python - 移植旧的fortran程序以与python + numpy一起使用

Question

我应该使用这个庞大的Fortran 77程序进行研究(我最近将其表面移植到了Fortran 90上)。它是用于使用有限元方法进行建模的非常古老的软件。

这是怪物。它大约是240,000行。

自从它在Fortran 77中开始使用以来，它使用了一些非常脏的技巧来进行动态内存分配。基本上，它使用C标准库中的功能，以及C和Fortran的混合编程。我尚未完全掌握分配的工作方式。该程序被构建为易于用户扩展，并且用户通常需要分配一些全局可访问的数组以供以后使用。这是通过给一个内存地址数组来实现的，该地址指向动态可分配数组的起始地址。当然，在开始真正编程之前，地址数组的哪个元素都指向哪些信息都取决于用户必须学习的约定。有两个地址数组，一个用于整数，另一个用于浮点数。

肮脏的hacks，我的意思是不一致的。例如，GNU编译器的优化算法的更新导致程序退出时出现了随机内存泄漏。

该程序远非优雅。全局变量名称通常简短(3-4个字符)且含糊不清。当然，通过使用常规块(包括所有程序开关和上述数组)可以在例程之间传递数据。

该程序的用法与交互式shell的用法大致相同，尽管它是一个愚蠢的程序。首先，程序本身读取输入文件，然后根据选择将用户放入伪 shell 中，在该 shell 中用户必须键入4个字符宽的命令，然后键入参数。解析器然后解析命令，并使用参数调用相应的子例程。您可能会猜想，该伪解析器中有一个循环结构(而是goto财富)，它以比21世纪更复杂的方式包装了子例程行为。

输入文件的格式是相同的(因为是相同的解析器，所以命令(然后是参数))是相同的。但是语法实际上并不一致(通过这种方式，我的意思是它缺乏控制结构，并且某些命令导致有限状态机执行与其他命令相抵触的行为；缺少明确的语法)，有时会导致最终用户发现陷阱。用户必须通过经验来学习这些陷阱。我没有在程序的任何文档中看到它们。这是一个可以使用python轻松解决的问题，甚至没有必要实现解析器。

我想做的事:

将程序的某些部分移植到python中，即与数值计算无关的部分。这包括

使用python中的OOP方法清理并抽象API，

给出有意义的变量名

将动态分配迁移到numpy或Fortran 90并丢失C部分

将非数字执行迁移到python，并使用f2py包装数字对象，因此不会降低性能。我是否已经告诉过该程序该死的在当前状态下运行得很快？希望将对数字子例程的调用和I/O的移植移植到python不会将其减慢到不切实际的水平(或者会吗？)。

利用python的交互式shell替代了伪shell。这样，最终用户就不会有任何不一致之处。前面提到的命令将简单地替换为python中定义的函数。这将允许用户实际访问数据。另外，用户将能够扩展程序而无需深入。

我想知道的是:

f2py是否适合并且可以完成无数个包装许多子例程和通用块的任务？我只在网上看到f2py的单文件示例；我知道numpy已使用它包装LAPACK和其他内容，但是我需要保证f2py是足以完成此任务的工具。

是否对我应该遵循的总体策略有任何建议，还是应该避免的陷阱。

如何并且应该在此python封装的Fortran 90环境中实现一个系统，这样我就可以在fortran例程中修改(分配和分配)全局可访问的数组和变量。这应该最好省略地址数组，而我最好应该能够将语言表示注入(inject)到 namespace 中。这些变量最好在python和fortran中都可以访问。

笔记:

我可能一直要求太多，这超出了可能领域的范围。在这种情况下，请原谅我，因为我是编程方面的初学者。并毫不犹豫地纠正我。

我一直在谈论的“程序”是开源的，但是它是商业性的，并且许可证不允许其分发，因此我决定不提它的名称。但是，您可以从第二句话和我在全文中给出的描述中推论得出。

Answer 1

我正在做令人沮丧的事情。除了使用C进行动态内存分配外，我们还有一个带有整数索引的全局数组(也在全局范围内)，但是在其他方面却大同小异。奇怪，输入文件不一致。

我建议不要尝试重写大部分程序，无论是使用python还是其他方式。这是耗时的，令人不快的并且在很大程度上是不必要的。作为替代方案，使F77代码库达到是否可以完全干净地编译以使您愿意信任它的程度，然后编写接口(interface)例程。

我现在有一个很大的，难看的F77代码库，它位于界面的后面。该程序需要输入为文本文件，因此界面的大部分工作是生成该文本文件。除此之外，遗留代码简化为一个网关例程，该例程接受一些参数(包括识别文本文件的方法)并返回答案。如果使用Fortran 2003的iso_c_binding，则可以采用C可以理解的格式公开接口(interface)，此时可以将其链接到所需的任何内容。

就现代代码(主要是优化例程)而言，遗留代码库是C接口(interface)背后的单个子例程。这比尝试进一步修改旧代码好得多，并且可能对您的情况也是一种有效的策略。