gfortran：将逻辑参数从 C 传递给 Fortran 函数

Question

在调用采用 logical 参数的 Fortran 函数时，我应该在 C 中使用什么参数类型，特别是使用 gfortran？这在哪里记录了 gfortran？

这是一个没有警告就无法编译的示例程序：

one.f的内容：

      subroutine proc1(x)
      logical x
      end

main.c的内容：

void proc1_(_Bool *x);

int main() {
    _Bool x;

    proc1_(&x);

    return 0;
}

如果我使用 GCC 编译如下，并启用 LTO，我会收到有关函数原型不匹配的警告：

gfortran -flto -c one.f
gcc -flto -c main.c
gcc -flto main.o one.o

我收到的警告：

main.c:2:6: warning: type of 'proc1_' does not match original declaration [-Wlto-type-mismatch]
    2 | void proc1_(_Bool *x);
      |      ^
one.f:2:22: note: 'proc1' was previously declared here
    2 |       subroutine proc1(x)
      |                      ^
one.f:2:22: note: code may be misoptimized unless '-fno-strict-aliasing' is used

请注意，启用 LTO 允许链接器验证原型之间的参数类型是否匹配。不幸的是，使用 LTO 不是我们的选择。 CRAN 要求在启用 LTO 的情况下编译提交的代码而不会出现这些警告。

我只在尝试使用 logical 参数时看到问题。 real、integer 和 character 都可以。

可以要求 gfortran 生成 C 原型，这是它给我的输出：

gfortran -flto -fc-prototypes-external -c one.f

void proc1_ (int_fast32_t *x);

在 C 原型中使用 int_fast32_t 也不起作用。我试过的类型都没有，int 和 _Bool 都没有。通常，当原型之间存在类型不匹配时，错误消息会提及类型应该是什么——但在这种情况下不是。

我怎样才能找到要使用的正确类型？

Answer 1

为了实现真正的现代 C-Fortran 互操作性，您应该使用 iso_c_binding 模块提供的类型（种类）并制作您的 Fortran 过程 bind(c)。这样你就可以使用logical(c_bool)。

在旧样式中，最好的方法是使用整数并传递 int 并且仅在 Fortran 内部从 integer 到 logical 更正。老C没有bool，后来加的。

改动很小：

      subroutine proc1(x)
      use iso_c_binding
      logical(c_bool) x
      end

#include <stdbool.h>
void proc1_(bool *x);

int main() {
    bool x;

    proc1_(&x);

    return 0;
}

> gfortran -flto -c one.f
> gcc -flto -c main.c
> gcc -flto main.o one.o

在我的 Linux 和 GCC 7 和 10 上不发出警告。

或在进一步更改后：

      subroutine proc1(x) bind(C, name="proc1")
      use iso_c_binding
      logical(c_bool), value :: x
      end

#include <stdbool.h>
void proc1(bool x);

int main() {
    bool x;

    proc1(x);

    return 0;
}

当然只有当它确实只是一个输入参数时才会更改为pass-by-value。

Answer 2

正如 Vladimir F 的回答中所解释的那样，正确且保证可移植的解决方案是创建一个使用 ISO_C_BINDING 的 Fortran 包装例程。这个包装器还可以借此机会制作更惯用的 C 接口，例如使用 value 说明符按值传递标量。

但是，对于在没有 LTO 的情况下在 GFortran 上运行的快速而肮脏的解决方案（并且在其他编译器上很可能，但不能保证），请参阅 https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gfortran/Internal-representation-of-LOGICAL-variables.html#Internal-representation-of-LOGICAL-variables 。也就是说，您可以传递一个适当大小的 C 整数变量，其中包含1 为真，0 为假。此处适当的大小意味着除非您使用 -fdefault-integer-8 或此类编译选项编译了 Fortran 代码，否则 GFortran 默认类型逻辑将为 4 个字节，因此纯 C int 应该是好的（或者 int32_t 如果你真的想要可以肯定的是，尽管我认为 GFortran 不支持 C int 不是 32 位的任何目标）。

这不适用于 LTO 的原因是，虽然上述方法有效，但在 GCC 的内部，Fortran LOGICAL 变量几乎与整数相同，但并不完全相同。因此在实践中，它们是具有最大值 1 和最小值 0 的特殊整数变量，即使它们占用更多空间（由它们的 kind 参数指定）。所以这种类型不匹配很可能就是它所抱怨的。不幸的是，除了上述通过 ISO_C_BINDING 的正确解决方案之外，没有解决方案。