Fortran中用size函数获取数组大小的性能及代码改造疑问

核心结论 #

使用size(ar)获取假定形状数组的大小，性能开销可以忽略不计，哪怕子程序被调用百万次，也不会成为性能瓶颈，完全可以放心使用。

为什么size()开销极小？ #

Fortran的假定形状数组（如示例中的ar(:)）在传递给子程序时，编译器会自动传递一份数组的描述元数据（包含各维度的大小、起始地址、步长等信息）。size()函数并非像某些语言那样遍历数组计算长度，而是直接读取这份已经存在的元数据——本质上和读取一个普通整数变量的开销几乎一致。

更关键的是，现代Fortran编译器（如GCC、Intel Fortran）在开启优化选项（-O2或-O3）时，会直接将size(ar)的结果内联到代码中，连函数调用的开销都能消除，性能和直接传递nelem参数的方法完全持平，甚至可能更优（避免了参数传递的冗余）。

两种方法的对比 #

• 方法1（传递nelem参数）：
  旧版本Fortran的传统写法，但需要手动维护nelem和数组实际大小的一致性，容易出现参数不匹配的bug，且大规模修改代码时成本极高。
  示例代码：

  subroutine asub(nelem,ar)
  integer,intent(in)::nelem
  real*8,intent(in)::ar(:)
  
  ! do stuff with nelem such as allocate other arrays
  
  end subroutine asub
  

• 方法2（使用size()函数）：
  F95及以后的推荐写法，代码更简洁，完全避免了参数不一致的风险，性能上和方法1无差异，同时大幅降低了代码维护成本。
  示例代码：

  subroutine asub(ar)
  real*8,intent(in)::ar(:)
  
  ! do stuff with size(ar) such as allocate other arrays
  
  end subroutine asub
  

针对你的代码维护场景 #

你提到代码中用全局变量存储数组大小的做法不合理，这一点完全正确——全局变量会增加代码耦合度，引发难以排查的bug。而采用size()函数的方式，不需要在整个代码中大量修改来传播数组大小，只需直接替换全局变量的引用即可，既解决了全局变量的问题，又没有性能顾虑，是最优的解决方案。

额外建议 #

如果仍有疑虑，可以自行编写简单的性能测试：写一个循环调用目标子程序百万次，分别用两种方法实现，对比运行时间。实际测试后你会发现，两者的性能差异微乎其微，完全可以忽略。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者naffrancois