check -g -stand f03 main_dbg.f90
ifort -o baabaa strange.o tktype.o main_dbg.o
echo "..done"
echo "running.."
./baabaa
echo "..done"

标准输出如下所示。

ifort version 14.0.3
compiling..
..done
running..
 n1=        23
 n2=        32
 n3=       736
 entered constructor..
 size(this%arrB,1) =          23
 n1                =           23
 size(this%arrB,2) =          32
 n2                =           32
 size(this%arrB,3) =         736
 n3                =          736
./compile_run.sh: line 11: 17096 Segmentation fault      ./baabaa
..done

编辑2016-01-30

我发现ulimit -s unlimited 在的开头（之后#/bin/bash）添加 compile_run.sh可以防止分段错误。fortran中的可分配数组是否存储在堆栈中，而不是存储在堆中？

Answer 1

这可能是类似问题（Segmentation failure on 2D array）的重复，其中某些多维forall循环导致问题。链接问题的OP在Intel论坛中提出了这个问题（ifort v 14.0 / 15.0 "-g" option Causes segFault），最新回复如下：

解决方法#1 是增加堆栈大小限制。我使用 ulimit -s unlimited 成功完成了您的测试用例

解决方法 #2 是使用 DO 循环而不是 FORALL，如下所示：

另外，根据链接问题中凯西的评论，ifort16 不会出现此问题，所以我猜这可能是 ifort14/15 特有的编译器问题。

更多信息（只是一些实验）：

通过将堆栈大小限制为ulimit -s 4000ifort14.0.1 并使用 ifort14.0.1，在我的计算机上重现了同样的问题，并且该问题随着该-heap-arrays选项消失了。所以我最初认为可能有一些自动数组或数组临时大小 size n1 * n2 * n3，但原始代码中似乎没有这样的东西......附加-assume realloc_lhs或-check -warn也没有帮助。

do所以我制作了一个测试程序，使用or执行相同的计算forall：

program main
    implicit none
    integer, parameter :: dp  = KIND(1.0D0)
    integer, parameter :: dpc = KIND((1.0D0,1.0D0))
    type Mytype
        real(dp),     allocatable :: A(:)
        complex(dpc), allocatable :: B(:,:,:)
    endtype
    type(Mytype) :: t
    integer :: n1, n2, n3, j1, j2, j3

    n1 = 23
    n2 = 32
    n3 = n1 * n2   !! = 736

    allocate( t% A( n2 ), t% B( n1, n2, n3 ) )

    t% A(:) = 1.0_dp

    print *, "[1] do (3-dim)"
    do j3 = 1, n3
    do j2 = 1, n2
    do j1 = 1, n1
        t% B( j1, j2, j3 ) = t% A( j2 ) 
    enddo
    enddo
    enddo

    print *, "[2] do (1-dim)"
    do j2 = 1, n2
        t% B( :, j2, : ) = t% A( j2 ) 
    enddo

    print *, "[3] forall (1-dim)"
    forall( j2 = 1:n2 )
        t% B( :, j2, : ) = t% A( j2 ) 
    end forall

    print *, "[4] forall (3-dim)"   ! <-- taken from the original code
    forall( j1 = 1:n1, j2 = 1:n2, j3 = 1:n3 )
        t% B( j1, j2, j3 ) = t% A( j2 )
    end forall

    print *, "all passed."
end program

其中模式 [4] 对应于 OP 使用的模式。限制堆栈大小并在不使用选项 ( ulimit -s 4000 ; ifort test.f90) 的情况下进行编译给出输出

 [1] do (3-dim)
 [2] do (1-dim)
 [3] forall (1-dim)
 [4] forall (3-dim)
Segmentation fault

这意味着只有模式 [4] 在-heap-arrays未附加时才会失败。A奇怪的是，当数组和B在派生类型之外声明时，问题就消失了，即以下程序在没有选项的情况下运行。

program main
    implicit none
    integer, parameter :: dp  = KIND(1.0D0)
    integer, parameter :: dpc = KIND((1.0D0,1.0D0))
    real(dp),     allocatable :: A(:)
    complex(dpc), allocatable :: B(:,:,:)
    integer :: n1, n2, n3, j1, j2, j3

    n1 = 23
    n2 = 32
    n3 = n1 * n2   !! = 736

    allocate( A( n2 ), B( n1, n2, n3 ) )

    A(:) = 1.0_dp

    print *, "[1] do (3-dim)"
    do j3 = 1, n3
    do j2 = 1, n2
    do j1 = 1, n1
        B( j1, j2, j3 ) = A( j2 ) 
    enddo
    enddo
    enddo

    print *, "[2] do (1-dim)"
    do j2 = 1, n2
        B( :, j2, : ) = A( j2 ) 
    enddo

    print *, "[3] forall (1-dim)"
    forall( j2 = 1:n2 )
        B( :, j2, : ) = A( j2 ) 
    end forall

    print *, "[4] forall (3-dim)"
    forall( j1 = 1:n1, j2 = 1:n2, j3 = 1:n3 )
        B( j1, j2, j3 ) = A( j2 )
    end forall

    print *, "all passed."
end program

因此，问题似乎只发生在多维循环的某些特定情况下forall（即使没有-g选项），这可能使用堆栈上的内部临时数组（尽管-check -warn选项没有给出任何消息）。仅供参考，上述所有模式都适用于 gfortran 4.8/5.2 和 Oracle fortran 12.4。