使用 F2PY 在 numpy 数组上使用 Fortran 函数时结果不一致

Question

我正在尝试了解 F2PY 的工作原理。为此，我编写了一个简单的 Fortran 函数，它将一个数组作为输入，returns 数组元素的总和。

我写了相同函数的三个不同版本，我希望它们具有相同的结果：

function rsum(arr)
real, dimension(:), intent(in) :: arr
real :: rsum
rsum=sum(arr)
end function rsum

function rsum1(arr)
real(8), dimension(:), intent(in) :: arr
real(8) :: rsum1
rsum1=sum(arr)
end function rsum1

function rsum2(arr) result(s)
real, dimension(:), intent(in) :: arr
real :: s
s=sum(arr)
end function rsum2

function rsum3(arr) result(s)
real(8), dimension(:), intent(in) :: arr
real(8) :: s
s=sum(arr)
end function rsum3

我的 python 测试这些功能的脚本如下：

from numpy import *
import ftest as f

a=array(range(3))

print(f.rsum(a))
print(f.rsum1(a))
print(f.rsum2(a))
print(f.rsum3(a))

但结果是这样的：

3.0
0.0
3.0
3.0

所有结果都是正确的，除了 rsum1 中的一个 0.0。我发现更奇怪的是 rsum3，其中我只是更改函数结果的名称（或者，至少，我认为我正在这样做），效果很好！

我知道这与Fortran和numpy之间的类型转换有关，但我不明白是什么问题。

PS: 最近才学Fortran

Answer 1

简答和解决方法

问题的根本原因与在您的函数中使用假定形状伪参数（即 arr）有关。 Fortran 要求此类函数具有显式接口。 @VladimirF 对您的（相关的？）问题给出了一个很好的答案，表明首选的解决方案是将函数放在一个模块中。假设您的带有函数的代码清单保存在一个名为 funcs.f90 的文件中，您可以简单地将它们放入一个模块中，例如叫做 mod_funcs.f90，像这样：

module mod_funcs
    implicit none
    contains
        include "funcs.f90"
end module mod_funcs

用 F2PY python -m numpy.f2py -m ftest -c mod_funcs.f90 包装它，将 python 测试脚本中的导入语句更新为 from ftest import mod_funcs as f 然后运行以获得预期结果：

3.0
3.0
3.0
3.0

更长的答案和解释

Fortran functions 被 F2PY 包裹在 subroutines 中。为了以符合 Fortran 标准的方式支持假定形状数组，F2PY 创建的子例程包装器包含 interfaces 用于用户定义的函数，这些函数具有假定形状虚拟参数。您可以通过在使用 F2PY 包装时指定带有 --build-dir 标志的构建目录来查看这些包装器，例如像这样：

python -m numpy.f2py --build-dir .\build -m ftest -c funcs.f90

查看为 有问题的 函数 rsum1 创建的包装器正在揭示（我正在逐字复制 ftest-f2pywrappers.f 并保持 F2PY 的缩进）：

subroutine f2pywraprsum1 (rsum1f2pywrap, arr, f2py_arr_d0)
integer f2py_arr_d0
real(8) arr(f2py_arr_d0)
real(8) rsum1f2pywrap
interface
function rsum1(arr) 
    real(8), dimension(:),intent(in) :: arr
end function rsum1
end interface
rsum1f2pywrap = rsum1(arr)
end

请注意，由于 implicit data typing rules，rsum1 的 interface 意味着具有 real 数据类型的函数，不是 real(8) 符合预期 - 因此接口中的数据类型不匹配！这解释了为什么在您的原始示例中，带有显式 result 语句 (rsum3) return 的看似相同的函数是正确的结果，其结果具有正确的数据类型。幸运的是你的函数命名，rsum 有正确的接口。如果您将 rsum 的名称更改为例如isum，其 F2PY 子例程包装器接口中的隐式数据类型化规则将暗示它具有 integer 结果，您将从您的（已修改以反映 [=36= 的名称更改）中获得以下输出] 到 isum) python 脚本：

0.0
0.0
3.0
3.0

所以在我看来，F2PY 如何为具有假定形状虚拟参数的函数创建接口（可以通过将这些函数直接放入模块或通过显式声明 return 函数的值使用 result).

为了完整起见，我使用了 Python 3.6.3 :: Intel Corporation、NumPy 1.14.3 和 GNU Fortran (GCC) 8.2.0。

使用 F2PY 在 numpy 数组上使用 Fortran 函数时结果不一致

Inconsistent result when using Fortran function on numpy array with F2PY

python

fortran

numpy

f2py

简答和解决方法

更长的答案和解释