面试题：Fortran数组操作与性能优化

Question

在Fortran中，假设有一个二维数组 `A(1000, 1000)`，现在需要对其每一行进行求和操作。请给出一种优化后的代码实现方式，并解释为什么这样能提升性能。

Answer 1

program sum_rows
    implicit none
    integer, parameter :: n = 1000
    integer :: i, j
    real :: A(n, n)
    real :: row_sum(n)

   ! 初始化数组A，这里假设随机初始化
    do i = 1, n
        do j = 1, n
            A(i, j) = real(random_number())
        end do
    end do

   ! 对每一行进行求和
    do i = 1, n
        row_sum(i) = sum(A(i, :))
    end do

    do i = 1, n
        print *, 'Row ', i,'sum: ', row_sum(i)
    end do
end program sum_rows

性能提升原因：

1. 利用Fortran的数组操作特性：使用 sum(A(i, :)) 这种内置函数进行求和操作，编译器可以对其进行优化，相比手动逐个元素累加，这种方式在底层可能会利用更高效的指令集，例如SIMD（单指令多数据）指令，以并行的方式处理数组元素，从而加快计算速度。
2. 减少循环嵌套：如果手动使用循环逐个元素累加，需要两层循环（外层循环遍历行，内层循环遍历列）。而采用 sum 函数，只需要一层循环遍历行，减少了一层循环带来的额外开销，例如循环变量的更新、边界检查等操作，从而提升了性能。