如何将C++中的2D数组传递给Fortran子例程？

Question

我正在编写一个小型的C++程序,它将一个二维数组(复数)传递给一个Fortran子程序,然后将它接收回来填充值.我写了一个通过并接收一维数组的版本,这很有效.2-D版本不起作用(我的真正目标是编写具有大尺寸的4-D版本 - 因此必须动态分配这些数组).

我将发布我的工作代码和非工作代码,但首先请注意我被迫使用结构(简单的,只包含两个双精度),因为Fortran似乎以与其自身的原始复数完全相同的方式解释它们.这就是我的1-D版本有效的原因.出于同样的原因,我不认为这是一个"复杂数字"的问题.

这是我的工作代码.将一维复数数组传递给Fortran子程序:

Fortran子程序:

subroutine carray(A)
complex*16 A(2)

A(1) = cmplx(3,7)
A(2) = cmplx(9,5)

return
end

C++代码:

include <iostream>
include <complex>
using namespace std;

struct cpx{double r, i;};

extern"C"
{
   void carray_(struct cpx* A);
}

int main()
{
   struct cpx* A;
   A = new struct cpx [2];

   carray_(A);

   complex<double>* P;
   P = new complex<double> [2];

   for(x = 0; x < 2; x++)
   {
      real(P[x] = A[x].r;
      imag(P[x] = A[x].i;
   }

   cout << real(P[0]) << "\t" << imag(P[0]) << "\n";
   cout << real(P[1]) << "\t" << imag(P[1]) << "\n";

   return 0;
}

使用以下命令进行编译无需投诉:

gfortran -c CarrayF.f
g++ -c CarrayC.cc
g++ -o Carray CarrayC.o CarrayF.o -lgfortran

因此,只要我将(本机)Fortran复数视为两个双精度的结构,我就可以将它们放入(非本机)C++复杂类型中.Fortran子程序似乎非常高兴收到一个指向它需要一个数组的指针.到现在为止还挺好.

这是我传递2D数组的非工作尝试:

Fortran代码:

subroutine carray(A)
complex*16 A(2,2)

A(1,1) = cmplx(3,7)
A(1,2) = cmplx(9,5)
A(2,1) = cmplx(2,3)
A(2,2) = cmplx(4,9)

return
end

C++代码:

include <iostream>
include <complex>
using namespace std;

struct cpx{double r, i;};

extern"C"
{
   void carray_(struct cpx** A);
}

int main()
{
   struct cpx** A;
   A = new struct cpx* [2];
   for(int x = 0; x < 2; x++)
   {
      A[x] = new struct cpx [2];
   }

   carray_(A);

   complex<double>** P;
   P = new complex<double>* [2];
   for(int x = 0; x < 2; x++)
   {
      P[x] = new complex<double> [2];
   }

   for(x = 0; x < 2; x++)
   {
      for(int y = 0; y < 2; y++)
      {
         real(P[x][y] = A[x][y].r;
         imag(P[x][y] = A[x][y].i;
      }
   }

   cout << real(P[0][0]) << "\t" << imag(P[0][0]) << "\n";
   cout << real(P[0][1]) << "\t" << imag(P[0][1]) << "\n";
   cout << real(P[1][0]) << "\t" << imag(P[1][0]) << "\n";
   cout << real(P[1][1]) << "\t" << imag(P[1][1]) << "\n";

   return 0;
}

这实际上编译没有抱怨(与1-D版本相同的编译过程),但运行可执行文件会产生立即的分段错误.由于一起使用两种语言的头痛,调试器没有帮助.

我在某个地方犯了一个小错误吗？我似乎没有超出任何数组范围.Fortran子程序很高兴收到一个指针,但显然它不知道如何处理指针指针.通常,Fortran只会处理数组名称,即使是多维数组,但我需要了解Fortran如何处理2D数组.

Answer 1

在这个时代这样做的方法是使用ISO C绑定.正式这是Fortran 2003的一部分,但得到了Fortran编译器的广泛支持,包括gfortran.它甚至包括复杂类型的互操作性!请参阅"内部模块"一章的"ISO_C_Binding"一节中的gfortran手册中的类型列表.另外,"混合语言编程"一章中有几个例子.在C++方面,使用extern C来调用例程,以便在没有名称修改的情况下使用C调用约定.在Fortran端,使用ISO C绑定.然后,您将在语言级别具有兼容性,而不必对编译器的工作方式进行假设.

Answer 2

Fortran中的多维数组作为平面列主要数组存储在内存中.它们不是指针的指针 - 它们实际上只是一维数组,你必须做一些额外的算术来计算数组索引.

从C++传递数组的正确方法是这样的:

extern "C" void carray_(struct cpx *A);
...
struct cpx A[2*2];
carray_(A);

complex<double> P[2][2];
for(int i = 0; i < 2; i++)
{
    for(int j = 0; j < 2; j++)
    {
        // note order of indicies: A is column-major
        P[i][j] = std::complex<double>(A[j*2 + i].r, A[j*2 + i].i);
    }
}