如何为 Fortran 95+ 模块库提供显式接口，并隐藏实现答案

【问题标题】：How to provide an explicit interface to a library of Fortran 95+ modules, with implementation hiding如何为 Fortran 95+ 模块库提供显式接口，并隐藏实现
【发布时间】：2012-05-31 13:15:12
【问题描述】：

我正在使用 gfortran 的 95 多个扩展。我有一个实用模块库，我想链接到其他项目，即作为库或共享对象/dll。但是，在 Fortran 中，我不明白如何在不维护模块接口的两个副本的情况下将接口与 Fortran 中的实现分开。

在 C 语言中，我会将接口与实现分开，例如：

 api.h ←includes← impl.h
   ↑                 ↑
includes          includes
   ↑                 ↑
 user.c           impl.c

有没有办法在现代 Fortran 中实现相同的效果？我是否需要向我的库中的用户提供 .mod 文件？

显式接口的单一定义
只有接口定义暴露给用户代码

编辑：总结（我认为是）答案：

需要.mod 文件，因为它们包含显式接口定义
没有用于模块的标准 Fortran ABI -- .mod 文件将是特定于编译器的
解决实现隐藏问题的唯一直接类似方法是子模块，它在 Fortran 2008 中定义，gfortran 不支持。
最实用的方法，除了避免模块，@High-Performance-Mark 和 Fedora 页面指出，是分发仅接口模块的包含文件以及用于实现的预编译 .mods。
使用包含有一些众所周知且令人讨厌的问题，包括可能重新定义常见块。

我有点惊讶这里实际上没有一个直接的答案。

【问题讨论】：

标签： fortran gfortran fortran95

【解决方案1】：

我相信您可以通过使用 Fortran 2008 编译器的 submodules 来做到这一点。来自 FortranWiki：

子模块是 Fortran 2008 的一个功能，它允许模块过程在模块中定义其接口，同时在单独的单元（子模块）中定义过程的主体。

来自Wikipedia（强调我的）

[子模块允许]模块的规范和实现以单独的程序单元表示，这改进了大型库的打包，允许在发布权威接口的同时保留商业机密，并防止编译级联.

我对子模块没有任何经验，它们还没有得到广泛的支持，但它们是需要注意的。

编辑由于许多编译器不支持子模块，讨论其他选项可能会有所帮助。

This page 提出了与此类似的问题，并且有许多不错的链接。在关于 Google 群组的讨论中特别有用（尤其请参阅 this post）。总之，一种选择是：

将所有库函数/子例程分组到一个文件中并单独分组（即不属于模块的一部分）。
创建一个模块，该模块仅包含您希望向最终用户公开的那些子例程的接口。
为最终用户提供已编译的模块和库。然后用户可以use他/她程序中的模块并链接到库。

这允许您“隐藏”不想向最终用户公开的函数/子例程。

从我链接到的帖子中提取：

一些编译器会生成一个 .mod（或编译器赋予它的任何名称）文件和一个库文件。 .mod 文件有符号；库文件包含模块中包含的可执行代码。在这种情况下，您必须将这两个文件分发给您的最终用户。

此外，一些编译器（尤其是 f95）将符号和可执行代码放入单个 .mod 文件中。在这种情况下，您只需将 .mod 文件提供给最终用户。

（最终！）编辑 Fedora wiki 上有一个useful page：

理想情况下，可移植的 Fortran 库会避免使用模块。好消息是已经定义了一个子模块规范，它允许模块的接口规范部分与过程源代码分开。 On[c]e 这是在 Fortran 编译器中实现的，它应该被所有打包的库使用。

【讨论】：

【解决方案2】：

另一种将接口与实现分离并且只编写一次的方法，自 FORTRAN77 以来（甚至可能在此之前）已被广泛使用的一种方法是使用 INCLUDE 行将一个源文件的文本包含到另一个源文件。避免 INCLUDE 有很多合理的软件工程原因，并且在使用它们方面有很多实际用途。

我应该补充一点，我喜欢 Chris 已经概述的方法，而不是诉诸 INCLUDE，但有时需要必须...

【讨论】：

【解决方案3】：

这取决于你想做什么。如果出于商业机密的目的是为了向人们隐藏代码，您可以编写“接口”并提供预编译的库而不是实际代码。用户将使用接口编译文件，以便能够调用您的程序。

如果您只想练习仅公开必要内容的良好编程实践，您可以使用模块并通过将它们指定为“私有”来指定模块内部的一些过程或模块变量。人们可以使用编辑器查看代码，但在模块之外无法调用过程。您只能向程序的其余部分披露应该使用的程序并隐藏其他程序。您可以使用模块顶部的私有语句将“私有”设置为默认值，并指定需要在“公共”语句中可见的过程。

除非您不希望您的用户看到或编译您的源代码，否则我不会提供 .mod 文件。这就产生了支持各种编译器而不是简单地提供源代码的问题。 “private”和“public”语句应该实现您的两个目标，即不重复接口定义和只公开您希望公开的接口。除非您的程序非常大或存在其他问题，否则其他方法对我来说似乎过于复杂。

【讨论】：