Ubuntu如何集成Fortran與Python

在Ubuntu系統中集成Fortran和Python可以通過多種方式實現，以下是一些常見的方法：

方法一：使用f2py

f2py是NumPy提供的一個工具，可以將Fortran代碼轉換為Python模塊。

1. 安裝必要的軟件包：

   sudo apt update
   sudo apt install gfortran python3-numpy
   

2. 編寫Fortran代碼： 創建一個名為example.f90的文件，內容如下：

   subroutine add(a, b, c) bind(c, name="add")
       use, intrinsic :: iso_c_binding
       real(c_double), intent(in) :: a, b
       real(c_double), intent(out) :: c
       c = a + b
   end subroutine add
   

3. 使用f2py生成Python模塊：

   f2py -c example.f90 -m example
   

4. 在Python中使用生成的模塊：

   import example
   result = example.add(2.0, 3.0)
   print(result)  # 輸出 5.0
   

方法二：使用cython

cython是一個編程語言，可以將Python代碼轉換為C代碼，并且可以調用Fortran代碼。

1. 安裝必要的軟件包：

   sudo apt update
   sudo apt install gfortran python3-cython
   

2. 編寫Fortran代碼： 創建一個名為example.f90的文件，內容如下：

   subroutine add(a, b, c) bind(c, name="add")
       use, intrinsic :: iso_c_binding
       real(c_double), intent(in) :: a, b
       real(c_double), intent(out) :: c
       c = a + b
   end subroutine add
   

3. 編寫Cython接口代碼： 創建一個名為example.pyx的文件，內容如下：

   cdef extern from "example.f90":
       void add_(double *a, double *b, double *c)
   
   def add(double a, double b):
       cdef double c
       add_(&a, &b, &c)
       return c
   

4. 創建setup.py文件： 創建一個名為setup.py的文件，內容如下：

   from setuptools import setup
   from Cython.Build import cythonize
   
   setup(
       ext_modules=cythonize("example.pyx"),
       extra_link_args=['-lgfortran']
   )
   

5. 編譯Cython代碼：

   python3 setup.py build_ext --inplace
   

6. 在Python中使用生成的模塊：

   import example
   result = example.add(2.0, 3.0)
   print(result)  # 輸出 5.0
   

方法三：使用pybind11

pybind11是一個輕量級的頭文件庫，用于將C++代碼暴露給Python。雖然它主要用于C++，但也可以通過一些技巧來調用Fortran代碼。

1. 安裝必要的軟件包：

   sudo apt update
   sudo apt install gfortran python3-pybind11-dev
   

2. 編寫Fortran代碼： 創建一個名為example.f90的文件，內容如下：

   subroutine add(a, b, c) bind(c, name="add")
       use, intrinsic :: iso_c_binding
       real(c_double), intent(in) :: a, b
       real(c_double), intent(out) :: c
       c = a + b
   end subroutine add
   

3. 編寫C++包裝代碼： 創建一個名為wrapper.cpp的文件，內容如下：

   #include <pybind11/pybind11.h>
   extern "C" {
       #include "example.h"
   }
   
   namespace py = pybind11;
   
   double add(double a, double b) {
       double c;
       add_(&a, &b, &c);
       return c;
   }
   
   PYBIND11_MODULE(example, m) {
       m.def("add", &add, "A function that adds two numbers");
   }
   

4. 創建CMakeLists.txt文件： 創建一個名為CMakeLists.txt的文件，內容如下：

   cmake_minimum_required(VERSION 3.4)
   project(example)
   
   set(CMAKE_CXX_STANDARD 11)
   
   find_package(pybind11 REQUIRED)
   
   pybind11_add_module(example wrapper.cpp example.f90)
   

5. 編譯代碼：

   mkdir build
   cd build
   cmake ..
   make
   

6. 在Python中使用生成的模塊：

   import example
   result = example.add(2.0, 3.0)
   print(result)  # 輸出 5.0
   

以上方法各有優缺點，選擇哪種方法取決于你的具體需求和偏好。