如何将C ++中的2D数组传递给Fortran子例程？

Question

我正在编写一个小型的C ++程序，它将一个二维数组（复数）传递给一个Fortran子程序，然后将它接收回来填充值。 我写了一个通过并接收一维数组的版本，这很有效。 2-D版本不起作用（我的真正目标是编写具有大尺寸的4-D版本 - 因此必须动态分配这些数组）。

我将发布我的工作代码和非工作代码，但首先请注意我被迫使用结构（简单的，只包含两个双精度），因为Fortran似乎以与其自身的原始复数完全相同的方式解释它们。 这就是我的1-D版本有效的原因。 出于同样的原因，我不认为这是一个“复杂数字”的问题。

这是我的工作代码。 将一维复数数组传递给Fortran子程序：

Fortran子程序：

subroutine carray(A)
complex*16 A(2)

A(1) = cmplx(3,7)
A(2) = cmplx(9,5)

return
end

C ++代码：

include <iostream>
include <complex>
using namespace std;

struct cpx{double r, i;};

extern"C"
{
   void carray_(struct cpx* A);
}

int main()
{
   struct cpx* A;
   A = new struct cpx [2];

   carray_(A);

   complex<double>* P;
   P = new complex<double> [2];

   for(x = 0; x < 2; x++)
   {
      real(P[x] = A[x].r;
      imag(P[x] = A[x].i;
   }

   cout << real(P[0]) << "\t" << imag(P[0]) << "\n";
   cout << real(P[1]) << "\t" << imag(P[1]) << "\n";

   return 0;
}

使用以下命令进行编译无需投诉：

gfortran -c CarrayF.f
g++ -c CarrayC.cc
g++ -o Carray CarrayC.o CarrayF.o -lgfortran

因此，只要我将（本机）Fortran复数视为两个双精度的结构，我就可以将它们放入（非本机）C ++复杂类型中。 Fortran子程序似乎非常高兴收到一个指向它需要一个数组的指针。 到现在为止还挺好。

这是我传递2D数组的非工作尝试：

Fortran代码：

subroutine carray(A)
complex*16 A(2,2)

A(1,1) = cmplx(3,7)
A(1,2) = cmplx(9,5)
A(2,1) = cmplx(2,3)
A(2,2) = cmplx(4,9)

return
end

C ++代码：

include <iostream>
include <complex>
using namespace std;

struct cpx{double r, i;};

extern"C"
{
   void carray_(struct cpx** A);
}

int main()
{
   struct cpx** A;
   A = new struct cpx* [2];
   for(int x = 0; x < 2; x++)
   {
      A[x] = new struct cpx [2];
   }

   carray_(A);

   complex<double>** P;
   P = new complex<double>* [2];
   for(int x = 0; x < 2; x++)
   {
      P[x] = new complex<double> [2];
   }

   for(x = 0; x < 2; x++)
   {
      for(int y = 0; y < 2; y++)
      {
         real(P[x][y] = A[x][y].r;
         imag(P[x][y] = A[x][y].i;
      }
   }

   cout << real(P[0][0]) << "\t" << imag(P[0][0]) << "\n";
   cout << real(P[0][1]) << "\t" << imag(P[0][1]) << "\n";
   cout << real(P[1][0]) << "\t" << imag(P[1][0]) << "\n";
   cout << real(P[1][1]) << "\t" << imag(P[1][1]) << "\n";

   return 0;
}

这实际上编译没有抱怨（与1-D版本相同的编译过程），但运行可执行文件会产生立即的分段错误。 由于一起使用两种语言的头痛，调试器没有帮助。

我在某个地方犯了一个小错误吗？ 我似乎没有超出任何数组范围。 Fortran子程序很高兴收到一个指针，但显然它不知道如何处理指针指针。 通常，Fortran只会处理数组名称，即使是多维数组，但我需要了解Fortran如何处理2D数组。

Answer 1

在这个时代这样做的方法是使用ISO C绑定。 正式这是Fortran 2003的一部分，但得到了Fortran编译器的广泛支持，包括gfortran。 它甚至包括复杂类型的互操作性！ 请参阅“内部模块”一章的“ISO_C_Binding”一节中的gfortran手册中的类型列表。 另外，“混合语言编程”一章中有几个例子。 在C ++方面，使用extern C来调用例程，以便在没有名称修改的情况下使用C调用约定。 在Fortran端，使用ISO C绑定。 然后，您将在语言级别具有兼容性，而不必对编译器的工作方式进行假设。

Answer 2

Fortran中的多维数组作为平面列主要数组存储在内存中。 它们不是指针的指针 - 它们实际上只是一维数组，你必须做一些额外的算术来计算数组索引。

从C ++传递数组的正确方法是这样的：

extern "C" void carray_(struct cpx *A);
...
struct cpx A[2*2];
carray_(A);

complex<double> P[2][2];
for(int i = 0; i < 2; i++)
{
    for(int j = 0; j < 2; j++)
    {
        // note order of indicies: A is column-major
        P[i][j] = std::complex<double>(A[j*2 + i].r, A[j*2 + i].i);
    }
}

Answer 3

新建议

c ++中的二维数组不是 - 我重复不是 - 与指针{*}的指针相同！

当你这样做

struct cpx** A;

你正在建立一个所谓的“参差不齐的阵列”，而这个阵列没有相应的堡垒。 你想要的东西

struct cpx *A[2][2] = new struct cpx[2][2];

这是指向行2长的二维数组的指针。

{*}是的，您可以使用二维数组表示法访问指向指针的结构，但它们在内存中的布局不同。 :: grumble ::告诉其他人阵列和指针在c中是同一个东西需要遇到Big Foam Clue Bat的人。

• 二维数组是<row-dimension>*<column-dimension>*sizeof(<type>)的单个分配。 它的名称衰减为指向类型的指针。
• 一个不规则的数组是1+分配。 一个是<column-dimension<*sizeof(<type>*) ，另一个是<row-dimension>*sizeof(<type>) 。

旧的，正确的，但不适用的建议

这里要注意的是c ++和fortran相信数组在内存中的存储方式不同 。

C ++认为a[1][1]之后的记忆位置是a[1][2] ，而fortran认为是a[2][1] 。 区别在于行主要（c，c ++等）和列主要（fortran，matlab，其他几个）。

请注意，默认情况下，这与fortran索引数组分开。