CentOS中Fortran与C语言互操作 - 问答

在CentOS中，Fortran与C语言可以通过多种方式实现互操作，以下是几种常见的方法：

1. 使用ISO C绑定

Fortran 2003标准引入了ISO C绑定，这是一种标准机制，允许Fortran程序与C语言编写的库进行交互。通过使用特定的编译器指令和接口描述，可以实现Fortran调用C函数，反之亦然。

示例：

创建一个C库文件（例如 mylib.c）：

#include <stdio.h>

void print_hello() {
    printf("Hello from C!\n");
}

编译C库为共享库：

gcc -shared -o libmylib.so mylib.c

创建一个Fortran程序（例如 main.f90），并使用ISO C绑定调用C函数：

program main
    use iso_c_binding
    implicit none

    ! Declare the C function interface
    subroutine print_hello() bind(c)
    end subroutine print_hello

    ! Call the C function
    call print_hello()
end program main

编译Fortran程序，并链接到C库：

gfortran main.f90 -o main -L. -lmylib

运行程序：

./main

输出结果应该是：

Hello from C!

2. 调用互相编译的函数

Fortran与C语言可以通过调用互相编译的函数来实现混合编程。首先，分别编写Fortran和C函数，然后使用各自的编译器编译这些函数，最后通过链接将生成的目标文件组合成一个可执行文件。

示例：

编写Fortran函数（例如 hello_fortran.f90）：

subroutine hello_fortran()
    print *, "Hello from Fortran!"
end subroutine hello_fortran

编写C函数（例如 hello_c.c）：

#include <stdio.h>

void hello_fortran() {
    printf("Hello from C!\n");
}

编译Fortran函数：

gfortran -c hello_fortran.f90

编译C函数：

gcc -c hello_c.c

链接Fortran和C目标文件：

gcc hello_fortran.o hello_c.o -o hello_program

运行程序：

./hello_program

输出结果应该是：

Hello from Fortran!Hello from C!

3. 使用C语言的FILE和LINE宏进行调试

在Fortran代码中可以利用C语言的 __FILE__ 和 __LINE__ 宏来辅助调试，这些宏可以在编译时启用预处理器来使用。

示例：

program main
    implicit none
    print *, "An error occurred in " //__FILE__// " on line " , __LINE__
end program main

使用gfortran编译并运行：

gfortran -E main.f90

输出结果将会显示源文件和行号信息，有助于调试。

4. 使用动态链接库（DLL）

Fortran程序可以编译成动态链接库（如DLL文件），然后在其他语言中使用相应的接口调用这些动态链接库。

示例：

编写Fortran函数（例如 rectangle.f90）：

subroutine rectangle(x, y, area, perimeter)
    real(kind=8), intent(in) :: x, y
    real(kind=8), intent(out) :: area, perimeter

    area = x * y
    perimeter = 2.0 * (x + y)
end subroutine rectangle

编写C语言包装函数（例如 rectangle.c）：

#include <stdio.h>

extern void rectangle_(float *x, float *y, float *area, float *perimeter);

void rectangle_(float *x, float *y, float *area, float *perimeter) {
    *area = *x * *y;
    *perimeter = 2.0 * (*x + *y);
}

编译Fortran函数为共享库：

gfortran -c rectangle.f90
gcc -c rectangle.c
gfortran rectangle.o rectangle.o -o librectangle.so

编写C程序调用Fortran函数：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

extern void rectangle_(float *x, float *y, float *area, float *perimeter);

int main() {
    float x = 10.0, y = 5.0;
    float area, perimeter;

    rectangle_(&x, &y, &area, &perimeter);
    printf("Area: %f, Perimeter: %f
", area, perimeter);

    return 0;
}

编译并链接C程序：

gcc -o main main.c -L. -lrectangle

运行程序：

./main

输出结果应该是：

Area: 50.000000, Perimeter: 30.000000

通过以上方法，可以在CentOS上实现Fortran与C语言的有效互操作，从而充分利用两种语言的优势。

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