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Python调用Fortran的方法有哪些

时间:2024-6-13 11:00     作者:韩俊     分类: Python


本篇内容介绍了“Python调用Fortran的方法有哪些”的有关知识,在实际案例的操作过程中,不少人都会遇到这样的困境,接下来就让小编带领大家学习一下如何处理这些情况吧!希望大家仔细阅读,能够学有所成!

    1. 简介

    在一些研究领域很多经典算法和工具都由上古语言Fortran编写,而这部分代码又没有对应的C/C++和Python版本。因此,掌握Python语言调用Fortran程序这一技能,在一些研究领域有助于我们站在巨人的肩上看的更远。Python调用Fortran可以总结为如下三种:
    1)通过 F2PY:F2PY 是 NumPy 团队开发的一个工具,可以把 Fortran 程序转换为 Python 模块,从而在 Python 中调用 Fortran 程序。
    2)通过 ctypes 库:ctypes 是 Python 内置的一个库,可以用来调用外部 C 动态链接库,因此也可以用于调用 Fortran 程序。通过 ctypes 可以让 Python 调用 Fortran 程序,也可以从 Fortran 中调用 Python 函数。
    3)利用Python的os包调用Fortran。

    2. Python调用Fortran的三种方法

    2.1 基于 F2PY的f2py调用Fortran

    步骤1:

    计算圆面积的Fortran函数。接下来将用下面的函数进行演示。这里的例子是返回一个参数的,返回多个参数以及修改参数的Fortran用法。
    Fortran77定义变量时候不用加

    ::

    function area_of_circle (r)  
    ! function result     
    implicit none      
       ! dummy arguments        
       real :: area_of_circle   
       ! local variables 
       real :: r     
       real :: pi
       pi = 4 * atan (1.0)     
       area_of_circle = pi * r**2  
    end function area_of_circle

    function area_of_circle (r) result(a)
    implicit none
       real :: a
       real :: r
       real :: pi
       pi = 4 * atan (1.0)
       a = pi * r**2
    end

    subroutine area_of_circle (r,a)
    implicit none
       real, intent(out) :: a
       real, intent(in) :: r
       real :: pi
       pi = 4 * atan (1.0)
       a = pi * r**2
    end

    步骤2:

    新建circle.f90后,在终端中运行如下代码:

    python -m numpy.f2py -c circle.f90 -m circle

    具体步骤如下图,然后可以看到生成的

    circle.cpython-36m-x86_64-linux-gnu.so

    步骤3:

    在Python中,可以直接import上面的函数名

    import circle
    print(circle.__doc__)
    print(circle.area_of_circle(2))

    注意上面的__doc __是f2py自动生成的,可以看到fortran模块里面包含几个函数,每个函数里面还可以再调用doc看到接口参数类型。

    2.2 使用动态链接库调用Fortran

    步骤1:

    修改上面的Fortran代码,用result返回函数结果,指定输入和返回数据类型。

    function area_of_circle(r) result(area) bind(c, name='area_of_circle')
        use iso_c_binding
        implicit none
        real(c_double) :: area
        real(c_double), intent(in) :: r
        real :: pi
        pi = 4 * atan (1.0)
        area = pi * r**2
    end function area_of_circle

    步骤2:

    2.1节 所示,在系统终端或者Pycharm终端中输入命令:

     gfortran -shared circle2.f90 -o circle2.so

    步骤3:

    编写Python调用脚本

    import ctypes as ct
    
    # import the shared library
    fortlib = ct.CDLL('./circle2.so')
    
    # Specify arguments and result types
    fortlib.area_of_circle.argtypes = [ct.POINTER(ct.c_double)]
    fortlib.area_of_circle.restype = ct.c_double
    
    # Create a double and pass it to Fotran (by reference)
    a = ct.c_double(2)
    b = fortlib.area_of_circle(ct.byref(a))
    print(b)

    2.3 利用Python的os包调用Fortran

    步骤1:

    以2.1节中的Fortran代码为例,稍作修改,这种方式需要Fortran代码是完整的程序可编译为可执行程序。下面代码包含了主函数,即调用函数的函数主体。

    program calling_func
       real :: a
       a = area_of_circle(2.0)
       Print *, "The area of a circle with radius 2.0 is"
       Print *, a
    end program calling_func
    
    function area_of_circle(r)
    ! function result
    implicit none
       ! dummy arguments
       real :: area_of_circle
       ! local variables
       real :: r
       real :: pi
       pi = 4 * atan (1.0)
       area_of_circle = pi * r**2
    end function area_of_circle

    步骤2:

    编译和调用,Windows系统注意修改路径,以及可执行程序名后缀应该是exe,Linux可执行程序后缀可以是out或者没有。

    import os
    #编译
    os.system(r"gfortran  ./circle3.f90 -o circle")
    #调用编译的circle程序
    os.system('./circle')

    上述代码就是类似于Windows中调用cmd。

    标签: python

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