面试题：Fortran高级数组技术之数组并行计算

Question

已知在Fortran程序中有一个较大规模的三维数组 `C(100, 200, 300)`，现在需要对该数组每个元素进行平方运算，要求利用Fortran的并行计算能力来加速这一过程（假设环境支持OpenMP），请阐述实现的步骤并给出关键代码片段。

Answer 1

1. 实现步骤：
   • 初始化环境：确保Fortran编译器支持OpenMP，并且在编译时添加OpenMP相关编译选项（如-fopenmp）。
   • 声明数组：声明三维数组C(100, 200, 300)。
   • 并行化循环：使用OpenMP指令并行化对数组元素进行平方运算的循环。
2. 关键代码片段：

program parallel_square
    implicit none
    real :: C(100, 200, 300)
    integer :: i, j, k

!$omp parallel do private(i, j, k)
    do k = 1, 300
        do j = 1, 200
            do i = 1, 100
                C(i, j, k) = C(i, j, k) ** 2
            end do
        end do
    end do
!$omp end parallel do
end program parallel_square

在上述代码中：

• !$omp parallel do 指令表示开启并行计算，private(i, j, k) 确保每个线程都有自己独立的循环变量副本，避免竞争条件。
• 三重嵌套循环遍历三维数组C的每个元素，并对其进行平方运算。
• 注意编译时需加上OpenMP编译选项，如gfortran -fopenmp your_program.f90 -o your_program。