如何在 C 中访问（动态分配的）Fortran 数组

我的主要问题是为什么数组会做如此奇怪的事情，以及是否有任何方法可以以“干净”的方式执行以下操作。

我目前有一个C程序foo.c连接 Fortran 程序bar.f90 via dlopen/dlsym，大致如下面的代码所示：

foo.c:

#include <dlfcn.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
int i, k = 4;
double arr[k];
char * e;

void * bar = dlopen("Code/Test/bar.so", RTLD_NOW | RTLD_LOCAL);

void (*allocArray)(int*);
*(void **)(&allocArray) = dlsym(bar, "__bar_MOD_allocarray");
void (*fillArray)(double*);
*(void **)(&fillArray) = dlsym(bar, "__bar_MOD_fillarray");
void (*printArray)(void);
*(void **)(&printArray) = dlsym(bar, "__bar_MOD_printarray");
double *a = (double*)dlsym(bar, "__bar_MOD_a");

for(i = 0; i < k; i++)
    arr[i] = i * 3.14;

(*allocArray)(&k);
(*fillArray)(arr);
(*printArray)();
for(i = 0; i < 4; i++)
    printf("%f ", a[i]);
printf("\n");

return 0;
}

bar.f90:

module bar

integer, parameter :: pa = selected_real_kind(15, 307)
real(pa), dimension(:), allocatable :: a
integer :: as

contains

subroutine allocArray(asize)
    integer, intent(in) :: asize

    as = asize
    allocate(a(asize))

    return
end subroutine

subroutine fillArray(values)
    real(pa), dimension(as), intent(in) :: values

    a = values
    return
end subroutine

subroutine printArray()
    write(*,*) a
    return
end subroutine

end module

运行主要收益率

0.0000000000000000        3.1400000000000001        6.2800000000000002        9.4199999999999999     
0.000000 -nan 0.000000 0.000000 

这表明 Fortran 正确分配了数组，甚至正确存储了给定值，但无法再通过 dlsym 访问它们（处理该数据会导致段错误）。我也尝试过对固定大小的数组进行此操作 - 结果保持不变。

有谁知道这种行为的原因？我个人预计事情要么是双向的，要么根本不工作——这个“Fortran 接受 C 数组，但反之亦然”让我想知道我以这种方式从 C 访问数组时是否犯了一些基本错误。

另一个（也是更重要的）问题是，如何“以正确的方式”进行这样的数组访问。目前我什至不确定坚持使用“Fortran as .so”接口是否是一个好方法 - 我认为在这种情况下也可以尝试混合编程。尽管如此，数组问题仍然存在 - 我读到可以使用 ISO C 绑定以某种方式解决这个问题，但我还不知道如何解决（我还没有大量使用 Fortran，尤其是没有使用所述绑定） ，因此我们将不胜感激有关此问题的帮助。

Edit:

好的，所以我详细阅读了 ISO C 绑定，发现了一个非常有用的方法here https://stackoverflow.com/questions/9677972/how-to-allocate-an-array-inside-fortran-routine-called-from-c. Using C_LOC我可以获得指向我的 Fortran 结构的 C 指针。不幸的是，指向数组的指针似乎是指向指针的指针，需要在 C 代码中取消引用，然后才能将其视为 C 数组 - 或类似的东西。

Edit:

现在我的程序按照 Vladimir F 指出的方式使用 C 绑定来工作，至少在大部分情况下是这样。 C 文件和 Fortran 文件现在链接在一起，因此我可以避免使用 libdl 接口，至少对于 Fortran 部分 - 我仍然需要加载动态 C 库，获取指向其中符号之一的函数指针并传递该指针作为指向 Fortran 的函数指针，Fortran 随后调用该函数作为其计算的一部分。正如所述函数需要 double*s [arrays]，我无法设法使用 C_LOC 传递我的 Fortran 数组，奇怪的是 - 两者都没有C_LOC(array) nor C_LOC(array(1))将正确的指针传递回 C 函数。array(1)不过还是成功了。遗憾的是，这不是“最干净”的方法。如果有人提示我如何使用C_LOC功能，那就太好了。尽管如此，我接受弗拉基米尔 F 的回答，因为我认为这是更安全的解决方案。

许多 Fortran 编译器在内部使用称为数组描述符的结构 - 保存数组形状的结构（即每个维度的大小和范围以及指向实际数据的指针）。它允许实现诸如假定形状数组参数、数组指针和可分配数组之类的东西。您通过以下方式访问的内容__bar_MOD_a符号是可分配数组的描述符，而不是其数据。

数组描述符是特定于编译器的，依赖于特定描述符格式的代码不可移植。描述符示例：

• GNU Fortran语言 http://gcc.gnu.org/wiki/ArrayDescriptorUpdate
• 英特尔Fortran http://software.intel.com/sites/products/documentation/hpc/composerxe/en-us/2011Update/fortran/lin/bldaps_for/common/bldaps_hndl_arrdesc.htm

请注意，即使这些也是特定于这些编译器的某些版本的。例如，Intel 声明其当前的描述符格式与 Intel Fortran 7.0 中使用的格式不兼容。

如果您查看这两个描述符，您会发现它们在很大程度上相似，并且第一个元素是指向数组数据的指针。因此您可以使用轻松读取数据double **代替double *:

double **a_descr = (double**)dlsym(bar, "__bar_MOD_a");
...
for(i = 0; i < 4; i++)
    printf("%f ", (*a_descr)[i]);

再说一遍，这是不可移植的，因为这些描述符的格式将来可能会发生变化（尽管我怀疑数据指针是否会移动到描述符开头以外的其他位置）。有一个规范草案试图统一所有描述符格式，但尚不清楚不同编译器供应商将如何以及何时采用它。

Edit:以下是如何使用访问器函数，该函数使用C_LOC()来自ISO_C_BINDING模块可移植地获取指向可分配数组的指针：

Fortran 代码：

module bar
  use iso_c_binding
  ...
  ! Note that the array should be a pointer target
  real(pa), dimension(:), allocatable, target :: a
  ...
contains
  ...

  function getArrayPtr() result(cptr)
    type(c_ptr) :: cptr

    cptr = c_loc(a)
  end function

end module

C code:

...
void * (*getArrayPtr)(void);
*(void **)(&getArrayPtr) = dlsym(bar, "__bar_MOD_getarrayptr");
...
double *a = (*getArrayPtr)();
for(i = 0; i < 4; i++)
    printf("%f ", a[i]);
...

Result:

$ ./prog.x
   0.0000000000000000        3.1400000000000001        6.2800000000000002
 9.4199999999999999
0.000000 3.140000 6.280000 9.420000