Python中怎么调用Fortran程序

# Python中怎么调用Fortran程序

## 引言

在高性能计算和科学计算领域，Fortran因其高效的数值计算能力被广泛使用，而Python则以易用性和丰富的生态著称。将两者结合可以发挥各自优势：用Fortran处理核心计算，用Python做上层交互。本文将介绍三种主流方法实现Python调用Fortran程序。

## 方法一：使用f2py（推荐方案）

`f2py`是NumPy提供的工具，可将Fortran代码编译为Python可调用的模块。

### 操作步骤

1. **编写Fortran子程序**  
   创建`compute.f90`文件：
   ```fortran
   subroutine add_numbers(a, b, result)
     real, intent(in) :: a, b
     real, intent(out) :: result
     result = a + b
   end subroutine

1. 编译为Python模块
   执行命令：

   f2py -c -m compute compute.f90
   

2. 在Python中调用

   import compute
   print(compute.add_numbers(3.5, 2.1))  # 输出5.6
   

优势

• 自动处理数据类型转换
• 支持多数Fortran语法特性
• 无需手动编写接口代码

方法二：通过C接口调用

Fortran可通过ISO_C_Binding与C交互，再借助Python的ctypes调用。

实现步骤

1. 编写兼容C的Fortran代码
   interop.f90示例：

   function square(x) bind(c, name="square")
    use iso_c_binding
    real(c_float) :: square
    real(c_float), value :: x
    square = x * x
   end function
   

2. 编译为共享库

   gfortran -shared -fPIC -o libinterop.so interop.f90
   

3. Python调用

   from ctypes import CDLL, c_float
   lib = CDLL('./libinterop.so')
   lib.square.restype = c_float
   print(lib.square(c_float(4.0)))  # 输出16.0
   

方法三：使用子进程调用

对于独立Fortran程序，可通过subprocess调用：

import subprocess

# 编译Fortran程序
subprocess.run(["gfortran", "program.f90", "-o", "program"])

# 执行并传递参数
result = subprocess.run(["./program", "input.txt"], 
                       capture_output=True, text=True)
print(result.stdout)

性能对比

注意事项

1. 数组传递时需注意内存布局（Fortran是列优先）
2. 复杂数据结构建议使用f2py自动转换
3. 调试时建议先验证Fortran代码本身正确性

结语

根据实际需求选择合适方法，推荐优先考虑f2py方案。混合编程时建议将核心算法用Fortran实现，业务逻辑用Python构建，充分发挥两者优势。 “`

注：实际字数约650字（含代码和表格）。如需扩展具体案例或更深入的技术细节，可进一步补充。