fortran与c语言接口参数传递混合编程

fortran与c语言接口参数传递混合编程SunStudio12：Fortran编程指南Previous:第10章并行化第11章C-Fortran接口本章论述Fortran与C的互操作性方面的问题，内容仅适用于SunStudioFortran95和C编译器的特定情况。11.9Fortran2003与C的互操作性简要说明了Fortran2003标准第15部分中提到的C绑定功能。（此标准可以从国际Fortran标准Web站点获得）。Fortran95编译器实现了标准中所述的这些功能。如不特别注明，32位x86处理器视为与32位SPARC处理器等同。对于64位x86处理器和64位SPARC处理器也是如此，只是x86系统未定义REAL*16和COMPLEX*32数据类型，这些数据类型只能用于SPARC。11.1兼容性问题大多数C-Fortran接口必须在以下这些方面全部保持一致：函数和子例程的定义及调用数据类型的兼容性参数传递（按引用或按值）参数的顺序过程名（大写、小写或带有结尾下划线(_)）向链接程序传递正确的库引用某些C-Fortran接口还必须符合：数组索引及顺序文件描述符和stdio文件权限11.1.1函数还是子例程？函数一词在C和Fortran中有不同的含义。根据具体情况做出选择很重要：?在C中，所有的子程序都是函数；但void函数不会返回值。在Fortran中，函数会传递一个返回值，但子例程一般不传递返回值。当Fortran例程调用C函数时：如果被调用的C函数返回一个值，则将其作为函数从Fortran中调用。如果被调用的C函数不返回值，则将其作为子例程调用。当C函数调用Fortran子程序时：如果被调用的Fortran子程序是一个函数，则将其作为一个返回兼容数据类型的函数从C中调用。如果被调用的Fortran子程序是一个子例程，则将其作为一个返回int（与FortranINTEGER*4兼容）或void值的函数从C中调用。如果Fortran子例程使用交替返回，则会返回一个值，这种情况下它是RETURN语句中的表达式的值。如果RETURN语句中没有出现表达式，但在SUBROUTINE语句中声明了交替返回，则会返回零。11.1.2数据类型的兼容性表11–2总结了Fortran95（与C比较）数据类型的数据大小和缺省对齐。该表假设未应用影响对齐或提升缺省数据大小的编译选项。请注意以下事项：C数据类型int、longint和long在32位环境下是等同的（4字节）。但是，在64位环境下long和指针为8字节。这称为LP64数据模型。在64位SPARC环境下，当用任意-m64选项进行编译时，REAL*16和COMPLEX*32与16字节边界对齐。标有4/8的对齐表示缺省情况下与8字节边界对齐，但在COMMON块中与4字节边界对齐。COMMON中的最大缺省对齐为4字节。当用-m64选项进行编译时，4/8/16表示与16字节边界对齐。REAL(KIND=16)、REAL*16、COMPLEX(KIND=16)、COMPLEX*32只能用于SPARC平台。数组和结构的元素及字段必须兼容。不能按值传递数组、字符串或结构。可以在调用点使用%VAL(arg)，按值将参数从Fortran95例程传递到C例程。假如Fortran例程具有一个显式接口块，该接口块用VALUE属性声明了伪参数，则可以按值将参数从C传递到Fortran95。数值序列类型的组件的对齐方式与通用块的对齐方式相同，也会受到-aligncommon选项的影响。数值序列类型是这样一种序列类型：其中所有组件的类型为缺省整数、缺省实数、双精度实数、缺省复数或缺省逻辑，而不是指针。在大多数情况下，非数值序列类型的数据类型组件以自然对齐的方式对齐，但QUAD变量除外。对于四精度变量，32位SPARC平台和64位SPARC平台之间的对齐方式不同。在所有平台上，用BIND(C)属性定义的VAX结构和数据类型的组件始终与Ｃ结构具有相同的对齐方式。表11–1数据大小与对齐－（以字节表示）按引用传递（f95和cc）11.1.3大小写敏感性C和Fortran在区分大小写方面采取截然相反的处理方法：C区分大小写－大小写很重要。Fortran在缺省情况下忽略大小写。f95缺省通过将子程序名转换成小写来忽略大小写。除了字符串常量以外，它会将所有大写字母都转换成小写字母。对于大/小写问题，有两种常用解决方案：在C子程序中，使C函数名全为小写。用-U选项编译Fortran程序，该选项会通知编译器保留函数/子程序名称的现有大/小写区别。只能采用这两种解决方案中的一种，不能同时采用。本章大多数示例的C函数名均采用小写字母，并且没有使用f95-U编译器选项。11.1.4例程名中的下划线Fortran编译器通常会在入口点定义和调用中都出现的子程序名末尾追加一个下划线(_)。该惯例不同于具有相同的用户指定名称的C过程或外部变量。几乎所有Fortran库过程名都有两个前导下划线，以减少与用户指定的子例程名的冲突。对于下划线问题，有三种常用解决方案：在C函数中，通过在函数名末尾追加下划线来更改该名称。使用BIND(C)属性声明来指明外部函数是C语言函数。使用f95-ext_names选项编译对无下划线的外部名称的引用。只能使用上述解决方案中的一种。本章的示例都可以使用BIND(C)属性声明来避免下划线。BIND(C)声明可从Fortran调用的C外部函数，以及可从C中作为参数调用的Fortran例程。Fortran编译器在处理外部名称时通常不追加下划线。BIND(C)必须出现在每个包含这样的引用的子程序中。惯常用法是：在此处，用户不仅指定XYZ是外部C函数，而且还指定Fortran调用程序ABC应该可以从C函数调用。如果使用BIND(C)，C函数不需要在函数名末尾追加下划线。11.1.5按引用或值传递参数通常，Fortran例程按引用传递参数。在调用中，如果非标准函数%VAL()中包含一个参数，则调用例程会按值传递该参数。Fortran95按值传递参数的标准方法是通过VALUE属性和INTERFACE块。请参见11.4按值传递数据参数。C通常按值传递参数。如果在参数前加上表示“和”的符号(&)，C会使用指针按引用传递参数。C总是按引用传递数组和字符串。11.1.6参数顺序除字符串参数之外，Fortran和C均以相同的顺序传递参数。但对于每个字符型参数，Fortran例程都会传递一个附加参数，用以指定串长度。这些参数在C中是longint数量，按值进行传递。参数顺序为：与每个参数相应的地址（数据或函数）与每个字符参数对应的longint（字符串长度的完整列表位于其他参数的完整列表之后）示例：11.1.7数组索引和顺序Fortran与C的数组索引和顺序不同。11.1.7.1数组索引C数组总是从0开始，而Fortran数组在缺省情况下是从1开始。有两种常用的索引处理方法。如上述示例所示，可以使用Fortran缺省设置。此时，Fortran元素B(2)等同于C元素b[1]。可以指定Fortran数组B以B(0)开始，如下所示：这样，Fortran元素B(1)就等同于C元素b[1]。11.1.7.2数组顺序Fortran数组按列主顺序存储：A(3,2)C数组按行主顺序存储：A[3][2]这对于一维数组不存在任何问题。但对于多维数组，应注意下标在所有引用和声明中是如何出现和使用的－可能需要做些调整。例如，在C中进行部分矩阵操作，而后在Fortran中完成余下部分，这样做可能会产生混淆。最好是将整个数组传递给另一语言中的例程，然后在该例程中执行所有矩阵操作，以避免在C和Fortran中各执行部分操作的情况。11.1.8文件描述符和stdioFortranI/O通道采用的是单元号。底层SunOS操作系统不处理单元号，而是处理文件描述符。Fortran运行时系统会不断变换，所以大多数Fortran程序没必要识别文件描述符。许多C程序都使用一组称为标准I/O（即stdio）的子例程。有许多FortranI/O函数也使用标准I/O，而后者又使用操作系统I/O调用。下表列出了这些I/O系统的某些特性。11.1.9库与使用f95命令链接要链接正确的Fortran和C库，请使用f95命令调用链接程序。示例1：用编译器进行链接：11.2Fortran初始化例程用f95编译的主程序在程序启动时会调用库中的伪初始化例程f90_init。库中的这些例程是不进行任何操作的伪例程。编译器生成的调用将指针传递到程序的参数和环境。这些调用会提供软件挂钩，您可以在C中用软件挂钩提供自己的例程，以便在程序启动之前以任何定制方式初始化程序。这些初始化例程的一种可能用途是，为国际化Fortran程序调用setlocale。由于setlocale在libc以静态方式链接时不起作用，因此只有以动态方式链接了libc的Fortran程序才能进行国际化。库中init例程的源代码如下f90_init由f95主程序调用。参数分别被设置为argc、argv和envp的地址。11.3按引用传递数据参数在Fortran例程和C过程之间传递数据的标准方法是按引用传递。对于C过程而言，Fortran子例程或函数调用就像是一个所有参数均用指针表示的过程调用。唯一特殊的是Fortran将字符串和函数作为参数及CHARACTER*n函数的返回值进行处理的方式。11.3.1简单数据类型对于简单数据类型（非COMPLEX或CHARACTER串），将C例程中的每个关联参数作为指针定义或传递：表11–3传递简单数据类型11.3.2COMPLEX数据将FortranCOMPLEX数据项作为指针传递到具有两种浮点或两种双精度数据类型的C结构：在64位环境下