6.4　库过程

本节所描述的映射查询子程序和计算函数可在HPF库模块HPF_LIBRARY中获得。使用这些过程时，必须与它们所处的每个作用域单元中的适当的USE语句一起使用。它们不是内部函数。

6.4.1 映射查询子程序

HPF提供了一些数据映射指令，这些指令实际上是建议性的。映射查询子程序允许程序在运行时确定一个数组的实际映射。当引用一个外部子程序时，它对于了解确切的映射尤其重要。正是由于这些原因，HPF包含了映射查询子程序，这些子程序描述了数组实际上是怎样被映射到机器上的。为保持很小的例程数目，这些查询过程被构造成具有可选INTENT(OUT)参数的子程序的形式。

6.4.2　位维护函数

HPF库包括三个基本的位维护函数。LEADZ计算一个整数描述中前导零的位数。POPCNT统计整数中1的位数。POPPAR计算一个整数的奇偶性。

6.4.3　数组归约函数

HPF增加了一些新的数组归约函数，这些函数的操作方式与Fortran的SUM和ANY内部函数相同。这些新的归约函数是IALL，IANY，IPARITY和PARITY，它们分别对应于下面的具有交换性，结合性的二进制操作：IAND，IOR，IEOR和.NEQV.。

在这些函数的说明中，使用术语“XXX规约”，在这里，XXX是上面的二进制操作符之一。下面通过一个例子对这些函数进行定义。对于mask的相应元素为真的array中的所有元素，其IAND规约的值是在result中所计算出的标量整数。

　result=IAND_IDENTITY_ELEMENT
　DO i_1=LBOUND(array,1),UBOUND(array,1)
　　...
　　　DO i_n=LBOUND(array,n),UBOUND(array,n)
　　　　IF(mask(i_1,i_2,...,i_n))&
　　　　　result=IAND(result,array(i_1,i_2,...,i_n)
　　　END DO
　　...
　END DO

在这里，n是array的维数且IAND_IDENTITY_ELEMENT是一个所有位都为1的整数。其它的三个规约也是类似定义的。其中，IOR和IEOR的特性元素是0。而.NEQV.的特性元素是.FALSE.

6.4.4　数组组合分散函数

XXX_SCATTER函数是一些一般化的数组归约函数，在这些函数中，数组元素的任意子集可被组合在一起以产生一个结果元素；对应于结果元素的子集是非重叠的。语言中11个归约操作的每一个都对应于一个分散函数，而且COPY_SCATTER支持用相应子集中的任意一个值来覆盖一个已存在的值。本节中将描述源数组元素与结果元素建立关联的方法；6.7节中的单个函数说明将描述把它们的值组合在一起的方法。

除了下面所提到的特殊情况外，这些函数的一般形式是：

　XXX_SCATTER(ARRAY,BASE,INDX₁,...,INDX_n,MASK)

XXX所允许的值是ALL，ANY，COPY，COUNT，IALL，IANY，IPARITY，MAXVAL，MINVAL，PARITY，PRODUCT，以及SUM。ARRAY，MASK以及所有的INDX数组都是符合HPF要求的参数。INDX数组是整型的，并且INDX参数的个数必须等于BASE的维数。参数MASK是逻辑型的，而且是可选的。除COUNT_SCATTER之外,ARRAY和BASE都是同种类型的数组。对于COUNT_SCATTER，ARRAY是逻辑型的，BASE是整型的。（对于ALL_SCATTER，ANY_SCATTER，COUNT_SCATTER，和PARITY_SCATTER，参数ARRAY必须是逻辑型的。这些函数不具有可选的MASK参数。为符合Fortran标准的惯例，这些函数所要求的ARRAY参数在6.7节的说明中被称为MASK。）在所有这些情况下，结果数组都是一个与BASE具有相同类型，种类参数，以及形状的数组。

因为所有的INDX数组都与ARRAY具有相同的形状，因此对于ARRAY中的每一个元素a，在每个INDX数组中都有一个元素与之相对应。对于每一个j=1,2,..,n，在这里n是BASE的维数，令s_j是对应于ARRAY中元素a的INDX_j的元素值。这些索引值决定了受ARRAY元素a影响的结果元素。对于每个索引s_j，BASE中的相应索引是b_j=s_j+LBOUND(BASE,j)-1。

整数b_j，j=1,...n,组成了选择BASE中元素的下标：BASE(b₁,b₂,...,b_n)。因为BASE和结果是相符的，因此对于BASE中的每个元素都有一个结果元素与之相对应。

这样INDX数组就建立了一个从ARRAY的所有元素到结果和BASE给定元素之间的映射。从另一个方向考虑，此映射在ARRAY的元素集合S与BASE的每个元素之间建立了联系。

如果S是空的，则与BASE中元素b相对应的结果元素具有相同的值b。

如果S是非空的，则S的元素将与元素b组合在一起以产生结果元素。分散函数的详细说明描述了组合这些值的专门方式。例如，对于SUM_SCATTER，如果S的元素是a₁,...,a_m，则对应于BASE中元素b的结果元素是SUM(/a₁,a₂,...,a_m,b/)的值。

注意，INDX数组的元素必须是非负的，且INDX_j不能超过SIZE(BASE,j)。计算结果不受所定义的BASE索引上下界的影响；它仅依赖于BASE的形状。

注意，由于标量与任何数组都是相符的，因此可用标量来代替INDX数组，在这种情况下结果的一个超面被选定。见下面的例子。

如果可选的，最后一个MASK参数也存在，则ARRAY中参加操作的仅是那些MASK的对应元素为真的元素。ARRAY和INDX数组中的所有其它元素被忽略且对于结果的任何元素没有任何影响。

例如，如果

　A是数组　；　　　　　　B是数组；　

　I1是数组 ；　　　　　 I2是数组

则

　　SUM_SCATTER(A,B,I1,I2)的结果是
　　SUM_SCATTER(A,B,2,I2)的结果是
　　SUM_SCATTER(A,B,I1,2)的结果是
　　SUM_SCATTER(A,B,2,2)的结果是
如果A是数组，B是数组，且C是数组，则SUM_SCATTER(A,B,IND,MASK(A .GT. 0))的结果是。

6.4.5　数组前缀和后缀函数

当扫描(scan)一个向量时，每个结果元素都是它前面（对于前缀扫描）或它后面（对于后缀扫描）的向量元素的函数。这些函数提供了对数组的和子数组扫描操作。除了下面所提到的特殊情况外，这些函数的一般形式是：

　　XXX_PREFIX(ARRAY,DIM,MASK,SEGMENT,EXCLUSIVE)
　　XXX_SUFFIX(ARRAY,DIM,MASK,SEGMENT,EXCLUSIVE)

XXX的允许值是ALL，ANY，COPY，COUNT，IALL，IPARITY，MAXVAL，MINVAL，PARITY，PRODUCT和SUM。

当下面的注释既适用于前缀又适用于后缀的例程形式时，我们称它们为YYYFIX函数。

参数DIM，MASK，SEGMENT和EXCLUSIVE是可选的。COPY_YYYFIX函数没有MASK或EXCLUSIVE参数。ALL_YYYFIX，ANY_YYYFIX，COUNT_YYYFIX和PARITY_YYYFIX函数没有MASK参数。它们的ARRAY参数必须是逻辑型的；在6.7节的说明中它被指示为MASK。

参数MASK和SEGMENT必须是逻辑型的。SEGMENT必须与ARRAY具有相同的形状。MASK必须与ARRAY相符。EXCLUSIVE是一个逻辑型标量。DIM是一个介于1和ARRAY的维数之间的整数。

结果值：结果与ARRAY具有相同的形状，且，除COUNT_YYYFIX外，与ARRAY具有相同的类型和种类参数。（COUNT_YYYFIX的结果是缺省整数）

在每种情况下，结果的每一个元素都是由ARRAY的某些给定元素的值所决定的，决定的方式是其专门函数所特有的，在下面的函数说明中我们将对其进行描述。可选参数影响了对应于每个结果元素的ARRAY中元素的选择；ARRAY中选定的元素将作用于结果元素。本节充分描述了ARRAY的哪些元素作用于给定的结果元素。

如果对应于结果的给定元素，没有在ARRAY中选定元素，则该结果元素被置成一个缺省值，该值是其专门函数所特有的，在下面的函数说明中我们将对其进行描述。

对于任何一个给定的结果元素r，令a是ARRAY中对应的元素。除非不满足下列规则之一，否则ARRAY中的每个元素都将作用于r。

1.如果函数是XXX_PREFIX，则ARRAY的元素序列中在a之后的所有元素都不会作用于r。如果函数是XXX_SUFFIX，则ARRAY的元素序列中在a之前的所有元素都不会作用于r。

2.如果提供了DIM参数，则ARRAY中元素z要想作用于r，只有其除DIM维之外的所有索引与a中的相应索引都相同。（如果省略DIM参数，则ARRAY，MASK和SEGMENT按照数组元素的次序被处理，就好象把它们临时当作了一维数组。如果存在DIM参数，则沿着ARRAY的选定维执行一组完全独立的扫描操作。）

3.如果提供了MASK参数，则仅当对应于z的MASK中的元素为真时，ARRAY的元素z才会作用于r。（对于MASK中为假的元素，与其相对应的数组元素不会对结果产生任何影响。但是，结果在所有的位置仍然有定义，即使对应于该位置的MASK为假。）

4.如果提供了SEGMENT参数，则ARRAY的元素z不会影响r的条件是存在ARRAY的一些中间元素w（可能包括z本身），它们具有下面的所有特性：

(a)如果函数是XXX_PREFIX，则w在数组的元素序列中，不位于z之前，但位于a之前；如果函数是XXX_SUFFIX，则w在数组的元素序列中，不位于z之后，但位于a之后。

(b)如果存在DIM参数，w的除DIM维之外的所有索引与a中的相应索引都相同；且

(c)SEGMENT中对应于w的元素值与SEGMENT中对应于a的值不同。（另一方面，当从z延伸到a时，仅当存在SEGMENT值的一个完整串，z就可以起作用。）

5.如果提供了EXCLUSIVE参数，且其值为真，则a本身不会影响r。

这些一般的规则导致下列重要的情形:

情形(i):　如果ARRAY是一维的，则XXX_PREFIX(ARRAY)的结果元素i由ARRAY的第一个元素所决定；XXX_SUFFIX(ARRAY)的结果元素SIZE(ARRAY)-i+1由ARRAY的最后一个元素所决定。

情形(ii): 如果ARRAY的维数超过一维，则XXX_PREFIX(ARRAY)的每一个结果元素的值由ARRAY中的对应元素a和ARRAY的数组元素序列中位于a之前的所有元素所决定。对于XXX_SUFFIX，a由ARRAY的数组元素序列中对应于a或紧随a的元素所决定。

情形(iii):XXX_PREFIX(ARRAY,MASK=MASK)的每个结果元素由ARRAY中指定的元素所决定，即ARRAY中的对应元素a和ARRAY的数组元素序列中a之前的所有元素所决定，但是仅当MASK的对应元素为真时，ARRAY中的一个元素才能对结果起作用。如果这一约束导致没有选到任何数组元素来作用于一些结果元素，则结果的那个元素被给定函数置成缺省值。

情形(iv): XXX_PREFIX(ARRAY,DIM=DIM)的每个结果元素由ARRAY中指定的元素所决定，即由ARRAY中的对应元素a和ARRAY中沿DIM维位于a之前的所有元素所决定；例如，在SUM_PREFIX(A(1:N,1:N),DIM=2)中，结果元素(i₁,i₂)可被计算为SUM(A(i₁,1:i₂))。更一般地，在SUM_PREFIX(ARRAY,DIM)中，结果元素i₁,i₂,...i_DIM,...i_n可被计算为SUM(ARRAY(i₁,i₂,...,:i_DIM,...,i_n))。（注意最后那个表达式中i_DIM前的冒号。）

情形(v):　如果ARRAY是一维的，则XXX_PREFIX(ARRAY,EXCLUSIVE=.TRUE.)的结果元素i由ARRAY的头i-1个元素所决定。

情形(vi): 可选参数可用于任何组合中。

对用户的建议：每个过渡点上的新段都是以false开始，以true结束或以true开始，以false结束；这样，这
样任何一个段都可用一个最大的逻辑值连续序列来指示:

(/T,T,T,F,T,F,F,F,T,F,F,T/)
-------------------------- 七段

（对用户的建议结束）

基本原理：

一种现存的库是通过指示每一段的起始点来为各段定界。而另一种则是通过指示每一段的结束点来为各段定界。每一种方法都各有其优点。还有一个问题是当执行一个后缀而非前缀时，这一习惯是否应该改变。HPF采纳了上面的对称描述。这一描述的主要优点是：

(A)因为同一段指示符无须改变其解释就可用于前缀和后缀（开始和结束是相对的），因此它是对称的。

(B)通过使用PREITY_PREFIX或PARITY_SUFFIX可以很容易地将开始位或结束位描述转换为这种形式。这些是编译器所承认的标准风格：

　　SUM_PREFIX(FOO,SEGMENT=PARITY_PREFIX(START_BITS))
　　SUM_PREFIX(FOO,SEGMENT=PARITY_SUFFIX(STOP_BITS))
　　SUM_PREFIX(FOO,SEGMENT=PARITY_SUFFIX(START_BITS))
　　SUM_PREFIX(FOO,SEGMENT=PARITY_PREFIX(STOP_BITS))

(基本原理结束）

例子：下面的这些例子阐述了SUM_PREFIX可选参数的所有可能组合。SUM_YYYFIX的缺省值是0。

情形(i):　SUM_PREFIX((/1,3,5,7/))的结果是。

情形(ii): 如果B是数组, 则SUM_PREFIX(B)的结果是数组
情形(iii):如果A是数组, 则SUM_PREFIX(A,MASK=A.LT.6|的结果是

情形(iv): 如果B是数组，则SUM_PREFIX(B,DIM=1)的结果是数组且SUM_PREFIX(B,DIM=2)的结果是数组。
情形(v):　SUM_PREFIX((/1,3,5,7/),EXCLUSIVE=.TRUE.)的结果是。

情形(vi): 如果B是数组，M是数组，且S是数组，则:　

　　SUM_PREFIX(B,DIM=2,MASK=M,SEGMENT=S,EXCLUSIVE=.TRUE.)的结果是
　　SUM_PREFIX(B,DIM=2,MASK=M,SEGMENT=S,EXCLUSIVE=.FALSE.)的结果是
　　SUM_PREFIX(B,DIM=2,MASK=M,EXCLUSIVE=.TRUE.)的结果是。
　　SUM_PREFIX(B,DIM=2,MASK=M,EXCLUSIVE=.FALSE.)的结果是。
　　SUM_PREFIX(B,DIM=2,SEGMENT=S,EXCLUSIVE=.TRUE.)的结果是。
　　SUM_PREFIX(B,DIM=2,SEGMENT=S,EXCLUSIVE=.FALSE.)的结果是。
　　SUM_PREFIX(B,DIM=2,EXCLUSIVE=.TRUE.)的结果是。　　

　　SUM_PREFIX(B,DIM=2,EXCLUSIVE=.FALSE.)的结果是 。
　　SUM_PREFIX(B,MASK=M,SEGMENT=S,EXCLUSIVE=.TRUE.)的结果是。
　　SUM_PREFIX(B,MASK=M,SEGMENT=S,EXCLUSIVE=.FALSE.)的结果是。
　　SUM_PREFIX(B,MASK=M,EXCLUSIVE=.TRUE.)的结果是。
　　SUM_PREFIX(B,MASK=M,EXCLUSIVE=.FALSE.)的结果是 。
　　SUM_PREFIX(B,SEGMENT=S,EXCLUSIVE=.TRUE.)的结果是。
　　SUM_PREFIX(B,SEGMENT=S,EXCLUSIVE=.FALSE.)的结果是。
　　SUM_PREFIX(B,EXCLUSIVE=.TRUE.)的结果是。

　　SUM_PREFIX(B,EXCLUSIVE=.TRUE.)的结果是。
　　　　　　　　 　　 　　　　　　　

6.4.6　数组排序函数

HPF中包含了用于对多维数组进行排序的过程。SORT_UP和SORT_DOWN函数返回排序过的数组；GRADE_UP和GRADE_DOWN函数返回排序过的置换。可沿某一给定的维对数组进行排序，也可按数组元素的顺序把整个数组看成是一个序列。等级函数使用固定排序，并考虑了用主次关键字来对结构进行方便地排序。

Copyright: NPACT