将分配给 Fortran 数组的 C_PTR 传递给 C

2024-03-22

我在访问 C 中的数组时遇到段错误,该数组在下面的 Fortran 文件中分配。有一些调试问题,例如文件写入没有写入任何有意义的内容,并且我初始化了一个变量i我从来没有用过。

但是,我发现了以下内容:

  • 未初始化i(但仍然声明):没有段错误
  • 未在 C 中打开文件:无段错误
  • 不打印HESS (not HESS_COPY) 代码中的其他地方:没有段错误
  • 声明和初始化i有一个不同的名称:segfault

有谁知道什么可能会导致这种行为?段错误本身发生在线路上ARRAY_PTR = C_LOC(HESS_COPY(1, 1))。我正在编译使用gfortran and gcc带有调试标志(无优化)。

valgrind说存在无效写入(最上面的两个文件是我在下面显示的文件):

 Invalid write of size 8
    at 0xBEEA3E: get_pointer (modsparsehess.f90:34)
    by 0xA75D7A: print_hess (sparse_hessian_c.c:108)
    by 0x866C95: quench_ (quench.f:316)
    by 0x7F2DBE: mc_ (mc.F:368)
    by 0x4B65E2: mcruns_ (mcruns.f:62)
    by 0x459245: MAIN__ (main.F:430)
    by 0x45A33F: main (main.F:21)
  Address 0x87 is not stack'd, malloc'd or (recently) free'd

C file

#include <stdio.h>

void get_pointer(double ** hessian);

void print_hess(int *arr_size) {
   // Create a pointer to handle the hessian
   double **hessian;
   int i;
   i = 0;
   get_pointer(hessian);

   printf("%8.3f", **hessian);
   // Open a file for writing
   FILE *fptr = fopen("hessian_out", "w");  
   // Print the hessian
   fprintf(fptr, "\n");
   fclose(fptr);
}

Fortran 文件

MODULE MODSPARSEHESS
USE, INTRINSIC :: ISO_C_BINDING
USE MODHESS, ONLY: HESS

INTERFACE
   SUBROUTINE PRINT_HESSIAN(DIMENSIONS) BIND(C, NAME='print_hess')
      USE, INTRINSIC :: ISO_C_BINDING
      INTEGER(C_INT) :: DIMENSIONS
   END SUBROUTINE PRINT_HESSIAN
END INTERFACE

CONTAINS

   SUBROUTINE GET_POINTER_IN_C(ARRAY_PTR) BIND(C, NAME='get_pointer')
   !  C signature: void get_pointer(double ** hessian);
      USE, INTRINSIC :: ISO_C_BINDING
      IMPLICIT NONE

   ! Arguments
      TYPE(C_PTR), INTENT(OUT)            :: ARRAY_PTR
   ! Local variables
      REAL(C_DOUBLE), DIMENSION(:,:), &
      ALLOCATABLE, TARGET                 :: HESS_COPY

   ! Copy the hessian into HESS_COPY
      IF (.NOT. ALLOCATED(HESS_COPY)) THEN
        ALLOCATE(HESS_COPY(SIZE(HESS, 1), SIZE(HESS, 2)))
      END IF
      HESS_COPY(:, :) = HESS(:, :)

   ! Now get the pointer
      ARRAY_PTR = C_LOC(HESS_COPY(1, 1))

   END SUBROUTINE GET_POINTER_IN_C
END MODULE MODSPARSEHESS

变量HESS_COPY是 Fortran 过程的本地、未保存、可分配变量GET_POINTER_IN_C.

因此,每当过程开始执行时,它总是未分配的。因此,在该过程的第一个可执行语句中测试其分配状态是多余的。

因此,在过程执行结束时,未保存的局部变量将被自动释放。因此,在过程结束时的 C_LOC 引用获得了即将停止存在的对象的地址。

然后,C 代码使用不存在的对象的地址,并且程序失败。

If the HESS_COPY变量保存在本地或保存的模块变量中,它将在过程调用之间继续存在。

(自 Fortran 2008 起,所有模块变量均已保存,如果未在活动范围中持续引用模块,则以前的语言修订版本正式要求对相关模块变量进行显式指定的 SAVE。)

(顺便说一句,从 Fortran 2003 开始​​,该语言的规则也意味着分配测试、分配语句和后续赋值可以简单地替换为单个语句HESS_COPY = HESS.)


此外,在 C 代码中,正在尝试返回不存在的指针中的信息。在原始代码中,hessian 被声明为指向指向双重的指针的指针 - 请注意两个间接级别。如果没有某种初始化,第一级间接寻址将“随机”指向内存中,然后 Fortran 代码将尝试将其结果存储在该随机位置。

作为替代方案,请考虑:

#include <stdio.h>

void get_pointer(double ** hessian);

void print_hess(int *arr_size) {
   // A pointer to double (one level of indirection).
   double *hessian;

   // Pass the address of that pointer.
   get_pointer(&hessian);

   // print the value of the double being pointed at.
   printf("%8.3f\n", *hessian);

   // print the value of the next double in the array
   // (assuming that there is more than one).
   printf("%8.3f\n", *(hessian+1));
   // (or equivalently, `hessian[1]`)
}

Vladimir F 在注释中提到的 Fortran 指针方法需要两个 Fortran 过程 - 一个类似于分配 Fortran 指针并复制数据的过程,第二个则取消分配该指针。对分配过程的每次调用都需要与对释放过程的相应调用相匹配,并传递相同的指针。大致如下:

   SUBROUTINE GET_POINTER(ARRAY_PTR) BIND(C, NAME='get_pointer')
   !  C signature: void get_pointer(double **);
      USE, INTRINSIC :: ISO_C_BINDING, ONLY: C_LOC, C_PTR, C_DOUBLE

      TYPE(C_PTR), INTENT(OUT) :: ARRAY_PTR
      REAL(C_DOUBLE), POINTER :: HESS_COPY(:,:)

      ! See also the SOURCE= specifier.
      ALLOCATE(HESS_COPY(SIZE(HESS,1), SIZE(HESS,2))
      HESS_COPY = HESS
      ARRAY_PTR = C_LOC(HESS_COPY)
   END SUBROUTINE GET_POINTER

   SUBROUTINE RELEASE_POINTER(ARRAY_PTR) BIND(C, NAME='release_pointer')
   ! C signature: void release_pointer(double*);
     USE, INTRINSIC :: ISO_C_BINDING, ONLY: C_PTR, C_F_POINTER, C_DOUBLE

     TYPE(C_PTR), INTENT(IN), VALUE :: ARRAY_PTR
     REAL(C_DOUBLE), POINTER :: HESS_COPY(:,:)

     CALL C_F_POINTER(ARRAY_PTR, HESS_COPY, SHAPE(HESS))
     DEALLOCATE(HESS_COPY)
   END SUBROUTINE RELEASE_POINTER
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