使用 C 指针跟踪 Fortran 模块数据成员

Question

我们有一个旧的 Fortran 90 代码，它对一组数据数组进行操作，并希望扩展代码以便我们可以拥有多组数据。不幸的是，没有一个子程序接受输入参数，而是通过模块评估所有数据。以下代码类似于我们的 Fortran 代码。

MODULE test_mod
    IMPLICIT NONE

    double precision, pointer :: f_x(:)
    integer :: n = 5
END MODULE test_mod

SUBROUTINE alloc_x()
    use test_mod
    IMPLICIT NONE

    allocate(f_x(n))
END SUBROUTINE alloc_x

SUBROUTINE init_x()
    USE test_mod
    IMPLICIT NONE

    f_x = 1.0
END SUBROUTINE init_x

SUBROUTINE dealloc_x()
    use test_mod
    IMPLICIT NONE

    deallocate(f_x)
END SUBROUTINE dealloc_x

由于 Fortran 代码足够复杂（大约有一百个数组，并且都具有不同的形状和大小），因此对代码的修改越少越好。我们提出了以下解决方案，并对该解决方案是否被视为与 Fortran 90 标准兼容感兴趣：

我们创建了两个额外的 Fortran 子例程，用于存储分配的 Fortran 数组的位置并将 c 指针复制回模块。

SUBROUTINE store_ptrs(c_x)
    use iso_c_binding
    use test_mod
    IMPLICIT NONE

    TYPE(c_ptr) :: c_x

    c_x = c_loc(f_x)
END SUBROUTINE

SUBROUTINE copy_ptrs2mod(c_x)
    use iso_c_binding
    use test_mod
    IMPLICIT NONE

    TYPE(c_ptr) :: c_x
    CALL c_f_pointer(c_x,f_x,[n])
END SUBROUTINE

通过这两个子程序，我们可以拥有多于一份的数据（以下代码中为 10 份），而无需更改 Fortran 代码 --

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void alloc_x_();
void init_x_();
void dealloc_x_();
void store_ptrs_(double **c_x);
void copy_ptrs2mod_(double **c_x);

void output_result(int entry, double* array);

int main()
{
    int i;
    double *x[10];

    /* allocate array */
    for(i=0; i<10; i++){
        alloc_x_();
        store_ptrs_(&x[i]);
    }

    /* initialize array */
    for(i=0; i<10; i++){
        copy_ptrs2mod_(&x[i]);
        init_x_();
        output_result(i,x[i]);
    }

    /* deallocate the array */
    for(i=0; i<10; i++){
        copy_ptrs2mod_(&x[i]);
        dealloc_x_();
    }
}

void output_result(int entry, double* array){
    int j;
    printf("x[%2d] = [", entry);
    for (j = 0; j < 5; ++j)
    {
        if (j == 4)
        {
            printf("%3.1f",array[j]);
            continue;
        }
        printf("%3.1f, ",array[j]);
    }
    printf("]\n");
}

输出 -

x[ 0] = [1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0]
x[ 1] = [1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0]
x[ 2] = [1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0]
x[ 3] = [1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0]
x[ 4] = [1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0]
x[ 5] = [1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0]
x[ 6] = [1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0]
x[ 7] = [1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0]
x[ 8] = [1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0]
x[ 9] = [1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0]

虽然我们还没有看到这方面的任何问题，但我们有点担心我们可能（隐式地）依赖于各种标准的编译器特定实现，或者与最新标准的其他一些不兼容可能会阻止它工作。我们非常感谢任何有关此方法的 cmets 或反馈，以处理传统 Fortran 90 代码的常见问题。

Answer 1

我不会说您的代码/方法是正确的，但我会指出一件引起我最初关注的事情。你可以简单地解决这个问题。

事实上，在 C 端，你有名字修饰来给出原型

void alloc_x_();
void init_x_();
void dealloc_x_();
void store_ptrs_(double **c_x);
void copy_ptrs2mod_(double **c_x);

这表明 Fortran 过程在任何模块之外（子例程语句中没有 bind(c,name='alloc_x_') 等）。在 Fortran 2008 之前，当模块不再在活动范围内被引用时，模块变量变为未定义的规则。

在 C 执行中，alloc_x 被输入 test_mod 被引用。但是，一旦子例程完成，test_mod 就不再在任何活动范围内引用。在 Fortran 90 到 Fortran 2003 规则下，模块变量 f_x 在此时变为未定义。之后，在store_ptrs 中，c_loc(f_x) 中的引用不合规。

将save 属性添加到模块局部变量，或遵循 Fortran 2008 标准，可以解决此问题。

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话虽如此，根据 Fortran 2003 C 互操作性规则，f_x 不是c_loc 的有效参数：指针参数必须是标量。