在 Fortran 中分配包含指针的类型实例的正确方法

Question

考虑以下最小示例：

module lib
    private
    type node
        integer::val
        type(node),allocatable::next
    end type
    type,public::list
        integer::num=0
        ! `first` should be a pointer to avoid making `this` a target in procedures.
        type(node),pointer::first=>null(),last=>null()
    contains
        procedure::add=>list_add
        final::list_final
    end type
    interface list
        procedure list_new
    end interface
contains
    function list_new()result(this)
        type(list)::this
        print*,'list_new'
        allocate(this%first)
        this%last=>this%first
    end
    subroutine list_add(this,val)
        class(list),intent(inout)::this
        integer,intent(in)::val
        print*,'list_add'
        this%num=this%num+1
        allocate(this%last%next)
        this%last=>this%last%next
        this%last%val=val
    end
    subroutine list_final(this)
        type(list),intent(inout)::this
        print*,'list_final'
        ! Checking if `first` is associated is necessary to avoid the error on
        ! finalization of uninitialized instances.
        if(associated(this%first))deallocate(this%first)
    end
end


program prog
    use lib
    type(list)::obj  ! type(list),allocatable::obj
    obj=list()  ! allocate(obj,source=list())
    call obj%add(42)
end

这是使用可分配节点的链表的简单实现。由于原代码的一些限制，

first

应该是一个指针，在构造函数

list_new

中分配。为了避免内存泄漏，当实例超出范围时，最终过程

list_final

将自动释放

first

。但是编译此代码（例如，使用 GNU 编译器 gfortran-13.1.0 使用

-g

标志进行调试）并执行它将在第

Fortran runtime error: Attempting to allocate already allocated variable 'this'

行以

allocate(this%last%next)

结束。在此错误之前，输出是：

 list_new
 list_final
 list_final
 list_add

如果我理解正确的话，

list_final

被调用了两次：

• 最终确定第

  type(list)::obj

  ,
行声明中创建的实例
• 将其内容复制到

  obj=list()

  后，完成在第

  obj

  行右侧创建的实例。

第二个调用释放了

first

的

list()

所指向的内存，并导致

obj%first

指向无效的内存地址，因为指针刚刚在赋值中被复制。所以

last%next

（或

first%next

）似乎已经在

list_add

的第一次调用中分配了。

将

type(list)::obj

替换为

type(list),allocatable::obj

并将

obj=list()

替换为

allocate(obj,source=list())

可以修复此问题，并且永远不会调用

list_final

。

据我所知，这似乎是分配类型实例的唯一安全且干净的方法（无需重新定义赋值并用对析构函数的显式调用替换

final

）。尽管

obj=list()

看起来更优雅并且类似于其他编程语言中的实例初始化表达式，但它可能会在 Fortran 中导致意外行为（并且还会添加额外的复制操作）。

allocate

和

source

是初始化此类类型实例的唯一正确方法吗？

Answer 1

通过定义与类型同名的泛型接口，您可以有效地为派生类型定义具有任意语义的构造函数。正确的 Fortran 编译器将调用该通用接口的特定过程，如果其中一个过程与结构构造函数的参数完全匹配，该结构构造函数在语法上也可以是函数调用，并且如果不匹配，则将结构构造函数解释为结构构造函数.