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おおよそのようなfortranリンクリストがあります

type :: node
    type(node), pointer :: next => null()
    integer :: value
end type node

理想的には、Cpython を使用してこれと対話したいと考えています。共有オブジェクトを作成するために f2py プログラムを使用して、Python で fortran サブルーチンを頻繁に使用しました。ただし、f2py は派生型では使用できません。

私の質問は、cpython を使用して Fortran のリンク リストのようなものにアクセスできるかどうかということです。fortran から c から cpython へのルートに従う必要があると思います。ただし、Fortran 派生型を c と相互運用できるようにするには、「各コンポーネントには相互運用可能な型と型パラメーターが必要であり、ポインターであってはならず、割り当て可能であってはなりません」と読みました。同様に、ポストc-fortran 相互運用性 - ポインターを持つ派生型は、これを確認しているようです。

cpythonからfortranのリンクリストにアクセスすることが絶対に不可能かどうかを誰かが知っているかどうか疑問に思っていました. できれば、間接的でも遠回りでもいいので、詳しく教えていただけるとありがたいです。

ありがとう、マーク

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Bálint Aradi がコメントで既に述べたように、ノードは現在の形式では C と相互運用できません。そのためには、fortran ポインターを C ポインターに変更する必要がありますが、これは fortran 自体の内部で使用することを非常に困難にします。私が思いついた最も洗練された解決策は、相互運用可能な C 型を Fortran 型の中に置き、C ポインターと Fortran ポインターの別々のバージョンを保持することでした。

実装を以下に示します。ここでは、fortran 内でノードの割り当て、割り当て解除、および初期化に使用する便利な関数も定義しています。

module node_mod

    use, intrinsic :: iso_c_binding
    implicit none

    ! the C interoperable type
    type, bind(c) :: cnode
        type(c_ptr) :: self = c_null_ptr
        type(c_ptr) :: next = c_null_ptr
        integer(c_int) :: value
    end type cnode

    ! the type used for work in fortran
    type :: fnode
        type(cnode) :: c
        type(fnode), pointer :: next => null()
    end type fnode

contains

recursive function allocate_nodes(n, v) result(node)

    integer, intent(in) :: n
    integer, optional, intent(in) :: v
    type(fnode), pointer :: node
    integer :: val

    allocate(node)
    if (present(v)) then
        val = v
    else
        val = 1
    end if
    node%c%value = val
    if (n > 1) then
        node%next => allocate_nodes(n-1, val+1)
    end if

end function allocate_nodes

recursive subroutine deallocate_nodes(node)

    type(fnode), pointer, intent(inout) :: node
    if (associated(node%next)) then
        call deallocate_nodes(node%next)
    end if
    deallocate(node)

end subroutine deallocate_nodes

end module node_mod

ご覧のとおり、"value" 要素にアクセスするには余分な "%c" が必要で、これは少し面倒です。Python 内で以前に定義されたルーチンを使用してリンクされたリストを取得するには、C の相互運用可能なラッパーを定義し、C ポインターをリンクする必要があります。

module node_mod_cinter

    use, intrinsic :: iso_c_binding
    use, non_intrinsic :: node_mod

    implicit none

contains

recursive subroutine set_cptr(node)

    type(fnode), pointer, intent(in) :: node

    node%c%self = c_loc(node)
    if (associated(node%next)) then
        node%c%next = c_loc(node%next%c)
        call set_cptr(node%next)
    end if

end subroutine set_cptr

function allocate_nodes_citer(n) bind(c, name="allocate_nodes") result(cptr)

    integer(c_int), value, intent(in) :: n
    type(c_ptr) :: cptr
    type(fnode), pointer :: node

    node => allocate_nodes(n)
    call set_cptr(node)
    cptr = c_loc(node%c)

end function allocate_nodes_citer

subroutine deallocate_nodes_citer(cptr) bind(c, name="deallocate_nodes")

    type(c_ptr), value, intent(in) :: cptr
    type(cnode), pointer :: subnode
    type(fnode), pointer :: node

    call c_f_pointer(cptr, subnode)
    call c_f_pointer(subnode%self, node)
    call deallocate_nodes(node)

end subroutine deallocate_nodes_citer

end module node_mod_cinter

「*_nodes_citer」ルーチンは単にさまざまなポインター型を処理し、set_cptr サブルーチンは fortran ポインターに従って C 相互運用型内の C ポインターをリンクします。私は node%c%self 要素を追加して、fortran ポインターを回復して適切な割り当て解除に使用できるようにしましたが、それについてあまり気にしなければ、厳密には必要ありません。

このコードは、他のプログラムで使用する共有ライブラリとしてコンパイルする必要があります。Linuxボックスのgfortranで次のコマンドを使用しました。

gfortran -fPIC -shared -o libnode.so node.f90

最後に、10 個のノードのリストを割り当て、それぞれの node%c%value を出力し、すべての割り当てを再度解除する Python コード。さらに、Fortran および C ノードのメモリ位置も示されています。

#!/usr/bin/env python
import ctypes
from ctypes import POINTER, c_int, c_void_p
class Node(ctypes.Structure):
    pass
Node._fields_ = (
        ("self", c_void_p),
        ("next", POINTER(Node)),
        ("value", c_int),
        )

def define_function(res, args, paramflags, name, lib):

    prot = ctypes.CFUNCTYPE(res, *args)
    return prot((name, lib), paramflags)

def main():

    import os.path

    libpath = os.path.abspath("libnode.so")
    lib = ctypes.cdll.LoadLibrary(libpath)

    allocate_nodes = define_function(
            res=POINTER(Node),
            args=(
                c_int,
                ),
            paramflags=(
                (1, "n"),
                ),
            name="allocate_nodes",
            lib=lib,
            )

    deallocate_nodes = define_function(
            res=None,
            args=(
                POINTER(Node),
                ),
            paramflags=(
                (1, "cptr"),
                ),
            name="deallocate_nodes",
            lib=lib,
            )

    node_ptr = allocate_nodes(10)

    n = node_ptr[0]
    print "value", "f_ptr", "c_ptr"
    while True:
        print n.value, n.self, ctypes.addressof(n)
        if n.next:
            n = n.next[0]
        else:
            break

    deallocate_nodes(node_ptr)

if __name__ == "__main__":
    main()

これを実行すると、次の出力が得られます。

value f_ptr c_ptr
1 15356144 15356144
2 15220144 15220144
3 15320384 15320384
4 14700384 14700384
5 15661152 15661152
6 15661200 15661200
7 15661248 15661248
8 14886672 14886672
9 14886720 14886720
10 14886768 14886768

興味深いことに、両方のノード タイプが同じメモリ位置から開始するため、node%c%self は実際には必要ありませんでしたが、これは単にタイプ定義に注意を払ったためであり、これは実際には当てにすべきではありません。

そして、あなたはそれを持っています。リンクされたリストを処理する必要がなくても、かなり面倒ですが、ctypes は f2py よりもはるかに強力で堅牢です。これから何か良いことが起こることを願っています。

于 2013-03-06T00:15:50.123 に答える