Ubuntu中Fortran网络编程入门

Ubuntu 下 Fortran 网络编程入门

一 环境准备

• 安装编译器：在终端执行 sudo apt update && sudo apt install gfortran，完成后用 gfortran --version 验证。
• 选择技术路线：
  • 直接调用系统 Socket API（通过 ISO_C_BINDING 与 C 的 socket 函数对接）。
  • 使用现成的高层库（如 libcurl 做 HTTP/HTTPS/FTP）。
• 安装常用库：做 HTTP 示例时执行 sudo apt install libcurl4-openssl-dev。
• 防火墙与端口：若测试远程访问，放行对应端口（如 12345），例如 sudo ufw allow 12345/tcp。
• 说明：Fortran 标准库不直接提供网络功能，工程上常用“C 接口”或“高层网络库”两种方式实现。

二 方案一 调用 C 的 Socket API 入门

• 思路要点：用 ISO_C_BINDING 声明并调用 C 的 socket/bind/listen/accept/recv/send/close 等函数；按 C 的语义准备地址结构（如 struct sockaddr_in）、字节序（htons）与缓冲区；注意错误处理与资源释放。
• 最小可运行骨架（示意，需补充错误处理与地址设置）：

program tcp_echo_minimal
  use, intrinsic :: iso_c_binding
  implicit none
  integer(c_int), parameter :: AF_INET = 2, SOCK_STREAM = 1, IPPROTO_TCP = 6
  integer(c_int) :: server_fd, client_fd, n
  character(len=256) :: buf
  ! 声明 C 函数接口
  interface
    function socket(domain, type, protocol) bind(C, name="socket")
      import c_int; integer(c_int), value :: domain, type, protocol; integer(c_int) :: socket
    end function socket
    function bind(sockfd, addr, addrlen) bind(C, name="bind")
      import c_int, c_ptr; integer(c_int), value :: sockfd; type(c_ptr), value :: addr, addrlen; integer(c_int) :: bind
    end function bind
    function listen(sockfd, backlog) bind(C, name="listen")
      import c_int; integer(c_int), value :: sockfd, backlog; integer(c_int) :: listen
    end function listen
    function accept(sockfd, addr, addrlen) bind(C, name="accept")
      import c_int, c_ptr; integer(c_int), value :: sockfd; type(c_ptr), value :: addr, addrlen; integer(c_int) :: accept
    end function accept
    function recv(sockfd, buf, len, flags) bind(C, name="recv")
      import c_int; integer(c_int), value :: sockfd, len, flags; character(kind=c_char) :: buf(*); integer(c_int) :: recv
    end function recv
    function send(sockfd, buf, len, flags) bind(C, name="send")
      import c_int; integer(c_int), value :: sockfd, len, flags; character(kind=c_char) :: buf(*); integer(c_int) :: send
    end function send
    subroutine close(fd) bind(C, name="close")
      import c_int; integer(c_int), value :: fd
    end subroutine close
  end interface

  server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)
  if (server_fd < 0) stop 'socket failed'

  ! TODO: 使用 c_loc 与 C 的 sockaddr_in 正确设置地址与端口（含 htons/INADDR_ANY），然后 bind/listen/accept
  ! client_fd = accept(server_fd, ...)
  ! do
  !   n = recv(client_fd, buf, len(buf), 0)
  !   if (n <= 0) exit
  !   call send(client_fd, buf, n, 0)
  ! end do
  ! call close(client_fd); call close(server_fd)
end program tcp_echo_minimal

• 编译与运行：gfortran -o server server.f90；./server。提示：Linux 上通常无需额外链接“socket 库”，直接 gfortran 即可；若报错再按需添加系统库。
• 实践建议：先完成“回显服务器”（接收后原样发回），再补充地址重用（SO_REUSEADDR）、超时、信号与并发等。

三 方案二 使用 libcurl 发起 HTTP 请求

• 适用场景：需要 HTTP/HTTPS 等高层协议时，直接调用 libcurl 更省事。
• 安装库：sudo apt install libcurl4-openssl-dev。
• 最小示例（HTTP GET，需启用 C 互操作与错误检查）：

program http_get
  use, intrinsic :: iso_c_binding
  implicit none
  interface
    function curl_easy_init() bind(C, name="curl_easy_init") result(curl)
      import c_ptr; type(c_ptr) :: curl
    end function curl_easy_init
    function curl_easy_setopt(curl, opt, param) bind(C, name="curl_easy_setopt")
      import c_ptr, c_int; type(c_ptr), value :: curl; integer(c_int), value :: opt; type(c_ptr), value :: param; integer(c_int) :: curl_easy_setopt
    end function curl_easy_setopt
    function curl_easy_perform(curl) bind(C, name="curl_easy_perform")
      import c_ptr, c_int; type(c_ptr), value :: curl; integer(c_int) :: curl_easy_perform
    end function curl_easy_perform
    subroutine curl_easy_cleanup(curl) bind(C, name="curl_easy_cleanup")
      import c_ptr; type(c_ptr), value :: curl
    end interface

  type(c_ptr) :: curl
  character(len=*), parameter :: URL = "http://example.com" // c_null_char
  integer(c_int) :: res

  curl = curl_easy_init()
  if (curl == c_null_ptr) then
    print *, "curl init failed"
    stop
  end if

  call curl_easy_setopt(curl, 10002_c_int, c_loc(URL))  ! CURLOPT_URL
  call curl_easy_setopt(curl, 52_c_int, 1_c_int)       ! CURLOPT_FOLLOWLOCATION
  res = curl_easy_perform(curl)
  if (res /= 0) then
    print *, "curl_easy_perform failed: ", res
  end if

  call curl_easy_cleanup(curl)
end program http_get

• 编译与运行：gfortran -o http_get http_get.f90 -lcurl；./http_get。
• 提示：libcurl 提供丰富的选项（Header、POST、超时、证书校验等），可按需扩展。

四 常见问题与排查

• 编译链接问题：
  • 纯 socket 示例一般无需额外库，直接 gfortran 即可；若提示未定义引用，再考虑系统库。
  • 使用 libcurl 必须加 -lcurl。
• 端口与防火墙：确认程序监听的端口（如 12345）已在防火墙放行，且未被占用（ss -ltnp | grep 12345）。
• 地址与字节序：服务器地址应使用 INADDR_ANY 以监听所有接口；端口用 htons 转为网络字节序。
• 错误处理：检查 socket/bind/listen/accept/recv/send/close 的返回值；对关键调用加入条件分支与日志输出。
• 资源释放：确保 accept 成功后对 client_fd 执行 close，程序退出前关闭 server_fd，避免文件描述符泄漏。