fortran - 数组的段错误，但仅限于派生类型的组件

Question

非常简单的设置，在 Linux(红帽)上使用 gfortran 4.8.5:

• 如果我的实数数组(在派生类型内)的大小 > 2,000,000，则会出现段错误。这似乎是一个标准的堆栈/堆问题，因为如果我使用 ulimit 检查，我的堆栈大小为 8mb。

• 如果数组不位于派生类型内，则没有问题

• 请注意，正如 @francescalus 猜测的那样，删除初始值 = 0.0 可以消除问题

编辑添加:请注意，我已经发布了后续问题 Segmentation fault related to component of derived type这代表了一个更现实的用例，并进一步缩小了发生这种情况的条件。

program main

    call sub1     ! seg fault  if col size >   2,100,000
    call sub2     ! works fine at col size = 100,000,000  

end program main

subroutine sub1

    type table
        real :: col(2100000) = 0.0     ! works if "= 0.0" removed
    end type table

    type(table) :: table1
    table1%col = 1.0

end subroutine sub1

subroutine sub2
    real :: col(100000000) = 0.0
    col = 1.0
end subroutine sub2

这里有一些明显的问题:

• 这是预期的行为，还是较新版本的 gfortran 中修复的某些错误？

• 我在这里遵循标准的 Fortran 操作程序，还是做错了什么？

• 避免这种情况的建议方法是什么(请假设我在短期内无法更新到较新版本的 gfortran)？由于与此问题无关的原因，我几乎肯定会使用可分配数组组件来解决，但这可能不是一个理想的通用解决方案，我想知道我在这里拥有的所有好的选择。

• 特别是，初始化派生类型的组件是不好的做法吗？

Answer 1

这可能是由于堆栈不足而导致的运行时问题，而不是 gfortran 的错误。

Gfortran 使用堆栈来存储自动数组和其他初始化数据。如果代码在此类数组较小时不会产生问题，但在数组大小增加时会出现段错误，则可能的原因是堆栈不足。

在最新版本的 gfortran 中，这个问题似乎是相同的。我用 gfortran 4.8.4、4.9.3、5.5.0、6.4.0、7.3.0 和 8.2.0 编译并运行了你的程序。在所有情况下，我都在默认堆栈大小的情况下获得了段错误，但当堆栈大小稍微增加时没有错误。

$  ./sfa
Segmentation fault
$ ulimit -s
8192
$ ulimit -s 8256 
$ ./sfa && echo "DONE"
DONE

运行可能会解决您的问题

$ ulimit -s unlimited

在执行二进制文件之前。我不知道这样做有什么特别的惩罚，但更了解内存管理细节的程序员(例如编译器开发人员)可能会有不同的想法。

初始化派生类型的组件并不是一个坏习惯，但正如您所看到的，如果组件是一个大数组，它可能会导致堆栈出现问题 - 无论是由于组件本身的存储，还是由于存储内存以处理分配的 RHS。如果组件可分配并在子例程中分配，则数组将存储在堆中而不是堆栈中，通常可以避免此问题。在这种情况下，它可能是在子例程中而不是在编译时实际动态设置数组的值。它可能不太优雅，但我认为这是值得的，因为它是代码开发工作的典型示例，可以防止执行二进制文件时出现可避免的、与环境相关的错误。

您的上述代码符合标准。正如评论中所解释的，缺乏子例程的显式接口(interface)并不是一个好的做法，但对于这些简单的子例程来说，这并不违反规则。

某些编译器具有允许您更改某些对象在内存中分配位置的标志。虽然它可以解决特定问题，但标志取决于编译器，并且在比较不同编译器时通常不等效。根据我的经验，通过可分配项使用动态内存是一个更强大的解决方案。

最后，请注意，如果您使用 OpenMP，上面的 ulimit 命令仅影响主线程 - 您需要通过环境变量 OMP_STACKSIZE 设置其他每个线程的堆栈大小，不能是无限制。请记住，非主线程耗尽堆栈是一个更难以诊断的问题，因为二进制文件可能会在没有适当的段错误错误的情况下停止。