fortran和c++混合编程-fortran程序调用c++代码的方法
fortran和c++混合编程-fortran程序调用c++代码的方法
标签：fortran和c++混合编程、fortran程序调用c++代码、c++程序内存不断增加
动机
手头上有一个c++编写的某问题计算程序，然后需要利用该程序进行优化计算。于是想起8年前，用fortran写的优化计算程序。说实话，这些年下来基本已经没有碰优化计算了，没想到还有要用到的时候。当时用fortran实现了遗传（演化）算法nsga2，spea2，moea，emoea算法，以及自己创新的agea算法，我想完全可以用起来，这样不用重新再写了，于是赶紧行动起来。
优化算法程序检测
首先测试一下还能不能跑fortran优化程序，初步用gfortran编译试了下，一堆错误。我仔细看了下还是跟编译器相关。因为当时写fortran程序用的是intel的编译器，其优化后的运行速度更快，但离开数值计算领域多年，计算机上都没有当年数值计算需要的环境了，只剩下mingw中的gcc套装，应付可能的需要，于是根据提示一一做修改，有些输出相关的就直接注释了，有些重要的输出，那么只能用gfortran能认的方式重写，去掉一些pause语句，运行一下测试算例，没问题了。这样就有了基础。
在fortran的优化程序中利用cpp代码
优化计算中，评价一个样本的是其适应度计算，优化不同的问题，核心是要修改适应度计算函数。因此这里的需求就是要将适应度计算，用之前解决问题的c++代码程序来实现。于是这就涉及到了c++和fortran的混合编程。这方面以前也基本没有涉及，所以还是要上网查一下。找到一篇文章（见附后的参考文献），介绍的很详细，仔细看了一下，看样子没有问题，于是开始行动。
混合编程：fortran程序调用c++代码测试
首先还是用简单案例来先测试一下基本框架，否则运用不成熟的技术，可能遇到一堆的问题无法处置。
首先写一个fortran程序
program test
implicit none
integer::n,i
real*8::array(3)
interface
function plusfun(a, b) bind ( c )
use iso_c_binding
integer (c_int), VALUE::a
integer (c_int), VALUE::b
integer (c_int)::plusfun
end function
end interface
interface
function multiplyfun(a, b ) bind ( c )
use iso_c_binding
integer (c_int), VALUE::a
real (c_double)::b(*)
real (c_double)::multiplyfun
end function
end interface
n=10
do i=1,n
print *,'i=',i
end do
print *,plusfun(1,2)
n=3
array=(/2.0,3.0,4.0/)
print *,multiplyfun(n,array)
end program
其中首先测试了一下加法运算程序，后面的乘法运算程序主要是测试数组信息传递的问题。
其中的接口interface也是参考（文献1）做的。
然后是c++程序
//测试混合编程
#include
#include
#include "mixcppfor.hpp"
using namespace std; //
int plusfun(int a, int b)
{
int c=a+b;
return c;
}
double multiplyfun(int a, double b[])
{
double c=1.0;
for (int i=0;i 这个c++程序先用一个main主程序进行测试，函数没问题了，就删除。其中还有一个#include "mixcppfor.hpp"头文件内容为：
extern "C"
{
int plusfun(int a, int b);
double multiplyfun(int a, double b[]);
}
因为着急用也没有查该文件的具体原理，但大概能猜到这是给外部调用提供接口的。
两个程序开始尝试编译，从文献1中看，它的makefile中编译命令似乎是pgf编译器的。而我的只有g++和gfortran，但我想应该也没啥问题，照猫画虎，尝试编译试试。
使用如下命令：
g++ -g -c -std=c++11 testmixc.cpp -o testmixc.o
gfortran -g -c testmix.f90 -o testmix.o
gfortran -lstdc++ -o testmix.exe testmix.o testmixc.o
似乎第一步，第二步都没有问题，但第三步链接时存在问题。不会吧，难道我也需要去使用pgf编译器么，装起来可是很麻烦了，因为多年没有用这些东西了。我想还是再查一下有没有相似问题看看吧，
各种查找，似乎都没有非常准确的，似乎没有办法了。最后还是找到一个帖子是水木社区里头的，它和我的需求很相象，问题也类似，在解决方案中提到一句“链接时加了…libstdc++.so.6果然就可以了”。我想我也可以试试的。
于是查找libstdc++.so.6电脑中有一堆，还是用mingw下面的吧，我的是win7系统，于是就用F:\mingw\lib\gcc\mingw32\4.8.1\libstdc++.a吧。
于是使用如下命令编译：
g++ -g -c -std=c++11 testmixc.cpp -o testmixc.o
gfortran -g -c testmix.f90 -o testmix.o
gfortran -lstdc++ -o testmix.exe testmix.o testmixc.o F:\mingw\lib\gcc\mingw32\4.8.1\libstdc++.a
果然成功了，那么现在所有的障碍都解决了。下面开始开始混合编程。
混合编程优化计算
为了尽可能的减少问题出现，我还是先用简单示例测试，就是用原来的fortran中的优化问题的适应度函数来测试，原来在fortran中写的自然没有问题，那么把这个函数用c++来写，然后进行混合，是否会有问题，如果没有问题，那么一个新的问题的适应度函数直接用c++写就肯定没有问题了。
就测试一个三变量单目标问题。
本来一句fortran代码：
poptmp(i)%fitness(1)=(xtmp(1)-1.d0)**2+(xtmp(2)-2.d0)**2+(xtmp(3)-3.d0)**2
需要改成：
poptmp(i)%fitness(1)=funcquestiona(nvars,xtmp)
其中funcquestiona函数在c++中写，在fortran中还需要一个接口：
interface
function funcquestiona(a, b ) bind ( c )
use iso_c_binding
integer (c_int), VALUE::a
real (c_double)::b(*)
real (c_double)::funcquestiona
end function
end interface
而该函数本身为：
//第一个优化问题的函数
double funcquestiona(int a, double xtmp[])
{
double res=0.0;
for(int i=0;i完成后测试，优化问题正常实现，没有问题，这样就做好了所有的准备，只要把之前的c++中的问题表示出来就好了，持续进行代码实现，最后编译运行也没有问题。
c++程序内存的问题
但运行中还是出现了问题，运行到一定过程后出现badlocate的问题，估计是内存的问题，于是再跑一看，发现程序占用内存不断增加，很快就过大了。
我想这可能是c++程序的问题，记得以前也有人提过这种现象，说实话离开数值计算领域后就很少编程了，c++也是偶尔用用不太熟悉了，偶尔用qt和python自娱自乐一下，这么专业的问题还是要看一下书的。于是找一下c++ primer，看了下还是内存delete的问题，类的实例delete掉是不够的，动态数组也要delete掉，这我也做了。但命令写错了，数组delete应是delete []，但修改后还是有内存增长，只是小一些了。于是查网络发现，多维数组，还是要多维处理。不是简单一个delete []就够了，比如一个二维数组，每一行都是要delete []的，完成后再对数组本身作一次delete []。修改完成后，再查看内存，发现程序没有问题了。
这样完成后，交给计算机就可以了，跑上，然后扣手机吧。
结论
混合编程是个好东西，能把多年未用的好东西收拾起来，真的是很不错。通过这次实践，虽然没有说精通，但也是掌握了基本操作，以后有需要完全可以再深入一些。本文就是作为这一次实践的记录吧，也许后面又不用，久了也就忘了。
参考文献：
- certainly ： fortran与C/c++混合编程示例
- 水木社区，zwb：fortran调用c++ hashmap
- c++创造者的c++ primer 6版