Question

如何使用ctypes将数组从Fortran返回到Python？

作为一个例子，我将一个数组（长度为5）从Python传递给Fortran。使用相同的值创建输出数组。然后，它被传递回Python。在Fortran中，值是正确的，但在被发送回Python后，它们不是。我的设置怎么样不允许阵列正确传递？

我的Fortran代码（例如，test.f）包含以下内容：

SUBROUTINE mySub(inArray, lenInOut, outArray) BIND(C)

USE ISO_C_BINDING
IMPLICIT NONE

INTEGER(C_INT), INTENT(IN), VALUE :: lenInOut
REAL(C_DOUBLE), DIMENSION(lenInOut), INTENT(IN) :: inArray
REAL(C_DOUBLE), DIMENSION(lenInOut), INTENT(OUT) :: outArray

print *, "outArray from within Fortran"
do i = 1, lenInOut
  outArray(i) = inArray(i)
  print *, outArray(i)
end do
return
end subroutine mySub

这是编译为.so：

ifort -g -O0 -fpic -traceback -c -o "test.o" "../test.f"
ifort -shared -o "mylib.so"  ./test.o

Python代码如下：

from ctypes import *

mylib = CDLL('mylib.so')

ArrayType = c_double*5
IntType = c_int
input1 = ArrayType(1.1,2.2,3.3,4.4,5.5)
input2 = IntType(5)
inputoutput = ArrayType(0,0,0,0,0)              

mylib.mySub.argtypes = [ArrayType,IntType,ArrayType]
mylib.mySub.restype =  ArrayType

output = mylib.mySub(input1,input2,inputoutput)

print '------------------------------------------------------'  
print 'output within Python'
print output
a = [0,1,2,3,4]
for ii in a: print output[ii]

输出结果如下：

#outArray from within Fortran
#1.10000000000000     
#2.20000000000000     
#3.30000000000000     
#4.40000000000000     
#5.50000000000000     
#------------------------------------------------------
#output within Python
#<__main__.c_double_Array_5 object at 0x10aa830>
#2.96439387505e-323
#6.91177308417e-310
#1.48219693752e-323
#6.91177308238e-310
#6.91177319086e-310

Answer 1

有几件事：

Fortran使用引用调用，即默认情况下传递指针。但是，通过指定VALUE，您可以切换为按值调用。这只适用于lenInOut，因此正确的argtypes

mylib.mySub.argtypes = [ POINTER(c_double), c_int, POINTER(c_double) ]

这里有子程序，而不是函数。所以你没有得到输出。相反，您的代码填充了数组outArray。永远不会触及Python代码中的数组output，并将打印未定义的值。正如@eryksun指出的那样，您可能希望显式声明这一点以避免从堆栈/返回值寄存器返回垃圾：

mylib.mySub.restype = None

此外，您虽然指定了bind(c)，但未明确指定该函数的名称。如果name属性中未指定bind，则会强制执行小写，参见Fortran 2008第15.5.2条第2款（感谢@francescalus）。要避免此问题，请提供bind(c, name='mySub')。
虽然您指定了IMPLICIT NONE，但未声明i。

进一步改进：

在子程序结束时不需要return。
由于ctypes转换器可以处理Python int值，因此您可以直接使用input2 = 5（感谢@eryksun提示）
所有ctypes缓冲区最初都归零，因此您可以简化inputoutput到inputoutput = ArrayType()的初始化（感谢@eryksun提示）

完整的代码如下所示：

test.f90：

SUBROUTINE mySub(inArray, lenInOut, outArray) BIND(C, NAME='mySub')

USE ISO_C_BINDING
IMPLICIT NONE

INTEGER(C_INT), INTENT(IN), VALUE :: lenInOut
REAL(C_DOUBLE), DIMENSION(lenInOut), INTENT(IN) :: inArray
REAL(C_DOUBLE), DIMENSION(lenInOut), INTENT(OUT) :: outArray
integer :: i 

print *, "outArray from within Fortran"
do i = 1, lenInOut
  outArray(i) = inArray(i)
  print *, outArray(i)
end do

end subroutine mySub

test.py：

from ctypes import *

mylib = CDLL('./mylib.so')
mylib.mySub.argtypes = [ POINTER(c_double), c_int, POINTER(c_double) ]
mylib.mySub.restype = None

ArrayType = c_double*5
IntType = c_int
input1 = ArrayType(1.1,2.2,3.3,4.4,5.5)
input2 = 5
inputoutput = ArrayType()              

mylib.mySub( input1, input2, inputoutput )

print '------------------------------------------------------'  
print 'output within Python'
a = [0,1,2,3,4]
for ii in a: print inputoutput[ii]

使用Ctypes从Python调用Fortran时返回数组

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