調用 Fortran 函數從 C++ 返回 KIND=10 復數值

Question

我有一堆舊的 F77 源代碼（通常使用gfortran -std=legacy在x86_64上編譯）。 它包含相當多的形式功能：

      double complex function f(x, y, i)
      double precision x, y
      integer i
      f = cmplx(x, y) * i
      return
      end

我需要從一些 C++ 代碼（通常在帶有g++的x86_64上編譯）調用這些函數。

1. 它適用於默認 Fortran KIND=8 ：

    extern "C" { std::complex<double> f_(double *x, double *y, int *i); }

2. 當我使用-freal-8-real-4選項強制執行默認的 Fortran KIND=4時，它可以工作：

    extern "C" { std::complex<float> f_(float *x, float *y, int *i); }

3. 當我使用-freal-8-real-16選項（以及 C++ #include <quadmath.h> ）強制執行默認的 Fortran KIND=16時，它可以工作：

    extern "C" { __complex128 f_(__float128 *x, __float128 *y, int *i); }

   令我驚訝的是，在這種情況下，它似乎也可以使用（返回值在*z中）：

    extern "C" { void f_(__complex128 *z, __float128 *x, __float128 *y, int *i); }

   上面這兩個原型中哪一個是（更多？）正確的？

4. 我的問題是我無法使用-freal-8-real-10選項使其與我想要的默認 Fortran KIND=10一起工作。 在 Fortran 內部，返回值的kind 、 precision 、 range和sizeof直接對應於 C++ long double 。 所以，我嘗試了：

    extern "C" { std::complex<long double> f_(long double *x, long double *y, int *i); } extern "C" { void f_(std::complex<long double> *z, long double *x, long double *y, int *i); } extern "C" { void f_(long double *x, long double *y, int *i, std::complex<long double> *z); }

   但我根本無法讓它工作。

   也許我需要在gfortran和/或g++調用中添加一些特殊標志，以便讓 C++ 檢索 Fortran KIND=10復雜值？ 注意：我認為我不能使用-ff2c 。

更新（2020.08.04） ：我已經能夠欺騙 C++ 編譯器，因此它似乎可以為任何 Fortran KIND=4,8,10生成正確的代碼。 訣竅是在 C++ 中使用 ISO C99 _Complex （注意：此技巧僅適用於KIND=10 ，但它實際上也適用於KIND=4,8 ）：

#include <complex.h>
#define C99KIND long double /* it can be "float", "double" or "long double" */
extern "C" { C99KIND _Complex f_(C99KIND *x, C99KIND *y, int *i); }

請注意，在 C++ 中，您不能使用例如long double complex ，但幸運的是long double _Complex仍然可以。

C++ 中 ISO C99 _Complex的可用性相當有限。 例如，使用-std=c++11 （或更新版本），即使是最基本的creal*和cimag*函數也會消失。

所以，最好的辦法是立即將返回的值復制到一些標准的 C++ 模板復數變量中，例如使用類似的東西（注意： f_返回C99KIND _Complex ）：

std::complex<C99KIND> z = f_(&x, &y, &i);

Answer 1

如果您想正確地完成這項工作，那么請學習如何實際使用 Fortran 的種類類型參數並將您的 Fortran 代碼正確移植到REAL(10) 。 是的，我知道10不便攜； 然而，我們正在討論一個特定的 Fortran 處理器。

考慮，

function f(x, y, i) result(r) bind(c, name='f')
  use iso_c_binding, only : ep => c_long_double
  implicit none
  complex(ep) r
  real(ep), intent(in), value :: x, y
  integer, intent(in), value :: i
  r = cmplx(x, y, ep) * i
end function f

而且，因為我不做 C++ 但你應該能夠根據你的需要更新 C

#include <complex.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

long double complex f(long double, long double, int);

int
main(void)
{
  int i;
  long double x, y;
  long double complex z;

  i = 42;
  x = 1;
  y = 2;
  printf("%.10Lf %.10Lf\n", x, y);

  z = f(x, y, i);
  x = creall(z);
  y = cimagl(z);
  printf("%.10Lf %.10Lf\n", x, y);
  return 0;
}

% gfortran -c a.f90
% gcc -o z b.c a.o -lm
% ./z
1.0000000000 2.0000000000
42.0000000000 84.0000000000

OP 表示，他/她的 Fortran 代碼的正確端口不會打擾他，因此，必須使用編譯器選項來神奇地（是的，這很神奇）來完成端口。 這是一個例子

% cat a.f90
double complex function f(x, y, i)
  implicit none
  double precision :: x, y
  integer i
  f = cmplx(x, y) * i   ! cmplx my not do what you expect
end function f

% cat b.c
#include <complex.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

long double complex f_(long double *, long double *, int *);

int
main(void)
{
  int i;
  long double x, y;
  long double complex z;

  i = 42;
  x = 1;
  y = 2;
  printf("%.10Lf %.10Lf\n", x, y);

  z = f_(&x, &y, &i);
  x = creall(z);
  y = cimagl(z);
  printf("%.10Lf %.10Lf\n", x, y);
  return 0;
}

% gfcx -c -freal-8-real-10 a.f90
% gcc -o z b.c a.o -lm
% ./z
1.0000000000 2.0000000000
42.0000000000 84.0000000000

也可能是 go 三連擊。 這是 go 的 C++ 代碼和上面第二個示例中的文件 a.f90。

#include <iostream>
#include <complex>
#include <cmath>

extern "C" { std::complex<long double> f_(long double *, long double *, int *); }

int main()
{
  std::complex<long double> z;
  long double x, y;
  int i;

  i = 42;
  x = 1;
  y = 2;
  z = f_(&x, &y, &i);

  std::cout << z << '\n';
 }