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如何在Python中调用Fortran代码：一份详细的技术指南
引言
Fortran，作为科学计算和工程仿真领域的老牌编程语言，拥有极高的性能和成熟的库支持。Python，以其简洁的语法和丰富的库，成为数据科学和机器学习领域的新宠。将两者结合使用，可以充分利用各自的优势。本文将介绍几种在Python中调用Fortran代码的方法，帮助你高效地进行高性能计算。
使用f2py
f2py是一个强大的工具，它可以让你将Fortran代码编译成Python可以导入的模块。它支持Fortran 77、90、95以及现代Fortran语言。
安装f2py
f2py通常作为NumPy包的一部分安装，如果你已经安装了NumPy，那么f2py应该已经就绪。如果没有，你可以通过以下命令安装：
pip install numpy
编译Fortran代码
假设你有一段Fortran代码myfortranfile.f90，你可以使用f2py将其编译为Python模块：
f2py -c -m mymodule myfortranfile.f90
在Python中调用
编译完成后，你可以在Python脚本中直接导入并使用：
import mymodule
result = mymodule.myfunction(args)
使用ctypes调用共享库
如果你更倾向于将Fortran代码编译为共享库，可以使用Python的ctypes库来加载并调用库中的函数。
编译Fortran代码为共享库
首先，你需要将Fortran代码编译为共享库。例如，使用gfortran编译器：
gfortran -shared -fPIC -o libadd.so add.f90
在Python中调用
然后，使用ctypes加载并调用共享库：
import ctypeslib = ctypes.CDLL('path_to_library.so')
lib.myfunction.restype = ctypes.c_int
result = lib.myfunction(arg1, arg2)
使用CFFI调用共享库
CFFI是另一种可以在Python中调用C代码的方式，它也可以用来调用Fortran代码。CFFI提供了更接近于C的API。
安装CFFI
你可以通过pip安装CFFI：
pip install cffi
使用CFFI调用
使用CFFI调用Fortran共享库的代码示例：
from cffi import FFI
ffi = FFI()# 定义函数原型
ffi.cdef("""
int myfunction(int, int);
""")# 加载共享库
lib = ffi.dlopen('path_to_library.so')# 调用函数
result = lib.myfunction(1, 2)
使用os模块调用Fortran程序
如果Fortran代码是一个可以独立运行的程序，你可以使用Python的os模块来调用系统的命令行并执行它：
import os
os.system('path_to_fortran_executable')
使用Forpy
Forpy是一个库，它允许你在Fortran中嵌入Python代码，同时也支持在Python中调用Fortran模块。
安装Forpy
你可以通过pip安装Forpy：
pip install forpy
在Fortran中使用Python
Forpy让你能够在Fortran代码中直接使用Python的数据结构和库。这为Fortran和Python之间的互操作提供了极大的灵活性。
结论
本文介绍了几种在Python中调用Fortran代码的方法，包括使用f2py、ctypes、CFFI和os模块，以及Forpy库。选择哪种方法取决于你的具体需求，例如代码的复杂性、性能要求以及你更熟悉的语言。对于大多数科学计算任务，f2py是最常用和推荐的方法。通过这些方法，你可以将Fortran的高性能计算能力与Python的易用性和丰富的库资源结合起来，提高开发效率和程序性能。
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