如何在CentOS中集成Fortran与Python

在CentOS中集成Fortran与Python可以通过多种方式实现，以下是一些常见的方法：

方法一：使用f2py

f2py是NumPy提供的一个工具，可以将Fortran代码转换为Python模块。

1. 安装必要的软件包：

   sudo yum install numpy scipy
   

2. 编写Fortran代码： 创建一个Fortran文件，例如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
   

3. 使用f2py生成Python模块：

   f2py -c -m example example.f90
   

4. 在Python中使用生成的模块：

   import example
   result = example.add(1.0, 2.0)
   print(result)  # 输出 3.0
   

方法二：使用cython

cython可以将Fortran代码包装成Python可调用的函数。

1. 安装Cython：

   pip install cython
   

2. 编写Fortran代码： 同样创建一个Fortran文件example.f90，内容如上。

3. 编写Cython接口文件： 创建一个Cython接口文件example.pyx：

   cdef extern from "example.h":
       double add(double a, double b)
   
   def py_add(double a, double b):
       return add(a, b)
   

4. 编写setup.py文件： 创建一个setup.py文件来编译Fortran代码：

   from setuptools import setup
   from Cython.Build import cythonize
   from distutils.extension import Extension
   
   ext_modules = [
       Extension(
           "example",
           sources=["example.pyx", "example.f90"],
           extra_compile_args=["-fPIC"],
           language="c"
       )
   ]
   
   setup(
       name="example",
       ext_modules=cythonize(ext_modules),
   )
   

5. 编译并安装：

   python setup.py build_ext --inplace
   

6. 在Python中使用：

   import example
   result = example.py_add(1.0, 2.0)
   print(result)  # 输出 3.0
   

方法三：使用pybind11

pybind11是一个轻量级的头文件库，用于将C++代码暴露给Python。虽然它主要用于C++，但也可以通过一些技巧与Fortran代码集成。

1. 安装pybind11：

   pip install pybind11
   

2. 编写Fortran代码： 同样创建一个Fortran文件example.f90，内容如上。

3. 编写C++包装器： 创建一个C++文件wrapper.cpp：

   #include <pybind11/pybind11.h>
   extern "C" {
       #include "example.h"
   }
   
   namespace py = pybind11;
   
   PYBIND11_MODULE(example, m) {
       m.def("add", &add, "A function which adds two numbers");
   }
   

4. 编写setup.py文件： 创建一个setup.py文件来编译Fortran和C++代码：

   from setuptools import setup, Extension
   import pybind11
   
   ext_modules = [
       Extension(
           "example",
           sources=["wrapper.cpp", "example.f90"],
           language="c++"
       )
   ]
   
   setup(
       name="example",
       ext_modules=ext_modules,
   )
   

5. 编译并安装：

   python setup.py build_ext --inplace
   

6. 在Python中使用：

   import example
   result = example.add(1.0, 2.0)
   print(result)  # 输出 3.0
   

以上方法各有优缺点，选择哪种方法取决于具体需求和项目复杂度。f2py是最简单直接的方法，适合快速集成；cython提供了更多的灵活性和控制；pybind11则适用于更复杂的场景。