Windows下利用gfortran编译dll供python调用

运行环境

系统	Windows10
Python	Python3.7.0 64位
编译工具	gfortran
Fortran编译环境	minGW64

问题描述

需要在python项目中调用别人写好的Fortran代码，Fortran代码版本较杂，f77 f90 f95同时共存。

解决方案

目前有两种解决方案，目前针对于简单代码均可以成功运行，但针对复杂代码在编译时就会报错，后续解决问题后再来补充，目前先贴出来解决方案供参考：

1. 利用f2py将Fortran代码编译为pyd格式，在python中将Fortran代码可以作为模块进行调用
2. 利用gfortran或intel的编译工具，将Fortran代码编译为dll文件，在python中借用ctypes进行加载并调用

示例代码

hello_subroutine.f90

subroutine hello
    print *,'hello world'
end subroutine hello

hello_program.f90

program main
  implicit none
  print *, 'Hello World'
end program main

方案一：F2Py

具体信息见官网：F2PY - Calling Fortran routines from Python
编译方式：
python2下：
python -m numpy.f2py -c hello_subroutine.f90 -m hello_subroutine 建议这种方式
f2py -c hello_subroutine.f90 -m hello_subroutine
python3下
python3 -m numpy.f2py -c hello_subroutine.f90 -m hello_subroutine 建议这种方式
f2py3 -c hello_subroutine.f90 -m hello_subroutine
编译后会生成hello_subroutine.pyd文件
调用方式：

from hello_subroutine import hello  # 需注意路径问题
print(hello())

方案二：gfortran

首先需自行配置minGW64，网上资料较多，按照说明配置好环境变量，在dos窗口中输入gfortran --version能够输出其版本信息则说明安装成功。

1. 生成exe文件：
   gfortran -o hello_program hello_program.f90
   运行：./hello_program.exe
   需要注意的是，若用这种方式编译hello_subroutine.f90，则会报错

D:/software/mingw64/bin/../lib/gcc/x86_64-w64-mingw32/8.1.0/../../../../x86_64-w64-mingw32/lib/../lib/libmingw32.a(lib64_libmingw32_a-crt0_c.o):crt0_c.c:(.text.startup+0x2e): undefined reference to `WinMain'
collect2.exe: error: ld returned 1 exit status

2. 生成dll文件：

1. gfortran -shared -fPIC -o hello_subroutine.dll hello_subroutine.f90 —— 编译后，引用其中函数时，需在函数名称后添加_，eq：hello_
2. gfortran -shared -fPIC -g -o hello_subroutine.dll hello_subroutine.f90 -fno-underscoring —— 可直接引用原函数名
   调用方式：

from ctypes import cdll, windll, CDLL, WinDLL
dllpath = 'hello_subroutine.dll'
dll1 = cdll.LoadLibrary(dllpath)  # cdll是CDLL类的对象
dll2 = windll.LoadLibrary(dllpath)  # windll是WinDLL类的对象
dll3 = CDLL(dllpath)
dll4 = WinDLL(dllpath)
dll1.hello_()  # 针对于方式1）
dll1.hello()  # 针对于方式2）

遇到的问题：

1. D:/software/mingw64/bin/../lib/gcc/x86_64-w64-mingw32/8.1.0/../../../../x86_64-w64-mingw32/lib/../lib/libmingw32.a(lib64_libmingw32_a-crt0_c.o):crt0_c.c:(.text.startup+0x2e): undefined reference to `WinMain' collect2.exe: error: ld returned 1 exit status
   已在上面说明
2. OSError: exception: access violation reading 0x0000000000007530
   暂未解决，待补充。

参考文献：
[1] F2PY - Calling Fortran routines from Python
[2] call functions from a shared fortran library in python
[3] creating DLL with gfortran on Windows
[4] …

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以上，欢迎补充&交流。