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使用python-ctypes将fortran与python接口

gfortran fortran90 ctypes fortran python

Debanjan Basu · 技术社区 · 12 年前

经验:
fortran持续约3个月
python-intermediate:在此之前从未在python中使用过ctypes模块

我一直在寻找一种方法,将fortran代码用于我在python中的博士工作——随后使用matplotlib实时可视化计算。

THIS POST help(这告诉fortran代码可以使用ctypes模块在python中使用/调用,并且fortran函数绑定了备用名称,这在逻辑上对我来说很有意义,尽管我不知道它是如何工作的。但我们做明智地选择我们的战斗!)。
然后 this SO post 还处理从python调用fortran函数。

下一个合乎逻辑的步骤是查找 documentation for the python module ctypes 。这讨论了如何在API级别使用python访问共享库。

我有所有的部分来制作一个最小的工作示例 another answer has already done 。但我想看看输出机制和涉及实际浮点的数学运算。这是我做的测试用例。

测试f90

function prnt(s)
    character(80):: s
    logical :: prnt
    print*, s
    prnt = .true.
end function prnt

function sin_2(r)
    real:: r,sin_2
    sin_2 = sin(r)**2
end function sin_2

制作共享对象

$gfortran -shared  -g -o test.so test.f90

编辑:出于某种原因,我的工作计算机需要-fPIC选项来编译

为了确保我的两个功能 prnt 和 sin_2 在那里的什么地方,我查过了 nm :

$ nm test.so | tail -3  
0000067f T prnt_
0000065c T sin_2_
         U sinf@@GLIBC_2.0

到现在为止,一直都还不错。我的功能 prnt公司 和 二氧化硅 已映射到 prnt_ 和 sin_2_ 在图书馆里。

从python解释器调用fortran函数

这就是所有这些变得有点潮湿的地方。使用 the table in python-ctypes documentation ,我输入了以下内容-

>>> from ctypes import byref, cdll, c_float,c_char_p
>>> t = cdll.LoadLibrary('./test.so')
>>> c = c_char_p("Mary had a little lamb")
>>> t.prnt_('Mary had a little lamb')
 Mary had a little lambe
1
>>> t.prnt_("Mary had a little lamb")
 Mary had a little lambe
1
>>> t.prnt_(c)
 Mary had a little lambe[ï¿½  .prnt_(c)

1

我想在每个输出的末尾打印的1是python的一种方式,让我知道布尔输出到 t.prnt_ 是 .true. .
我有点担心情况会变得更糟 t.prnt公司_ 当我切换到字符串的正确数据类型时。文字可以打印,只需要 e 最后。这是EOL角色吗?

然后是 t.sin_2_ 作用我决定用它来计算sin(4.56)**2。事情是这样的-

>>> f = c_float(4.56)
>>> t.sin_2_(4.56)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
 ctypes.ArgumentError: argument 1: <type 'exceptions.TypeError'>: Don't know how to convert parameter 1
>>> t.sin_2_(f)
Segmentation fault (core dumped)

我哪里出错了?我试图解释我是如何处理这个问题的,这样,如果我在某个地方犯了明显的错误,就会显而易见。
与其他SO帖子的大量链接是为了帮助其他像我现在这样问同样问题的人。

3 回复 | 直到 7 年前

Eryk Sun 12 年前

在Fortran中,参数是通过引用传递的。Fortran字符数组不是以null结尾的;长度通过值作为隐式传递 long int 论点此外,Python的 float 类型是 double ,所以您可能想要使用Fortran real(8) 一致性。

测试f90:

function prnt(s)          ! byref(s), byval(length) [long int, implicit]
    character(len=*):: s  ! variable length input
    logical :: prnt
    write(*, "(A)") s     ! formatted, to remove initial space
    prnt = .true.
end function prnt

function sin_2(r)         ! byref(r)
    real:: r, sin_2       ! float; use real(8) for double
    sin_2 = sin(r)**2
end function sin_2

记得设置ctypes argtypes 对于功能,以及 restype 在适当的情况下。在这种情况下 sin_2 获取一个浮点指针并返回一个浮点值。

ctypes示例:

>>> from ctypes import *
>>> test = CDLL('./test.so')

>>> test.prnt_.argtypes = [c_char_p, c_long]
>>> test.sin_2_.argtypes = [POINTER(c_float)]
>>> test.sin_2_.restype = c_float

>>> s = 'Mary had a little lamb'
>>> test.prnt_(s, len(s))
Mary had a little lamb
1

>>> x = c_float(4.56)
>>> test.sin_2_(byref(x))
0.9769567847251892

John Warner 12 年前

我使用 f2py 通常情况下,这很简单。如果您的代码符合Fortran 90声明(例如。 double precision, intent(in) :: myvar ),f2py将自动将代码包装到C中,并编译成一个可通过Python直接调用的共享对象。您可以像导入任何其他python模块一样导入f2py创建的模块。C包装器是透明的,可以处理Python和Fortran之间的类型接口,您根本不必处理C_types。我一定会推荐这条路线。

user35915 6 年前

我只想指出,人们应该始终使用 iso_c_binding 模块和 bind 使用接口Python和Fortran时的属性 ctypes 。这样您就可以确保您的变量类型匹配。编译器在构建共享库时可以随意更改名称,因此在切换编译器供应商时,甚至只是使用不同版本的编译器并尝试调用时,可能会得到未定义的引用 t.sin_2_ 如示例所示。另请参阅 here.

所以你应该这样做:

module test
  use iso_c_binding
  implicit none

contains

  function sin_2(r) bind(c, name='c_sin_2')
    real(c_float) :: sin_2
    real(c_float), intent(in), value :: r

    sin_2 = sin(r)**2
  end function sin_2
end module test

然后

from ctypes import *

test = CDLL('./test.so')

test.c_sin_2.restype = c_float

print(test.c_sin_2(c_float(3)))

不过,我不太确定为什么我还要设置 restype 也许有更丰富经验的人可以告诉我们。

Here 你可以找到一些额外的信息。