面试题：Fortran动态链接库与其他语言的交互

Question

假设你需要在Python中调用一个Fortran编写的动态链接库，详细说明在Fortran端和Python端分别需要做哪些准备工作，比如数据类型转换、接口定义等，以及可能会遇到的问题及解决方案。

Answer 1

Fortran端

1. 接口定义：使用ISO_C_BINDING模块来定义与C兼容的接口。例如，定义一个函数：

use ISO_C_BINDING
implicit none

! 定义一个简单的函数
integer(c_int) function add_numbers(a, b) bind(c, name='add_numbers')
    integer(c_int), value :: a
    integer(c_int), value :: b
    add_numbers = a + b
end function add_numbers

2. 编译生成动态链接库：使用gfortran编译生成动态链接库（.so文件）。例如：

gfortran -shared -o mylib.so -fPIC mycode.f90

3. 数据类型转换：确保Fortran函数使用与C兼容的数据类型，如c_int、c_double等。

Python端

1. 加载动态链接库：使用ctypes库加载动态链接库。例如：

import ctypes

# 加载动态链接库
mylib = ctypes.CDLL('./mylib.so')

2. 定义函数接口：定义函数的参数类型和返回值类型。例如：

mylib.add_numbers.argtypes = [ctypes.c_int, ctypes.c_int]
mylib.add_numbers.restype = ctypes.c_int

3. 调用函数：调用Fortran函数。例如：

result = mylib.add_numbers(2, 3)
print(result)

4. 数据类型转换：将Python数据类型转换为ctypes中的C兼容数据类型。

可能遇到的问题及解决方案

1. 数据类型不匹配：确保Fortran和Python端的数据类型一致。检查ctypes中的数据类型与ISO_C_BINDING中定义的类型是否对应。
2. 找不到动态链接库：确保动态链接库路径正确。可以将动态链接库放在Python脚本相同目录，或者设置LD_LIBRARY_PATH环境变量。
3. 函数名冲突：在Fortran端使用bind(c, name='...')指定唯一的函数名，避免与其他库函数名冲突。
4. 调用约定不一致：使用bind(c)确保Fortran函数使用C调用约定，与ctypes兼容。