面试题：Fortran 中数组操作相关问题

Question

在 Fortran 中，假设有一个二维数组 `A(10, 10)`，编写一段代码实现将其转置（即原数组的行变为列，列变为行），并说明在 Fortran 数组操作时需要注意哪些要点。

Answer 1

program transpose_array
    implicit none
    integer :: A(10, 10)
    integer :: B(10, 10)
    integer :: i, j

   ! 初始化数组A，这里简单赋值，实际应用可按需修改
    do i = 1, 10
        do j = 1, 10
            A(i, j) = i + j
        end do
    end do

   ! 转置数组
    do i = 1, 10
        do j = 1, 10
            B(i, j) = A(j, i)
        end do
    end do

   ! 输出原数组
    write(*,*) '原数组A:'
    do i = 1, 10
        write(*,*) A(i, :)
    end do

   ! 输出转置后的数组
    write(*,*) '转置后的数组B:'
    do i = 1, 10
        write(*,*) B(i, :)
    end do
end program transpose_array

Fortran数组操作要点

1. 数组声明：在使用数组前，必须先声明其类型、大小和维度。例如 integer :: A(10, 10) 声明了一个二维整型数组 A，其大小为10x10。
2. 数组下标：Fortran数组下标默认从1开始，这与一些其他编程语言（如C语言从0开始）不同。在进行数组操作时要注意下标范围，避免越界错误。
3. 内存存储：Fortran数组按列优先存储，即先存储第一列的所有元素，再存储第二列，以此类推。在进行复杂的数组操作（如转置、切片等）时，需要考虑这种存储方式对性能和算法的影响。
4. 数组操作的效率：Fortran支持对整个数组进行操作，如 A = B 可将数组 B 的内容复制到数组 A 中，这种操作通常比使用循环逐个元素操作更高效。但在某些情况下，特别是对大型数组进行复杂运算时，需要注意缓存命中率和内存访问模式对性能的影响。
5. 数组边界检查：虽然Fortran 2003及后续版本提供了一些数组边界检查功能，但默认情况下并不总是开启。在编写代码时，需要手动确保数组访问在合法范围内，以避免程序运行时出现未定义行为。