CentOS上Fortran與Python如何集成

在CentOS上集成Fortran與Python主要有兩種方法：使用f2py工具和使用ctypes庫。以下是詳細的步驟和示例。

使用f2py工具

f2py是NumPy團隊開發的一個工具，可以將Fortran程序轉換為Python模塊，從而在Python中調用Fortran程序。以下是具體步驟：

1. 編寫Fortran代碼：

   創建一個.f90擴展名的Fortran源文件，例如hello.f90：

   subroutine hello(a)
       implicit none
       integer, intent(in) :: a
       print *, 'Hello from Fortran90!!!', a
   end subroutine hello
   

2. 編譯Fortran代碼：

   在終端中運行以下命令來編譯Fortran代碼：

   f2py -m foo -c foo.f90
   

   這將生成一個名為foo.cpython-<version>-linux-gnu.so的文件。

3. 在Python中調用Fortran函數：

   在Python控制臺中運行以下代碼：

   import foo
   foo.hello(15)
   

   輸出將是：

   Hello from Fortran90!!! 15
   

使用ctypes庫

ctypes是Python內置的一個庫，可以用來調用外部C動態鏈接庫，因此也可以用于調用Fortran程序。以下是具體步驟：

1. 編寫Fortran代碼：

   創建一個Fortran源文件，例如circle.f90：

   subroutine area_of_circle(r, area)
       use iso_c_binding
       implicit none
       real(c_double), intent(in) :: r
       real(c_double), intent(out) :: area
       area = 4 * atan(1.0) * r**2
   end subroutine area_of_circle
   

2. 編譯Fortran代碼為動態鏈接庫：

   在終端中運行以下命令：

   gfortran -shared -fPIC circle.f90 -o circle.so
   

3. 在Python中調用Fortran函數：

   編寫Python調用腳本test_mat.py：

   import numpy as np
   from numpy.ctypeslib import load_library, ndpointer
   from ctypes import c_int
   
   # 加載動態鏈接庫
   flib = load_library("circle", "./circle.so")
   
   # 指定參數和返回數據類型
   flib.area_of_circle.argtypes = [ndpointer(dtype=np.float64, ndim=1), c_int]
   flib.area_of_circle.restype = c_double
   
   # 創建一個二維數組
   data = np.empty(shape=(4, 5), dtype=np.float64, order='F')
   
   # 將數組首地址傳入Fortran中進行計算
   flib.area_of_circle(data.ctypes.data, 4)
   
   # 打印結果
   print("Area of circle with radius 2.0 is", data[0, 0])
   

4. 運行Python腳本：

   在終端中運行以下命令：

   python test_mat.py
   

   輸出將是：

   Area of circle with radius 2.0 is 31.41592653589793
   

通過以上步驟，你可以在CentOS上成功地將Fortran代碼集成到Python中。選擇哪種方法取決于你的具體需求和偏好。