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
或
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
或
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:
如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。