Fortran派生类型多操作数+运算符定义中可分配数组未分配问题

这个运行时错误的核心原因是连续加法生成的中间add_linop实例中，可分配数组scr未被正确初始化，具体细节如下：

Fortran的运算符遵循左结合性，M1 + M2 + M3会被解析为(M1 + M2) + M3。当你执行第一次加法M1+M2时，如果你的operator(+)函数没有为返回的add_linop对象分配scr数组，这个中间对象的scr就会处于未分配状态。后续用这个中间对象和M3相加，或者最终调用矩阵向量乘法Mx时，程序会尝试访问未分配的scr，触发你看到的运行时错误。

另外，你使用的gfortran 7.5.0版本对Fortran 2008的部分特性支持有限，比如自动初始化可分配组件的逻辑不够完善，这也会加剧这个问题。

针对这个问题，有两种可靠的修复思路，你可以根据自己的代码结构选择：

1. 在operator(+)中显式分配scr数组 #

在定义加法运算符的函数中，完成两个操作数的多态分配后，立即根据操作数的向量维度分配scr数组。假设你的抽象类型abs_linop包含一个表示向量维度的n组件，代码示例如下：

function operator+(a, b) result(c)
    class(abs_linop), intent(in) :: a, b
    type(add_linop) :: c

    ! 先检查两个操作数的维度是否一致
    if (a%n /= b%n) error stop "Linear operators must have matching dimensions"

    ! 分配多态操作数
    allocate(c%op1, source=a)
    allocate(c%op2, source=b)

    ! 关键：根据操作数的维度分配scr数组
    allocate(c%scr(a%n))
end function

这种方法从根源上避免了未分配的问题，所有add_linop实例在创建时就具备了可用的scr数组。

2. 在矩阵向量乘法过程中动态检查并分配scr #

如果你的算子维度可能动态变化，或者不想在加法时固定scr大小，可以在add_linop的matvec绑定过程中，先检查scr的状态，按需分配或重新分配：

subroutine add_linop_matvec(this, x, y)
    class(add_linop), intent(inout) :: this
    real, intent(in) :: x(:)
    real, intent(out) :: y(:)

    ! 检查scr是否已分配，或大小是否匹配输入向量x
    if (.not. allocated(this%scr) .or. size(this%scr) /= size(x)) then
        ! 先释放旧的（如果存在），再分配新的
        if (allocated(this%scr)) deallocate(this%scr)
        allocate(this%scr(size(x)))
    end if

    ! 执行算子加法的矩阵向量乘法逻辑
    call this%op1%matvec(x, this%scr)
    call this%op2%matvec(x, y)
    y = y + this%scr
end subroutine

这种方法更灵活，即使中间add_linop实例的scr未初始化，第一次调用matvec时也会自动完成分配。

• 确保你的抽象类型abs_linop的所有派生类型（比如eye）都正确实现了维度相关的逻辑，这样加法时才能准确获取向量大小。
• 由于你使用的是gfortran 7.5.0，建议避免一些较新的Fortran 2018特性，比如allocate(...) mold=的复杂用法，确保代码兼容性。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者enrico