python和fortran的接口

由于历史缘故，很多成熟的计算代码都是用fortran写成的。在python中调用fortran代码，要用到f2py这个程序。现在该项目已经合并到numpy中了，先安装python再装好numpy，就可以使用f2py。

一个简单的例子：

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foo.f90

subroutine hello (a)  integer a  write(*,*)'Hello from Fortran90!!!', a end subroutine hello

用终端编译：

f2py -m foo -c foo.f90 

在python控制台中运行：

$ python>>> import foo>>> foo.hello(15) Hello from Fortran90!!!     15

明确定义接口的参数：

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另外一个例子，非常明确地定义了接口的输入、输出参数：

!SUBROUTINE              SUBROUTINE ADDSUB(A,B,C,D)        IMPLICIT NONE        DOUBLE PRECISION A,B,C,D  !f2py intent(in) :: A,B  !f2py intent(out) :: C,D        C = A + B        D = A - B        print*, "ADDSUB From Fortran!"        print*, "ADD=",C        print*, "SUB=",D        RETURN        END  

注意这两行的代码:

!f2py intent(in) :: A,B  !f2py intent(out) :: C,D  

对于Fortran只是注释,但对于f2py却很重要,相当于"签名".
注意签名的注释前面不能有空格!
当然也可以写成如下的形式:

Cf2py intent(in) :: A,B  Cf2py intent(out) :: C,D  

下面开始编译Fortran代码为python模块,打开CMD窗口,输入如下命令:

f2py -m testfortran -c testfortran.f90  

会在当前目录下生成testfortran.pyd的文件. 下面就可以再python中使用这个模块了:

In [1]: import testfortran  In [2]: print testfortran.__doc__  This module 'testfortran' is auto-generated with f2py (version:2).  Functions:    c,d = addsub(a,b)   In [3]: x=testfortran.addsub(4,9)  ADDSUB From Fortran!  ADD= 13.000  SUB= -5.000  In [4]: x  Out[4]: (13.0, -5.0)

接口参数是数组：

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接口参数是数组的情况比较复杂。需要Python中必须确定数组的维数，并且NumPy定义的数组存储方式必须是Fortran的按列存储。
实现方式：
在Python中使用NumPy定义Fortran方式存储的二维数组，利用ndpointer定义数组类型和维数，用ctypes模块调用其data属性将数组首地址传入将二维数组的首地址和维数信息传入Fortran中进行计算并返回。
fortran代码：py2f90.f90

module py2f90use,intrinsic::iso_c_bindingimplicit nonecontains    subroutine transferMat2For(matrix,n1,n2)bind(c,name='array2py')    implicit none    integer(c_int),intent(in),value::n1,n2    real(c_float),intent(out)::matrix(n1,n2)    integer::i,j    ! initialize matrix    matrix = 0.0E0    ! loop    do i=1,n1        do j=1,n2            matrix(i,j) = real(i,4)*1.E1+real(j,4)*2.E0            write(*,"('Row:',i4,1x,'Col:',i4,1x,'Value:',1x,F5.2)")i,j,matrix(i,j)        enddo    enddo    return    end subroutineend module

test_mat.f90:

program testuse py2f90implicit nonereal(kind=4)::aa(4,5)call transferMat2For(aa,4,5)end program

python调用代码：test_mat.py

#! /usr/bin/env python#coding=utf-8import numpy as npfrom numpy.ctypeslib import load_library,ndpointerfrom ctypes import c_int# shape of 2d arrayn1,n2 = 2, 5# create an empty 2d arraydata = np.empty(shape=(n1,n2),dtype='f4',order='f')flib = load_library("test_mat","./")flib.argtypes = [ndpointer(dtype='f4',ndim=2),c_int,c_int]flib.array2py(data.ctypes.data,n1,n2)print("*"*80)print(data)

终端编译指令：

f2py -m test_mat -c test_mat.f90 py2f90.f90

在终端输入：python test_mat.py，得到：

image.png

参考：
f2py::演示在python中如何使用Fortran代码
Python调用C/Fortran混合的动态链接库-下篇
原来Numpy的array可以很方便地和ctypes结合起来使用