Производные типы

Показывать лекцию целиком

Презентацию к лекции Вы можете скачать здесь.

Производные типы, зачем ?

! данные N частиц
real x(N)
real y(N)
real z(N)
logical status(N)
real temperature(N)
real pressure(N)
integer color(N)

При сортировке используются перестановки элементов.

Перестановка требует 3 операции присваивания.

tmp = x(12)
  x(12) = x(15)
  x(15) = tmp

Для перестановки двух частиц потребуется записать 21(!) операции присваивания.

Лучше объединить типы под одним "общим типом".

Оператор type

Объявляет новый тип данных, группируя под одним именем существующие типы.

type имя

     типы данных 

   contains 

     процедуры привязанные к типу

end type имя

Доступ к полям

Операция " . " или " % ".

program prog
  type NewType
    integer A
    real    B
    character C
    logical   D
  end type NewType

  type (NewType) PS

  PS.A = 35;  PS.B = 3.14; PS.C = 'E'; PS.D = .FALSE.
  PS%A = 25;  PS%B = 5.67; PS%C = 'Q'; PS%D = .TRUE.

end

Задание начальных значений для каждого поля лучше с использованием конструктора.

Конструктор производного типа

Конструктор – функция с именем производного типа.

Параметры функции - поля производного типа.

Иерархия типов

Расширение типа, extends

Тип CHILD наследует поля типа PARENT

type PARENT   ! родитель
  integer A
  real B
end type PARENT

type, extends (PARENT) :: CHILD ! потомок
  character C
end type CHILD

type (CHILD) pas1, pas2

pas1 = CHILD(PARENT(1,2.0),'A')
pas2 = CHILD(1,2.0,'A')

Оператор class

Class объявляет полиморфную переменную.

Если полиморфная переменная не является формальным параметром процедуры, то используются атрибуты allocatable или pointer.

class (имя производного типа), allocatable :: имя

type PARENT
   integer A
   real B
 end type PARENT
 type, extends (PARENT) :: CHILD  ! наследуем тип PARENT
   character C
 end type CHILD
 type  (CHILD), allocatable :: CL1
 class (CHILD), allocatable :: CL2
 allocate(CL1, source = CHILD(1,3.0,'Q'))
 allocate(CL2, source = CHILD(1,3.0,'Q'))

Переменная CL2 имеет больше возможностей.

Полиморфная переменная объявленная родительским типом может "принимать" все дочерние типы.

program prog
  type PARENT
    integer A
    real B
  end type PARENT

  type, extends (PARENT) :: CHILD_A
    character C
  end type CHILD_A

  type, extends (PARENT) :: CHILD_B
    logical D
  end type CHILD_B

  type, extends (CHILD_A) :: CHILD_CHILD_A
    complex E
  end type CHILD_CHILD_A
  class (PARENT), pointer  :: PAR

  type (PARENT),   target :: P
  type (CHILD_A),  target :: CA
  type (CHILD_B),  target :: CB
  type (CHILD_CHILD_A), target :: CCA


  PAR => P   ! стал родителем
  PAR => CA  ! теперь потомок А
  PAR => CB  ! изменился на потомка B
  PAR => CCA ! теперь потомок потомка А

end

Конструкция select type

Как определить какой тип имеет полиморфная переменная ?

Select type позволяет выполнить блок операторов в зависимости от динамического типа полиморфной переменной.

select type (переменная)

  type is (имя типа)

  class is (имя типа)

  class default

end select

Оператор select type

Схема выполнения

Находится и выполняется блок type is

Если не найден type is, то находится и выполняется class is.

Если найдено соответствие нескольким блокам class is, то выбирается ближайший родитель.

Если не найден ни один блок выбирается class default.

...
  type (PARENT),   target :: P
  type (CHILD_CHILD_A), target :: CCA
  PAR => CCA ! потомок потомка А

  select type (PAR)
    class is (PARENT)
      write (*,*) "PARENT"

    class is (CHILD_A)
      write(*,*) "CHILD"   ! выбирается ближайший родитель

    class default
      write(*,*) "default...."
  end select 
end

Оператор class(*)

Неограниченно полиморфная переменная принимает любые типы

type T1
   integer index
   real    val
 end type T1

 type T2
   logical       status
   character     symbol
   character(10) name
 end type T2

 complex(16), target :: CMP
   type (T1), target :: PT1
 type (T2), target :: PT2

 class (*), pointer  :: PAR  ! неограниченно полиморфная

 PAR => PT1     ! сейчас типа T1
 PAR => PT2     ! теперь типа T2
 PAR => CMP     ! затем комплексный тип

Процедурные указатели

procedure(proc), pointer :: p1 => null()

Procedure описывает процедурный указатель, позволяет добавлять в созданный тип процедуры.

type NewType
  integer a
  real b
    contains
      procedure    proc1
      procedure :: proc2 => other_pr
end type NewType 
...

call A.proc1(a,b)

Атрибуты pass и nopass

Используются для процедур привязанных к производному типу по имени.

pass позволяет получить доступ к переменной, посредством которой вызывалась процедура (по умолчанию).

Вызывающая переменная записывается в процедуре, первым параметром и должна быть объявлена оператором class.

При вызове процедуры данный параметр опускается.

nopass отменяет доступ к вызывающей переменной.

Процедуры привязанные к типу

module algebra
  type, public :: vector
    real x1, y1, x2, y2

  contains
    procedure, public, pass :: length
    procedure, nopass :: info
  end type vector
   
CONTAINS

  subroutine info()
    write(*,*) "I'am VECTOR"
  end subroutine info

  integer function length(vc) ! атрибут pass  
    class(vector), intent(out) :: vc
    length = sqrt((vc.x1-vc.x2)**2 + (vc.y1-vc.y2)**2)
  end function length
end module algebra
program prog

  use algebra

  class (vector), allocatable :: VEC

  allocate(VEC, source = vector(0.0,0.0,3.0,4.0))

  call VEC.info()

  write(*,*) VEC.length() ! формальный параметр отсутствует
                          ! однако при описании объявлен

  deallocate(VEC)

end

Завершающие процедуры

Оператор final объявляет процедуры (деструкторы), которые выполняются при удалении ранее размещенных в памяти элементов

type NewType
...
contains
  final :: finish
end type NewType

Атрибут private

Используется для задания отдельных полей производных типов в модулях. Доступ к приватной части происходит при помощи public-процедур.

module MyModule
...
  type NewType
    integer            A
    real, private   :: B
    integer            C
    real, private   :: D
  end type NewType
...
end module MyModule

Пример

module MyModule

  type NewType
    integer A
    real, private   :: B
    contains
      procedure :: SetParamB
  end type NewType

contains
   subroutine SetParamB(T,newvalue)
   class(NewType) T
   real newvalue
     if (newvalue < 0) then
       write(*,*) "Error in parameter B, must be >=0"
       T.B = 0
     else
       T.B = newvalue
     end if
  end subroutine
end module
program prog
  use MyModule 
  class(NewType), allocatable :: nw
  
  allocate(nw)
  
  nw.A = 1000
  !nw.B = 4.5   ! ошибка доступа
  call nw.SetParamB(4.5)  

  call nw.SetParamB(-9.4) ! некорректные данные

end

Перегрузка операций

Набросок модуля арифметики длинных чисел

module long

type LongNumbe
   integer(1) val(length)  ! цифры
   integer    total        ! количество
end type LongNumber

contains
  subroutine asgn(n,val)  ! присваивание 
    ! операторы
  end subroutine asgn
  function plus(n1,n2)    ! операция сложение и другие 
    ! операторы
  end function plus
  subroutine PrintLong(n) ! вывод числа 
   ! операторы
  end subroutine PrintLong
end module long

Набросок вызывающей программы

program prog
  use long
  type (LongNumber) a, b, c, d

  call asgn(a,"2823892839283923837483485555555")
  call asgn(b,"92882746")
  call asgn(c,"2038493849300000")

  !---- хотим найти выражение 
  ! d = a*(b+c)+c*(a+b)+b
    
  d = plus(plus(umn(a,plus(b,c)),umn(c,plus(a,b))),b)
  ! очень громоздкая запись
  ! осложнение если будет много операций

   call PrintLong(d)
end

Перегрузка операции присваивания

interface assignment (=) 
   module procedure asgn ! имя процедуры
end interface

Перегрузка операции сложения, умножения и др.

interface operator (+)
  module procedure plus ! имя процедуры
end interface

Замена имени процедуры на знак операции.

Унарная операция - функция с одним входным параметром имеющего вид связи IN.

Двуместная операция - функция с двумя параметрами имеющими вид связи IN.

Нельзя изменять тип встроенной операции. (например '*' оформить как унарную).

Процедура, задающая '=' должна быть подпрограммой с двумя параметрами.

1-й вид связи OUT или INOUT (левая часть),

2-й параметр IN (правая часть).

Задаваемые операции

Вводятся аналогично унарным и двуместным операциям.

Имя операции задаётся по общим правилам.

В выражениях операция ограничивается точками.

 interface operator (.PLUS.)
    module procedure plus
 end interface

...

SUMMA = A.PLUS.B

Приоритет операций

унарная перегруженная или задаваемая операция

арифметические операции

символьная операция конкатенация

операции отношения

логические операции

задаваемая или перегруженная бинарная операция

Задание

Создать модуль для работы с длинными числами. Реализовать операции присваивания, сложения и вывода длинных целых чисел.

Занятие пройдено

Предыдущее занятие Занятие пройдено Следующее занятие

Вернуться к учебному плану