在Julia中调用Fortran代码:基础篇

(以下操作均以Mac OS为例)。

例一:Fortran function(有返回值)

module foo
    implicit none

contains
    function bar(x)
        integer :: bar, x
        bar = x * 2
    end function bar

end module foo

编译命令:

gfortran -shared -dynamiclib -fPIC -O2 f.f90 -o f1.dylib

objdump -t f1.dylib命令看一看符号表:

f1.dylib:     file format mach-o-x86-64

SYMBOL TABLE:
0000000000003fc0 g       0f SECT   01 0000 [.text] ___foo_MOD_bar
0000000000000000 g       01 UND    00 0100 dyld_stub_binder

可以看到我们定义的函数对应的符号为___foo_MOD_bar,但需要注意的是,在Julia中调用时,应当使用__foo_MOD_bar,也即最前面是两个下划线而非三个。

对应的Julia代码:

num = 4
result = ccall((:__foo_MOD_bar, "f1"), Int32, (Ref{Int32}, ), num)
println(result)

输出为8。注意这里ccall()函数的调用形式。第一个参数为需要调用的Fortran函数,这里通过(symbol, dylib)结构体的形式指定,第二个参数为返回参数的类型,第三个参数是一个由输入参数的类型组成的Tuple,最后是提供需要的输入参数。

注意这里输入参数应当全部使用RefPtr(如果为数组)类型。

例二:Fortran subroutine(无返回值)

module foo
    implicit none

contains
    subroutine bar(x)
        integer :: x
        x = x * 2
    end

end module foo

我们把这段代码编译为f2.dylib

对应的Julia代码:

num = 4
num_ref = Ref{Int32}(num)
ccall((:__foo_MOD_bar, "f2"), Cvoid, (Ref{Int32}, ), num_ref)
println(num_ref[])

输出为8

注意这里函数的返回类型为Cvoid,因为没有返回值。运行函数之后,结果保存在我们提供的Base.RefValue{Int32}中。因此如果我们直接打印num_ref,得到的输出将会是Base.RefValue{Int32}(8)

例三:输入和输出包含数组的情形

Fortran代码:

module foo
    implicit none

contains
    subroutine bar(n, arr)
        integer :: i, n, arr(n)
        do i = 1, n
            arr(i) = (-1)**i
        end do
    end
end module foo

数组类型的参数,在Julia中需要以Ptr{}的指针形式传入。

Julia代码:

len = 10
nums = Array{Int32}(undef, len)
ccall((:__foo_MOD_bar, "f3"), Cvoid, (Ref{Int32}, Ptr{Int32}, ), len, nums)
println(nums)

输出为Int32[-1, 1, -1, 1, -1, 1, -1, 1, -1, 1]

例四:Fortran函数中包含全局变量的情形

Fortran代码:

module foo
    implicit none
    integer :: a = 0

contains
    subroutine bar(n)
        integer :: n
        a = a + n
    end
end module foo

我们还是用objdump来看看符号表:

f4.dylib:     file format mach-o-x86-64

SYMBOL TABLE:
0000000000004000 g       0f SECT   03 0000 [__DATA.__pu_bss2] ___foo_MOD_a
0000000000003fb0 g       0f SECT   01 0000 [.text] ___foo_MOD_bar
0000000000000000 g       01 UND    00 0200 dyld_stub_binder

可以看到这里多出来一个___foo_MOD_a的符号,显然它就对应于我们在foo这个模块中定义的全局变量a。同样,在Julia中调用时,前缀需要改为两个下划线。

在Julia中,我们通过cglobal()函数获取到全局变量的指针,使用unsafe_load(ptr, [index])函数来读取,使用unsafe_store!(ptr, value, [index])函数来写入。注意unsafe_loadunsafe_store!中的index参数都是可选的,默认值为1

Julia代码:

num = 10
a = cglobal((:__foo_MOD_a, "f4"), Int32)
println(unsafe_load(a))
ccall((:__foo_MOD_bar, "f4"), Cvoid, (Ref{Int32}, ), num)
println(unsafe_load(a))

例五:综合

Fortran代码:

module foo
    implicit none
    integer :: arr(10) = 0

contains
    subroutine bar(n)
        integer :: i, n
        do i = 1,10
            arr(i) = arr(i) * n
        end do
    end
end module foo

Julia代码:

num = 10
arr = cglobal((:__foo_MOD_arr, "f5"), Int32)
for i in 1:10
    unsafe_store!(arr, i, i)
end
ccall((:__foo_MOD_bar, "f5"), Cvoid, (Ref{Int32}, ), num)
for i in 1:10
    print(unsafe_load(arr, i), " ")
end

最后的运行结果为(%表示行末):

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 %

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