混合编程 - 包括 Fortran 的 C++ 头文件答案

【问题标题】：Mixed programming - Including C++ header to Fortran混合编程 - 包括 Fortran 的 C++ 头文件
【发布时间】：2018-07-10 13:35:57
【问题描述】：

我正在尝试在我用 Fortran 编写的程序中使用用 C++ 编写的库中的函数。 C++ 库汇总在一个头文件中，因此如果您想在另一个 C++ 程序中使用它，您只需执行 #include functions.h 我想了解如何在 Fortran 中执行类似操作。

根据我的研究，我创建了这个最小的可行示例：

clib/functions.h:

#ifndef ADD_H
#define ADD_H
extern "C"
{
int __stdcall add(int x, int y);
} 
#endif

clib/functions.cpp:

extern "C"
{
int __stdcall add(int x, int y)
{
    return x + y;
}
}

cinclude.c

#include "clib/functions.h"

cinterface.f95：

module cinterface
  use,intrinsic::ISO_C_BINDING
  integer(C_INT)::a,b
  interface
    integer(C_INT) function add(a,b) bind(C,name="add")
      use,intrinsic::ISO_C_BINDING
      implicit none
!GCC$ ATTRIBUTES STDCALL :: add
!DEC$ ATTRIBUTES STDCALL :: add
      integer(C_INT), value ::a,b
    end function add
  end interface
end module cinterface

main.f90

 program main
   use cinterface      
   implicit none
   integer :: c
   c = add(1,2)
   write(*,*) c
 end program

制作文件：

FC = gfortran
CC = g++
LD = gfortran
FFLAGS = -c -O2
CFLAGS = -c -O2
OBJ=main.o 
DEP = \
    cinterface.o cinclude.o

.SUFFIXES: .f90 .f95 .c .o
# default rule to make .o files from .f files
.f90.o  : ;       $(FC) $(FFLAGS) $*.f90 -o $*.o
.f95.o  : ;       $(FC) $(FFLAGS) $*.f95 -o $*.o
.c.o  : ;       $(CC) $(CFLAGS) $*.c -o $*.o
%.o: %.mod
#
main.ex: ${DEP} ${OBJ}
    $(LD)  ${DEP}  ${OBJ} -o prog.exe
#

当我尝试使用 Cygwin 制作这个项目时，出现以下错误：

main.o:main.f90:(.text+0x13): undefined reference to `add'
main.o:main.f90:(.text+0x13): relocation truncated to fit: R_X86_64_PC32 against undefined symbol `add'
collect2: error: ld returned 1 exit status
make: *** [makefile:19: main.ex] Error 1

如何使 add 函数在 Fortran 中工作？

【问题讨论】：

在链接时，您还需要在函数中包含 C++ 对象。您可能指的是那个对象而不是cinclude.o？ [可能需要更多，但如果您尝试将其添加到链接中，我们可能会为您提供更多帮助。]
@francescalus 很抱歉，您的意思是将clib\functions.h 添加到makefile 中或从clib\functions.cpp 那里添加functions.o？因为在原始问题中添加从源文件创建的所有对象字段是不可能的（或至少不实用）
是的，编译后的 C++ 代码必须在链接时可用（无论是在可执行对象中还是在某些动态方式中）。 Fortran 接口块只是说“我保证存在一个看起来像这样的符号” - 你仍然需要提供它，这就是 C++ 对象。
@francescalus 有没有办法直接从 C++ 标头向 Fortran 提供有关这些“承诺符号”的信息？
如此编辑。我还需要编辑functions.c 让它飞起来。现在它可以正确编译、链接和运行了。

标签： c++ fortran fortran-iso-c-binding

【解决方案1】：

你是大部分的路。要完成这项工作，您需要解决两件事：链接和参数传递约定。

联动

正如 francescalus 所指出的，Fortran 编译器不理解如何解析 C/C++ 头文件。所以你的 functions.h 和 cinclude.c 文件在这个例子中没有任何用处。

不过，不要扔掉你的functions.h。在其中您将添加函数声明为：

extern "C"
{
    int __stdcall add(int x, int y);
}

extern "C" 是重要的部分。这告诉 g++ 以下代码块中的符号不受所有 C++ name mangling 的约束。您需要围绕 functions.cpp 中的 add 定义进行相同的操作。

extern "C"
{
    int add(int x, int y)
    {
        return x + y;
    }
}

完成后，您只需要链接functions.o、cinterface.o/mod 和main.o。

参数传递约定

add 的声明方式是，参数x 和y 按值传递给函数。这是 C/C++ 函数参数的默认行为。另一方面，Fortran 默认通过引用将参数传递给函数/子例程。在 C++ 中，这看起来像 int add(int* x, int* y)。有两种方法可以解决这个问题。

第一个选项是使用参数的整数指针重新定义 add 函数，并在函数内取消引用它们。

extern "C"
{
    int add(int* x, int* y)
    {
        return *x + *y;
    }
}

第二个选项（恕我直言，首选选项）是声明 Fortran 接口以按值传递参数。它们没有在add 函数中被修改……为什么要通过引用传递它们？如果您选择此选项，那么您的 cinterface.f95 将需要包含以下 add 声明：

integer(C_INT) function add(a,b) bind(C,name="add")
    use,intrinsic::ISO_C_BINDING
    implicit none
    integer(C_INT),value::a,b
end function add

注意变量a 和b 上的附加value 修饰。无论您使用哪个选项，如果在我的机器上没有它，我会打印出 8393540 作为add 函数调用的结果。在解决了参数传递约定后，我按预期打印了 3。

【讨论】：

感谢您的回答。但是，这并不能解决应该从 Fortran 使用的 c++ 库的一般问题。我不明白上述库的.cpp 文件的结构。因此我无法将它们一一链接
您的问题是“如何使 Fortran 中的 add 函数工作？”我希望你在这个答案中至少找到了一些价值。

【解决方案2】：

构建系统可以显着简化这一过程（尽管以引入复杂的构建系统为代价）。假设您问题中的目录布局（尽管没有cinclude.c，因为我看不出它有什么用途）

$ tree
.
├── cinterface.f90
├── clib
│   ├── CMakeLists.txt
│   ├── functions.cpp
│   └── functions.h
├── CMakeLists.txt
└── main.f90

cmake文件的内容是

$ cat CMakeLists.txt 
cmake_minimum_required(VERSION 3.9)

project(cpp-add LANGUAGES C CXX Fortran)

add_subdirectory(clib)

add_executable(glue cinterface.f90 main.f90)
target_link_libraries(glue PUBLIC cpp-clib)

和

$ cat clib/CMakeLists.txt 
add_library(cpp-clib functions.cpp)

然后可以以通常的方式配置和构建项目：

$ cmake -H. -Bbuild && cmake --build build

执行：

$ build/glue
           3

【讨论】：

【解决方案3】：

我遇到了同样的问题，你能告诉我们 g++ 编译行吗？

我的问题是因为我的 make 文件没有在 .exe 的编译中正确包含适当的 .o 文件

即我有类似的东西

Test: Test.cpp dependancy.o 
      g++ Test.cpp -o test.exe

我得到了和你一样的错误。

我通过确保在编译行上实际使用了 .o 来解决它。

Test: Test.cpp dependancy.o 
      g++ dependancy.o Test.cpp -o test.exe

我建议这样做是因为“未定义符号”错误通常意味着编译器实际上并不知道代码在哪里用于调用 add 函数。

【讨论】：