Ubuntu Fortran模块如何使用

Ubuntu 下 Fortran 模块使用指南

一环境准备与编译要点

安装编译器与基础工具：在 Ubuntu 上安装 gfortran 与常用构建工具（如 build-essential），用于编译与链接 Fortran 模块与程序。
- 命令：sudo apt update && sudo apt install gfortran build-essential
模块与编译的关键点：
- 每个模块会生成同名但扩展名为 .mod 的“模块文件”，其中包含接口与派生类型信息；同一源码目录下的其他程序或模块在使用该模块前，需要能访问到这个 .mod 文件。
- 编译顺序：先编译定义模块的源文件（生成 .o 与 .mod），再编译使用模块的程序（通过 -I 指定模块搜索路径，若有多个目录可用多次 -I）。
- 链接阶段：若模块中使用了外部库（如 NetCDF），需按库的要求链接相应库文件（如 -lnetcdff -lnetcdf）。

二最小示例定义与使用模块

目录结构建议：将所有源文件放在同一目录（如当前目录），便于模块文件被找到。

模块文件 m_math.f90

module m_math
  implicit none
contains
  function add(a, b) result(r)
    real, intent(in) :: a, b
    real :: r
    r = a + b
  end function add
end module m_math

主程序 main.f90

program main
  use m_math, only: add    ! 引入模块中的 add
  implicit none
  real :: x, y, z
  x = 1.0
  y = 2.0
  z = add(x, y)
  print *, 'add = ', z
end program main

编译与运行

# 1) 编译模块
gfortran -c m_math.f90 -o m_math.o

# 2) 编译主程序（当前目录已生成 m_math.mod，无需额外 -I）
gfortran -c main.f90 -o main.o

# 3) 链接生成可执行文件
gfortran main.o m_math.o -o main.exe

# 4) 运行
./main.exe

要点
- use m_math 必须在 implicit none 之后（或同一位置之后），这是 Fortran 的语法约束。
- 多文件工程建议统一放在同一目录，或显式用 -I<模块目录> 指定模块搜索路径。

三使用外部库的模块以 NetCDF 为例

安装库（Ubuntu 22.04/24.04 等常见版本可直接用包管理器）：
```
sudo apt update
sudo apt install libnetcdf-dev libnetcdff-dev
```

验证安装与获取编译参数：

nc-config --version    # 查看 NetCDF-C 版本
nf-config --version    # 查看 NetCDF-Fortran 版本

示例程序 test_nc.f90

program test_nc
  use netcdf            ! 使用 NetCDF Fortran 模块
  implicit none
  print *, 'NetCDF-Fortran version: ', nf90_inq_libvers()
end program test_nc

编译与运行（推荐使用库提供的配置工具自动给出编译与链接参数）

# 方式一：使用 nf-config 自动参数
gfortran test_nc.f90 `nf-config --fflags --flibs` -o test_nc.exe

# 方式二：手动指定包含路径与库（路径因系统而异）
gfortran test_nc.f90 -I/usr/include -L/usr/lib -lnetcdff -lnetcdf -o test_nc.exe

./test_nc.exe

说明
- use netcdf 会触发对 netcdf.mod 的查找；若 .mod 不在默认搜索路径，需用 -I 指定其所在目录。
- 链接顺序在部分平台上较敏感，通常将 -lnetcdff 放在 -lnetcdf 之前更稳妥。

四工程组织与构建工具

多模块工程建议将模块与使用它们的程序分目录管理，例如：

project/
├─ modules/
│  └─ m_*.f90
├─ prog/
│  └─ main.f90
└─ build/

编译命令示例：

# 编译模块
gfortran -c modules/m_math.f90 -o build/m_math.o
# 编译主程序（指定模块目录）
gfortran -c prog/main.f90 -I modules -o build/main.o
# 链接
gfortran build/main.o build/m_math.o -o build/main.exe

使用 fpm（Fortran Package Manager） 可显著简化模块解析与构建：
- 安装 fpm 后，在工程根目录执行 fpm build、fpm run 即可自动处理模块依赖与编译顺序，适合中小型项目与快速原型开发。

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