c - 如何确定 C 与数组的互操作性

Question

我目前需要将 Fortran 子例程包装到 Python 中。我想使用 Cython 来完成它，我现在正在处理较小的任务，以便在处理实际脚本之前对我正在做的事情有一些基本的了解，因为它们非常大，涉及许多派生类型和子例程。

我是 Fortran、C 和 Cython 的新手，我正在尝试包装一个基本的派生类型和子例程。但是，当我尝试编译时，出现错误，因为我的派生类型“不可互操作”。

可以在下面找到初始模块:“求和.f90”

module gfunc_module
implicit none 

type :: geo
    real, dimension(1:2) :: coordinates
    real :: weight 

end type 

contains

subroutine gfunc(v1, v2, final_v)
    type(geo), intent(in) :: v1, v2
    type(geo), intent(out) ::final_v

    final_v%coordinates = v1%coordinates * v1%weight + v2%coordinates + v2%weight
    final_v%weight = v1%weight + v2%weight

end subroutine
end module

然后，我使用 iso_c_binding 包装它:(pysummation.f90)

module gfunc1_interface
use iso_c_binding
use gfunc_module
implicit none

type, bind(c) :: geo 
    real(c_float), dimension(1:2) :: coordinates 
    real(c_float) :: weight

contains
subroutine c_gfunc(v1, v2, final_v) bind(c)
    type(geo), intent(in) :: v1, v2
    type(geo), intent(out) :: final_v
    call gfunc(v1, v2, final_v)
end subroutine

end module 

然后，我写了一个头文件:(pysummation.h)

struct geo {
    float coordinates[2];
    float weight;
}

extern void c_gfunc(geo *v1, geo *v2, geo *final_v);

我的 cython 文件(pysummation.pyx):

cdef extern from "pysummation.h":
    cdef struct geo: 
        float coordinates[2]
        float weight
    void c_gfunc(geo *v1, geo *v2, geo *final_v)

def f(geo v1, geo v2):
    cdef:
        geo value
    c_gfunc(<geo*>&v1, <geo*>&v2, <geo*>&value)
    return value 

最后，我的设置文件 (setup.py):

from distutils.core import setup
from distutils.extension import Extension
from Cython.Distutils import build_ext
# This line only needed if building with NumPy in Cython file.
from numpy import get_include
from os import system

# compile the fortran modules without linking
fortran_mod_comp = 'gfortran summation.f90 -c -o summation.o -O3 -fPIC'
print fortran_mod_comp
system(fortran_mod_comp)
shared_obj_comp = 'gfortran pysummation.f90 -c -o pysummation.o -O3 -fPIC'
print shared_obj_comp
system(shared_obj_comp)

ext_modules = [Extension(# module name:
                         'pygfunc',
                         # source file:
                         ['pysummation.pyx'],
                         # other compile args for gcc
                         extra_compile_args=['-fPIC', '-O3'],
                         # other files to link to
                         extra_link_args=['summation.o', 'pysummation.o'])]

setup(name = 'pygfunc',
      cmdclass = {'build_ext': build_ext},
      # Needed if building with NumPy.
      # This includes the NumPy headers when compiling.
      include_dirs = [get_include()],
      ext_modules = ext_modules)

当我尝试编译我的脚本时，出现以下错误:

1. 已经定义了 (1) 处“geo”的派生类型定义。

我知道因为我告诉 Fortran 使用我的模块，它已经定义了“geo”类型，但我认为因为我想使用 iso_c_binding，所以我必须重新定义它。

我得到的第二个错误是

1. 变量“v1”是 BIND(C) 过程的虚拟参数，但不是 C 可互操作的，因为派生类型“geo”不是 C 可互操作的。

这发生在所有 type(geo) 类型的变量上。我只是想知道是否有人可以阐明 c 互操作性在数组和派生类型方面的工作原理？

我认识到我的代码中可能还有许多其他错误。但是，在我开始对其他人进行故障排除之前，我想至少完成这几个问题。

Answer 1

总而言之，在 Python 中，您尝试绑定(bind)到一个 C 函数，而该函数又绑定(bind)到一个 Fortran 函数？正确的？目前您在为 fortran 函数创建 c-wrapper 时遇到问题？对吧？

我对 fortran 不是很熟悉，但似乎 fortran 编译器提示 geo 类型的两种不同定义。事实上你确实有两个定义。一个在 summation.f90 中，一个在 pysummation.f90 中。我建议将 pysummation.f90 中的那个重命名为 c_geo。这也意味着 c_gfunc 的参数 v1、v2、final_v 应该是 c_geo 而不是 geo。当然，你必须将 v1 和 v2 转换为 geo，然后再将它们传递给 gfunc，然后转换返回值(value)返回。

我说了，我不写fortan，所以这段代码比较伪代码而不是正确的 Fortran 程序:

module gfunc1_interface
use iso_c_binding
use gfunc_module
implicit none

type, bind(c) :: c_geo 
    real(c_float), dimension(1:2) :: coordinates 
    real(c_float) :: weight

contains
subroutine geo_c2f(cv, fv)
    type(c_geo), intent(in) :: cv
    type(geo), intent(out) :: fv
    fv%coordinates = cv%coordinates
    fv%weight = cv%weight 
end subroutine
subroutine geo_f2c(fv, cv)
    type(geo), intent(in) :: fv
    type(c_geo), intent(out) :: cv
    cv%coordinates = fv%coordinates
    cv%weight = fv%weight 
end subroutine

subroutine c_gfunc(v1, v2, final_v) bind(c)
    type(c_geo), intent(in) :: v1, v2
    type(c_geo), intent(out) :: final_v

    type(geo) :: v1f, v2f, final_vf

    call geo_c2f(v1, v1f)
    call geo_c2f(v2, v2f)

    call gfunc(v1f, v2f, final_vf)

    call geo_f2c(final_vf, final_v)
end subroutine

end module

其他一些提示:

如果您希望 C 编译器可读，您的 pysummation.h 就是错误的。 struct 关键字在声明结构类型的变量/参数时是必需的:

extern void c_gfunc(struct geo *v1, struct geo *v2, struct geo *final_v);

如果 v1 和 v2 不应该修改它们指向的内容，我还会添加 const 关键字:

extern void c_gfunc(const struct geo *v1, const struct geo *v2, struct geo *final_v);

最后:

我还建议您在尝试为 python 重新包装之前用 c 测试您的 c-wrapper。