面试题：Fortran在航空航天领域数组处理相关问题

Question

在航空航天模拟中，经常需要处理大量的数组数据。假设你要使用Fortran编写一个程序，计算三维空间中一组卫星位置数据（以数组形式存储，每个位置包含x、y、z坐标）到地球质心（假设位于原点(0, 0, 0)）的距离，并将结果存储在另一个数组中。请写出核心代码片段，并说明如何处理可能出现的数组越界问题。

Answer 1

program calculate_distance
    implicit none
    integer, parameter :: num_satellites = 100 ! 假设卫星数量为100
    real :: satellite_positions(num_satellites, 3)
    real :: distances(num_satellites)
    integer :: i

   ! 假设这里已经给satellite_positions数组赋值
   ! 例如通过读取文件等方式

    do i = 1, num_satellites
        distances(i) = sqrt(satellite_positions(i, 1)**2 + satellite_positions(i, 2)**2 + satellite_positions(i, 3)**2)
    end do

   ! 输出结果，这里可根据实际需求替换为更合适的处理方式
    do i = 1, num_satellites
        write(*,*) '卫星 ', i,'到地球质心的距离: ', distances(i)
    end do
end program calculate_distance

处理数组越界问题

1. 确定数组大小：在定义数组时，确保数组大小足够容纳所有数据。例如在上面的代码中，satellite_positions数组的第一维大小定义为num_satellites，如果实际卫星数量可能变化，需要根据实际情况动态分配数组大小，如使用ALLOCATABLE数组结合ALLOCATE语句。
2. 边界检查：在循环中访问数组元素时，要确保索引值在有效范围内。例如在上面计算距离的DO循环中，i的取值范围是从1到num_satellites，这就保证了对satellite_positions和distances数组的访问不会越界。如果是从外部获取数据填充数组，需要检查数据的数量是否与数组大小匹配，避免写入越界。
3. 使用安全的数组操作函数：Fortran 2003及更高版本提供了一些数组操作函数，在使用这些函数时，要确保其参数不会导致数组越界。例如RESHAPE函数，如果新的形状定义不当可能导致越界。