Arrays “什么是”呢；分段故障-无效内存引用错误“；用FORTRAN语言

我在Fortran代码中收到以下错误：

  Program received signal SIGSEGV: Segmentation fault - invalid memory reference.

  Backtrace for this error:
  #0  0x7F80C7B46777
  #1  0x7F80C7B46D7E
  #2  0x7F80C7282D3F
  #3  0x402D1A in __mymodule_MOD_gcr_mfree
  #4  0x412175 in MAIN__ at HUHSI1.f90:?
  Segmentation fault (core dumped)
  ------------------
  (program exited with code: 139)

我不完全理解这个错误。这个错误是什么

数字3表示以下子例程：

SUBROUTINE gcr_Mfree(F2,Cnew,Cold,C_Fold,xm,converged)

    !**** FUNCTIONS TO BE SOLVED ****
    ! Generalized Conjugate Residual Algorithm
    ! Solves M*x=b (J*dx=-F)

    IMPLICIT REAL*8 (A-H,O-Z)

    INTEGER, intent(out)                :: converged  
    REAL*8, DIMENSION(:,:), ALLOCATABLE :: F2,p,Mp             
    REAL*8, DIMENSION(:),   ALLOCATABLE :: F2V,F22V,CnewV,ColdV,C_FoldV,alpha2,r,b,Mr,xv

    ! 2D INPUT VARIABLE DIMENSIONS:
    DIMENSION F22(-2:IG+2,-2:JG+2)
    DIMENSION Cnew(-2:IG+2,-2:JG+2)
    DIMENSION Cold(-2:IG+2,-2:JG+2)
    DIMENSION C_Fold(-2:IG+2,-2:JG+2)
    DIMENSION xm(-2:IG+2,-2:JG+2)

    integer :: j,maxiter,iter
    real*8 :: tol,normr  
    !===================================================================           

    MASK = SIZE(F2)                 ! Size of F2 : (IG+5)*(JG+5)
    Print*, 'MASK IS EQUAL TO',MASK
    ALLOCATE(F2V(1:MASK))
    ALLOCATE(CnewV(1:MASK))
    ALLOCATE(ColdV(1:MASK))
    ALLOCATE(C_FoldV(1:MASK))
    ALLOCATE(xv(1:MASK))

    ALLOCATE(r(1:MASK))
    ALLOCATE(b(1:MASK))
    ALLOCATE(p(1:IG,1:JG))
    ALLOCATE(Mp(1:IG,1:JG))

    !************* RESHAPING MATRICES TO VECTORS **************
    F2V     = RESHAPE(F2    ,(/MASK/))
    ColdV   = RESHAPE(Cold  ,(/MASK/))
    CnewV   = RESHAPE(Cnew  ,(/MASK/))
    C_FoldV = RESHAPE(C_Fold,(/MASK/))

   !            Write(*,*) shape(CnewV), shape(Cnew)
   !            WRITE(*,*) 'Cold='
   !            WRITE(*,554) Cold
   !            WRITE(*,*) 'Cnew='
   !            WRITE(*,554) Cnew
   !554         FORMAT(F4.2,1X,F4.2,1X,F4.2,1X,F4.2,1X,F4.2,1X,F4.2,1X,F4.2,1X,F4.2,1X,F4.2,1X,F4.2,1X,F4.2,1X,F5.3,1X,F5.3,1X)     

    b       = -F2V(1:MASK)                !(why minus?)

    tol     = 5.E-2
    alpha2  = 1e-6 
    maxiter = MASK
    r       = b(1:MASK)               ! we need this when calculating r_new
    normr    = sqrt(sum( r(:)**2 ))                  !!!! Norm               

    557         FORMAT(1X,F5.2,2X,F5.2,10X,F5.2,4X,F5.2,10X,F5.2,2X,F5.2)
    WRITE(*,*) 'ColdV,CnewV'
    WRITE(*,557) ColdV,CnewV,F2V,C_FoldV,b,r
    PRINT*, 'normr=', nomr

    !************* MAIN CALCULATION ****************
    DO iter=1,maxiter

        !Get preliminary search direction
        p(:,iter) = r(:)

                        WRITE(*,*) 'p='
                        WRITE(*,558) ,p
        558             FORMAT(1X,F4.2) 

        ! Approximate the Jacobian(M) residual product
        CnewV = CnewV + alpha2 * r

        WRITE(*,*), 'CnewV='
        WRITE(*,559) ,CnewV
        559             FORMAT(1X,F4.2)

        Cnew = RESHAPE(CnewV,(/IG+5,JG+5/))                 

        !********** Call Crank-Nicolson Function               

        F22V= RESHAPE(F22,(/MASK/))

        Mr(:) = (1/alpha2)*(F22V-F2V)      !GUIDE: (The apporximated Jacobian matrix)

        Mp(:,iter) = Mr(:)

        !! Orthogonalize search direction
        do j = 1, iter-1
            p(:,iter)  = p(:,iter)  - sum( Mp(:,j) * Mp(:,iter) ) * p(:,j)
            Mp(:,iter) = Mp(:,iter) - sum( Mp(:,j) * Mp(:,iter) ) * Mp(:,j)
        enddo

        !Normalize search direction              
        p(:,iter)  =  p(:,iter) / (norm2(Mp(:,iter))) 
        Mp(:,iter) = Mp(:,iter) / (norm2(Mp(:,iter)))

        !Update solution and residual
        alpha2 = sum( r(:) * Mp(:,iter) ) / sum( Mp(:,iter)**2 )                            
        xv = xv + alpha2 * p(:,iter)
        r = r - alpha2 * Mp(:,iter)      ! where is the *(Cnew - C)?

        xm = RESHAPE(xv,(/IG+5,JG+5/)) 

        !Check convergence
        normr=sqrt(sum( r(:)**2 ))                               !!!! norm
        !fprintf('norm(r) = !g iter = !gNewLine',normr,iter+1);
        if (normr.LT.tol) then
            converged=1
            exit
        end if


    END DO 

    if (normr > tol) then
        write(*,*) 'GCR SOLUTION DID NOT CONVERGE!'
        converged=0
    end if

    RETURN
END subroutine gcr_Mfree

以下是我为找出收到此错误的原因所做的几件事：

我通过一步一步地打印来跟踪代码中变量的值。我已达到此公式，无法再打印CnewV的值

CnewV = CnewV + alpha2 * r

该公式位于“mymodule_MOD_gcr_mfree”中，由错误消息中的#3表示为什么错误没有指示任何行号？

“r”是一个向量。“alpha2”是标量。RHS处的CnewV是一个向量。“r”和“CnewV”的大小和等级相同，“CnewV”向量中只有一个元素的值为NaN。另外，当我试图在屏幕上打印它们时，两个或三个元素被打印为“******”

打印矩阵“p”（格式编号为558）时，数组p中的元素要少得多。数组“r”中有221个元素，而“p”中有96个元素

---

这是一个复杂的问题。我希望给出的信息足以理解错误。

您在

p

和

Mp

上都超出了数组界限，这两个数组都是维度

（1:IG，1:JG）

。iter的外环从1运行到

maxiter=MASK=（IG+5）*（JG+5）

，最终导致

p（：，iter）

的非法内存访问。还有那条线

p(:,iter)=r(:)

---

是不匹配的，因为

r

具有大小=掩码

问题1的答案是： 分段错误是由于内存冲突造成的。在这种情况下，错误是由于变量分配错误而产生的。此外，我们还应该设置变量界限限制

错：

CnewV = CnewV + alpha2 * r

更正：

CnewV(0:IG,0:JG) = CnewV(0:IG,0:JG) + alpha2 * r(0:IG,0:JG)

---

问题2的答案是： 我相信这是一个编译器错误。我也检查了其他编译器，没有一个能够解决这种类型的错误

---

问题3的答案是： 函数/子例程内部数组中的元素数较少是由于调用函数/子例程时变量设置不当所致。如果出现此错误，则应将该变量添加到应调用的变量列表中

仍然指针分配不正常： 我已经设法克服了分段错误，整个代码编译得很好。但是，我在第三次迭代后收到了NaN编号

下面的测试代码旨在显示问题的根源。我尝试了以下解决方案。但是，我无法在每次迭代时将向量“Mr”写入目标矩阵“Mp”的列中

 program ptrtest

 real, pointer, CONTIGUOUS :: Mr(:)
 real, pointer, CONTIGUOUS :: Mp(:,:)
 real, DIMENSION(9) ::abc


 integer :: n = 2
 iter=3

 Do i=1,iter

 alpha2 = 2
 allocate(Mr(n**2))
 abc= 42

 Mr(1:n**2) = 0.5 * abc(1:n**2)
 write(*,*) 'Mr='
 write(*,555) Mr

 Mr(1:n**2) => Mp(1:n**2,1:1) 

 WRITE(*,*) 'Mp='
 WRITE(*,555) Mp

 end do

 555  FORMAT(F12.4,1X) 


 end program ptrtest

错误：

 gfortran -Wall -fcheck=all "Pointer.f95" (in directory: /home/vahid/Dropbox/To Move folder/Geany/Test_Pointer application)
 Pointer.f95:25.3:
 Mr(1:n**2) => Mp(1:n**2,1:i)
 1
 Error: Incompatible ranks 1 and 2 in assignment at (1)
 Compilation failed.

---

我试过

Mp（1:n**2,1:I）=>Mr（1:n**2）

。这克服了编译错误。但是，Mp不是目标，每次迭代时向量的元素都会被重写到矩阵的第1列。

将“隐式实数*8（A-H，O-Z）”替换为“隐式无”并显式声明所有变量应该是有用的。这也有助于打开编译器选项进行运行时非法下标检查。e、 例如，在gfortran中，使用

-fcheck=bounds

或

-fcheck=all

@Vahid no，NaN是一个有效的浮点值，如果它将导致错误（取决于一些事情），它将是一个浮点信号，您将得到不同的错误。SIGSEGV aka signal 11是一个通用的“您试图访问不允许访问的内存”错误。它可能由双重释放、缓冲区溢出等引起。您的所有分配都成功了吗？你不是在检查。。。还可以尝试将

-g-fbacktrace

（如果使用gfortran）或

-g-traceback

（如果使用ifort）添加到编译命令中，以获得调试符号，并希望在执行SEGFAULT时获得更多信息除了我的答案之外，您真的想为潜在存储IG*JG迭代提供空间吗？如果你超过了几百点，这看起来就像它会爆炸一样可怕。如果只是一个小问题，那就不要理会。在你的代码中搜索编译器很容易识别的bug是浪费你和每个人的时间。使用gfortran-g3-fcheck=all-Wall-fbacktrace编译。如果您使用的gfortran版本足够新，请添加

-fsanitize=undefined-fsanitize=address-fsanitize=leak

。请仔细阅读编译器手册。其他编译器的编译器中也有类似的标志。谢谢您的提醒。其思想是将向量“r”存储到矩阵p的列中。向量“r”在每次迭代时都会更新。Hi@Vahid，添加的代码显示

Mr（1:n**2）=>Mp（1:n**2，1:1）

，而错误消息显示

Mr（1:n**2）=Mp（1:n**2,1:i）

。你想说什么？（后者不在添加的代码中…）是否要创建指向Mp（：，：）的第i列的数组指针？此外，由于Mp未分配，因此先生无法指向它！我觉得您可能对Fortran数组（指针）和Matlab数组有混合的理解。在Matlab数组中，我们可以执行

Mp（1:n**2，i）=Mr（1:n**2）

，即使之前没有定义左侧。另一方面，在迭代开始之前，Fortran数组必须分配为

allocate（Mp（1:n**2，1:Niter））

。然后在迭代中执行

Mp（1:n**2，i）=Mr（1:n**2）

。换句话说，Matlab的数组可以根据需要自动增大大小，而Fortran的数组则不能。即使使用数组指针，这一事实也不会改变（细节被省略…@roygvib解释：我想在循环中将一个1D数组强制转换为2D数组的列。在第一次迭代时，该二维阵列的大小与1D阵列的大小相同。所以投下它应该没有问题。在第二次迭代中，1D数组将有不同的元素。我想把它转换到2D数组的第二列。这