将数组从C/C++传递给Fortran并返回一个计算数组

Question

我试图将数组从C/C++传递到Fortran 2003模块,并将计算值返回到C/C++.我已经能够传递并返回单个值(标量),但是来回获取数组很难.我在标量值上发现了很多线程,并且我已经成功地完成了这些工作.

在我的工作标量函数之后,我已经模拟了基于数组的函数.

我正在使用gcc/gfortran.

这是Fortran模块(ConvertUnitsLib.f03).

module ConvertUnitsLib

use :: iso_c_binding ! for C/C++ interop
real(c_double), bind(c) :: degF, degC

public DegCtoF

contains

!
! Convert temperature degrees Celsius Fahrenheit
!
real(kind = c_double) function DegCtoF(degC) result(degF) &
    & bind(c, name = "DegCtoF")

    real(c_double), intent(in), dimension(:) :: degC
    real(c_double), dimension(size(degC)) :: degF

    do i = 1, size(degC)
        degF(i) = ( degC(i) * 1.8 ) + 32
    end do

end function DegCtoF


! End of module
end module ConvertUnitsLib

和C/C++,(CFort.cpp)

#include <stdio.h>

#ifdef __cplusplus
extern"C" {
#endif
    double DegCtoF(double *[]);
#ifdef __cplusplus
}
#endif


/**********************************************************************/


int main(int argc, char *argv[])
{
    printf("C/C++ and Fortran together!\n");

    double DegreesC[2] = {32, 64};
    double DegreesF[2];

    DegreesF = DegCtoF(&DegreesC);
    printf("%3.1f [C] = %3.1f [F]\n", DegreesC, DegreesF );

    return 0;
}

最后但并非最不重要的,Makefile

# C++ directives
CC=g++
CFLAGS=-std=c++11

# Fortran directives
FC=gfortran
FFLAGS=-std=f2003

all: clean
    $(FC) $(FFLAGS) -c -fcheck=all ConvertUnitsLib.f03
    $(CC) $(CFLAGS) -c CFort.cpp
    $(FC) $(FFLAGS) ConvertUnitsLib.o CFort.o -o convert

clean:
    rm -f *.o
    rm -f *.mod

Answer 1

根据当前Fortran的规则(Fortran 2008,但在Fortran 2003中引入C互操作性时这是相同的),如果Fortran过程具有假定的形状伪参数(其他限制也适用),则它不能与C互操作.在您的代码中degC,函数中的伪参数DegCtoF声明为

real(c_double), intent(in), dimension(:) :: degC

是这样的事情.

所以,在F2003下你不可能有这样一个可互操作的功能.事情变得棘手.

在F2015的拟议草案中(基于ISO TS29113 Fortran与C的进一步互操作性),这样的东西是可互操作的.这个语法(我认为)支持最新版本的gcc,这就是gfortran不拒绝代码的原因.

(TS)然而,使用假定形状参数的这种过程的标准化互操作需要使用ISO_Fortran_binding.hC侧描述的C描述符,该描述符未在gcc中实现.要进行此类交互,需要直接了解gcc数组描述符.

但你很幸运.在您的情况下,您实际上不需要使用假定的形状伪参数:您可以使用显式形状伪参数,这种互操作是F2003的一部分.您需要做的就是传递数组的大小.

无论哪种方式,可互操作的函数都必须返回标量结果,因此您还需要移动到子程序,如innoSPG的答案中所给出的.

最后,我会提到你的使用

real(c_double), bind(c) :: degF, degC

在模块中.

这些是可互操作的全局变量(通过链接关联).您没有在Fortran代码中引用这些变量:虚拟和函数结果不是这些.

在上面这个简单的例子和​​另一个答案中,人们很乐意拥有一个子程序

subroutine DegCtoF(n, degC, degF) bind(c,name='DegCtoF')
  ...
end subroutine

但这可能是描述C描述符使用的好机会ISO_Fortran_binding.h.但请注意,在短期内gfortran不支持这种方法.

考虑Fortran源代码

subroutine DegCtoF(degC, degF) bind(c,name='DegCtoF')
   use, intrinsic :: iso_c_binding, only : c_double
   implicit none
   real(c_double), intent(in), dimension(:) :: degC
   real(c_double), intent(out), dimension(*) :: degF

   degF(1:SIZE(degC)) = degC*1.8+32
end subroutine DegCtoF

(为简单起见,我假设内存管理degF是在C端完成的 - 自然可以超出假设的大小数组).为了使该子例程具有可互操作性,对应的参数degC必须是指针CFI_cdesc_t.

拿C代码(大小魔术数字)

#include "ISO_Fortran_binding.h"
#include <stdio.h>

void DegCtoF(CFI_cdesc_t*, double*);

int main(int argc, char *argv[])
{
    printf("C and Fortran together!\n");

    CFI_CDESC_T(1) DegreesC_Fdesc;
    CFI_index_t extent[1] = {2};
    CFI_rank_t rank = 1;

    double DegreesC[2] = {32, 64};
    double DegreesF[2];

    CFI_establish((CFI_cdesc_t*)&DegreesC_Fdesc, &DegreesC, CFI_attribute_other, 
                  CFI_type_double, 2*sizeof(double), rank, extent);

    DegCtoF((CFI_cdesc_t*)&DegreesC_Fdesc, DegreesF);
    printf("%3.1f [C] = %3.1f [F]\n", DegreesC[0], DegreesF[0] );
    printf("%3.1f [C] = %3.1f [F]\n", DegreesC[1], DegreesF[1] );

    return 0;
}

这里CFI_establish建立一个合适的C描述符DegreesC_Fdesc,它可以对应假设的形状Fortran伪参数.在Fortran子程序中,根本没有问题来评估传入数组的大小.

Answer 2

在francescalus确认之前,我打算说,据我所知,这有点旧,互操作性不允许您尝试使用数组.此外,编码时一些好习惯总是至关重要的.例如,implicit none在fortran中使用强制在使用之前声明所有变量.语言允许时使用命名常量,例如2你在fortran中使用的数组大小.

下面是您的代码的修改版本,应该执行您想要实现的目标.

// Fortran语言

module ConvertUnitsLib

use :: iso_c_binding ! for C/C++ interop
!real(c_double), bind(c) :: degF, degC
implicit none

public DegCtoF

contains

!
! Convert temperature degrees Celsius Fahrenheit
!
subroutine DegCtoF(degC, degF, n)&
    bind(c, name = "DegCtoF")

    integer, intent(in) :: n
    real(c_double), intent(in), dimension(n) :: degC
    real(c_double), intent(out), dimension(n) :: degF
    integer :: i

    do i = 1, n
        degF(i) = ( degC(i) * 1.8 ) + 32
    end do

end subroutine DegCtoF

// C++

#include <stdio.h>

#ifdef __cplusplus
extern"C" {
    #endif
    double DegCtoF(double [], double [], const int *);
    #ifdef __cplusplus
}
#endif


/**********************************************************************/


int main(int argc, char *argv[])
{
    const int N = 2;
    printf("C/C++ and Fortran together!\n");

    double DegreesC[N] = {32, 64};
    double DegreesF[N];

    DegCtoF(DegreesC, DegreesF, &N);
    for(int i = 0; i<N; i++){
        printf("%d : %3.1f [C] = %3.1f [F]\n", i, DegreesC[i], DegreesF[i] );
    }

    return 0;
}