面试题：Fortran代码重构之模块化与接口设计

模块化设计

划分功能模块：
- 将数据读取、计算处理和结果输出分别作为独立的模块。每个模块专注于完成一项特定的功能，这样在代码维护和扩展时，可针对具体模块进行操作，而不影响其他模块。
- 例如，数据读取模块负责从文件或其他数据源读取数据，计算处理模块对读取的数据进行相应的计算，结果输出模块将计算结果按照要求输出到文件或屏幕。
模块独立性：
- 每个模块应具有高内聚性，即模块内部的代码紧密关联，完成单一功能。同时，模块之间保持低耦合性，减少模块之间不必要的依赖关系。
- 比如数据读取模块不应该关心计算处理模块如何进行计算，它只需要提供干净的数据给计算处理模块。

接口定义

定义模块接口：
- 为每个模块定义清晰的接口，其他模块通过接口与该模块进行交互。接口应明确模块能提供的功能以及需要的输入参数。
- 以数据读取模块为例，接口可能定义为一个函数，该函数接受数据源相关的参数（如文件名等），返回读取的数据。

示例代码

数据读取模块（data_reading.f90）：

module data_reading
    implicit none
    private
    public :: read_data

contains
    function read_data(file_name) result(data)
        character(len=*), intent(in) :: file_name
        real, allocatable :: data(:)
        integer :: ierr
        integer :: unit_number = 10
        open(unit = unit_number, file = file_name, iostat = ierr)
        if (ierr /= 0) then
            stop 'Error opening file'
        end if
        integer :: size_data
        read(unit_number, *) size_data
        allocate(data(size_data))
        do i = 1, size_data
            read(unit_number, *) data(i)
        end do
        close(unit_number)
    end function read_data
end module data_reading

计算处理模块（computation.f90）：

module computation
    implicit none
    private
    public :: process_data

contains
    function process_data(data) result(result_data)
        real, intent(in) :: data(:)
        real, allocatable :: result_data(:)
        integer :: i
        allocate(result_data(size(data)))
        do i = 1, size(data)
            result_data(i) = data(i) * 2 ! 简单的计算示例，将数据翻倍
        end do
    end function process_data
end module computation

结果输出模块（result_output.f90）：

module result_output
    implicit none
    private
    public :: output_result

contains
    subroutine output_result(result_data, output_file)
        real, intent(in) :: result_data(:)
        character(len=*), intent(in) :: output_file
        integer :: ierr
        integer :: unit_number = 20
        open(unit = unit_number, file = output_file, iostat = ierr)
        if (ierr /= 0) then
            stop 'Error opening file'
        end if
        integer :: i
        do i = 1, size(result_data)
            write(unit_number, *) result_data(i)
        end do
        close(unit_number)
    end subroutine output_result
end module result_output

主程序（main.f90）：

program main_program
    use data_reading
    use computation
    use result_output
    implicit none
    character(len=100) :: input_file = 'input.txt'
    character(len=100) :: output_file = 'output.txt'
    real, allocatable :: data(:)
    real, allocatable :: processed_data(:)

    data = read_data(input_file)
    processed_data = process_data(data)
    call output_result(processed_data, output_file)
end program main_program

在上述示例中，不同功能模块通过明确的接口进行交互。主程序通过调用数据读取模块的read_data函数获取数据，再调用计算处理模块的process_data函数处理数据，最后调用结果输出模块的output_result子例程输出结果，实现了模块间的解耦与协同工作。

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