Fortran程序中调用C++编写的动态库的问题分为两个子问题
- Fortran调用c形式函数接口
- 为c++动态库编写c形式的函数接口
下面把踩坑过程进行分享
1. C++类库编写C形式接口
1.1 c与c++的函数符号名
c标准的函数名与编译后的符号名一致（使用gcc编译的.c文件中的函数），但c++的函数名与编译后的符号名不一致（g++编译的.cpp文件中的函数）。未使c++的函数按照c标准编译，需要使用extern "C"关键字。
那么，在c++的类库中，若希望某些函数表现出于c标准相同的接口形式，那么在头文件中应按照下面格式书写。经过__cplusplus预编译指令的包装后，该头文件使其中声明的函数在c，c++的编译器中均按照c标准的函数形式表现。
// foo_and_bar.h
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
void foo(int,);
void bar(double);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
1.2 c++的类封装
在c中没有class的概念，为c++类库编写的c形式的函数接口中，不能直接使用class声明的类，那么需要为c++类声明的头文件中如下编写。
// moment.h
#ifndef MOMENT_H
#define MOMENT_H
#ifdef __cplusplus
class Moment
{
private:
int jd;
double js;
public:
Moment(int jd, double jd);
int get_jd() const;
double get_js() const;
};
#else
typedef struct Moment
Moment;
#endif
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
extern void moment_new(Moment* obj, int jd, double js);
extern int moment_get_jd(const Moment* obj);
extern double moment_get_js(const Moment* obj);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif
如此声明的Moment头文件展示出了c与c++两种形式的特性，在c++编译器中Moment类型的定义是完整的，既可以使用c++类操作使用Moment，也可以使用与c公用的函数方法接口moment_new(),moment_get_jd(),moment_get_js()。
不过在c编译器中，Moment仅是一个代号。仅可以按照moment_new(),moment_get_jd(),moment_get_js()函数的接口形式操作。因为在c编译器看来，Moment仅是一个代号，因此这三个函数中关于Moment的参数必须是指针形式参数。相关实现函数为
// moment.cpp
void moment_new(Moment* obj, int jd, double js)
{
obj= new Moment(jd, js);
}
int moment_get_jd(const Moment* obj) const
{
return obj->get_jd();
}
double moment_get_js(const Moment* obj) const
{
return obj->get_js();
}
2 Fortran调用c函数
2.1 Fortran调用函数规则
fortran编译器，如gfortran，基本相当于c编译器gcc的前端，经gfortran解析后的fortran程序最终还是按照c的逻辑编译。其中fortran的函数有一些特点：
- fortran中函数名不区分大小写
foo，Foo，FOO是相同函数 - fortran函数名对应的c函数名后面加下划线，即在fortran中调用了函数
foo()，相当于在c中调用函数foo_() - fortran函数的参数均是按指针传递，即在fortran中调用函数
foo(INTEGER*4, REAL*8)相当于在c中调用函数foo_(int*, double*)
2.2 将c++类库写作Fortran可调用形式
以上述Moment类，调整其中的c部分接口函数形式
// moment.h
#ifndef MOMENT_H
#define MOMENT_H
#ifdef __cplusplus
class Moment
{
private:
int jd;
double js;
public:
Moment(int jd, double jd);
int get_jd() const;
double get_js() const;
};
#else
typedef struct Moment
Moment;
#endif
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
extern void moment_new_(Moment** obj, int* jd, double* js);
extern int moment_get_jd_(const Moment** obj);
extern double moment_get_js_(const Moment** obj);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif
主要的变化是，c形式接口函数moment_new(),moment_get_jd(),moment_get_js()中所有参数增加一级直至，关于Moment的参数修改为二级指针，即指针的指针，int与double修改为int*与double*；此外为每个函数名后增加下划线_。对应的实现为
// moment.cpp
void moment_new_(Moment** obj, int* jd, double* js)
{
*obj= new Moment(*jd, *js);
}
int moment_get_jd_(const Moment** obj) const
{
return *obj->get_jd();
}
double moment_get_js_(const Moment** obj) const
{
return *obj->get_js();
}
2.3 Fortran调用c接口形式的c++类库
有如下要点：
-
type(c_ptr) :: foo声明相当于c语言中声明foo的类型为void * - 使用
type(c_ptr)需要use iso_c_binding语句 - 调用c接口外部函数，需要用
external关键字声明 - 若要使用
moment_get_jd()与moment_get_js()函数返回值，必须先声明
program main
use iso_c_binding
implicit none
type(c_ptr) :: foo
external moment_new
integer(4) moment_get_jd
external moment_get_jd
real(8) moment_get_js
external moment_get_js
integer(4) jd
real(8) js
call moment_new(foo, 1, 2d0)
jd = moment_get_jd(foo)
js = moment_get_js(foo)
write(*,*) jd, js
end
以Fortran的call moment_new(foo, 1, 2d0)语句为例，其中foo为void*格式，1与2d0分别为INTEGER*4与REAL*8的常量，那么该语句的调用相当于调用c函数moment_new_(void**, int*, double*)，与我们为Moment类编写的接口函数extern void moment_new_(Moment** obj, int* jd, double* js)匹配。
3 平台兼容性至动态库加载失败
通常，动态库Windows下的.dllLinux下的.so文件找不到，加载失败是因为动态库路径设置错误导致。一、编译阶段，动态库路径直接使用-L{dynamic_library_path}，-l{dynamic_library_name}两个选项指定；二、进程加载与运行阶段，动态库由链接器搜索寻找，Linux下可以设置环境变量LD_LIBRARY_PATH指定，Windows下可以将动态库至于exe文件相同文件夹下。
若c++类库与fortran编译器的平台版本不同，也会导致动态库文件找不到、加载失败问题。例如，新编写的c++类库使用的的64-bit编译组件编译的.dll文件，而fortran使用的是 32-bit的gfortran，那么在fortran编译时则找不到动态库文件，更进一步，找不到的是32-bit的C++动态库
