Ubuntu中Fortran与Python如何交互

在Ubuntu系统中，Fortran和Python可以通过多种方式实现交互。以下是一些常见的方法：

1. 使用f2py

f2py是NumPy的一个工具，可以将Fortran代码转换为Python模块。以下是一个简单的步骤：

安装f2py

首先，确保你已经安装了NumPy和Fortran编译器（如gfortran）。

sudo apt-get update
sudo apt-get install python3-numpy gfortran

编写Fortran代码

创建一个Fortran文件，例如example.f90：

! example.f90
subroutine add(a, b, c) bind(c, name="add")
    use, intrinsic :: iso_c_binding
    real(c_double), intent(in) :: a, b
    real(c_double), intent(out) :: c
    c = a + b
end subroutine add

使用f2py生成Python模块

运行以下命令将Fortran代码转换为Python模块：

f2py -c example.f90 -m example

这将生成一个名为example.so的共享库文件和一个名为example.py的Python接口文件。

在Python中使用生成的模块

在Python脚本中导入并使用生成的模块：

import example

a = 1.0
b = 2.0
c = example.add(a, b)
print(f"The result is {c}")

2. 使用ctypes

ctypes是Python的一个外部函数库，可以直接调用C语言编写的共享库。你可以先将Fortran代码编译为C兼容的共享库，然后使用ctypes调用。

编译Fortran代码为C兼容的共享库

假设你已经有一个Fortran文件example.f90，你可以创建一个C头文件example.h：

// example.h
#ifndef EXAMPLE_H
#define EXAMPLE_H

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

void add_(double *a, double *b, double *c);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

#endif // EXAMPLE_H

然后修改Fortran代码以匹配C接口：

! example.f90
subroutine add(a, b, c) bind(c, name="add_")
    use, intrinsic :: iso_c_binding
    real(c_double), intent(in) :: a, b
    real(c_double), intent(out) :: c
    c = a + b
end subroutine add

编译Fortran代码为共享库：

gfortran -c example.f90 -o example.o
gfortran -shared example.o -o libexample.so

使用ctypes在Python中调用共享库

在Python脚本中使用ctypes调用共享库：

import ctypes

# Load the shared library
libexample = ctypes.CDLL('./libexample.so')

# Define the argument and return types
libexample.add_.argtypes = [ctypes.c_double, ctypes.c_double, ctypes.POINTER(ctypes.c_double)]
libexample.add_.restype = None

# Call the function
a = ctypes.c_double(1.0)
b = ctypes.c_double(2.0)
c = ctypes.c_double()
libexample.add_(ctypes.byref(a), ctypes.byref(b), ctypes.byref(c))

print(f"The result is {c.value}")

3. 使用pyfortran

pyfortran是一个较新的工具，可以将Fortran代码直接转换为Python代码。以下是一个简单的步骤：

安装pyfortran

pip install pyfortran

编写Fortran代码

创建一个Fortran文件，例如example.f90：

! example.f90
subroutine add(a, b, c) bind(c, name="add")
    use, intrinsic :: iso_c_binding
    real(c_double), intent(in) :: a, b
    real(c_double), intent(out) :: c
    c = a + b
end subroutine add

使用pyfortran生成Python代码

运行以下命令将Fortran代码转换为Python代码：

pyfortran example.f90 -o example.py

在Python中使用生成的代码

在Python脚本中导入并使用生成的模块：

import example

a = 1.0
b = 2.0
c = example.add(a, b)
print(f"The result is {c}")

以上是几种在Ubuntu系统中实现Fortran与Python交互的方法。你可以根据自己的需求选择合适的方法。