Cython 和 fortran - 如何在没有 f2py 的情况下一起编译

作者:编程家 分类: c++ 时间:2025-07-16

使用Cython和Fortran进行编译的方法

在没有f2py的情况下,我们仍然可以使用Cython和Fortran一起编译。Cython是一个用于将Python代码转换为C代码的工具,而Fortran是一种高级编程语言,特别适合科学计算和数值计算。通过将这两种语言结合我们可以获得更高的性能和更好的数值计算能力。

下面将介绍如何使用Cython和Fortran一起编译,并提供一个案例代码来演示这个过程。

1. 准备Fortran代码

首先,我们需要准备Fortran代码。假设我们有一个Fortran程序,计算一个向量的平方和。以下是一个简单的Fortran代码示例:

fortran

subroutine sum_of_squares(a, n, result)

implicit none

integer, intent(in) :: n

real*8, intent(in) :: a(n)

real*8, intent(out) :: result

integer :: i

result = 0.0

do i = 1, n

result = result + a(i)**2

end do

end subroutine sum_of_squares

这个Fortran子程序接受一个一维实数数组a和数组的长度n作为输入,并计算平方和,将结果存储在result变量中。

2. 创建Cython接口

接下来,我们需要创建一个Cython接口,将Python代码与Fortran代码连接起来。创建一个名为sum_of_squares.pyx的文件,并添加以下代码:

python

cimport numpy as np

import numpy as np

cdef extern from "fortran_code.f90":

void sum_of_squares(double* a, int* n, double* result)

def sum_of_squares_py(np.ndarray[np.float64_t, ndim=1] a):

cdef int n = a.shape[0]

cdef double result

sum_of_squares(&a[0], &n, &result)

return result

这个Cython接口使用cimport语句导入numpy库,并定义了一个名为sum_of_squares_py的Python函数。该函数将接受一个一维numpy数组作为输入,并将其传递给外部Fortran子程序进行计算。

3. 创建setup.py文件

为了编译Cython接口和Fortran代码,我们需要创建一个名为setup.py的文件,并添加以下代码:

python

from distutils.core import setup

from distutils.extension import Extension

from Cython.Build import cythonize

ext = Extension("sum_of_squares", sources=["sum_of_squares.pyx", "fortran_code.f90"],

extra_compile_args=["-O3"], extra_link_args=["-O3"])

setup(name="sum_of_squares",

ext_modules=cythonize(ext))

这个setup.py文件使用distutils库来配置编译选项。我们将Cython接口和Fortran代码作为扩展模块进行编译,并使用extra_compile_args和extra_link_args参数来指定编译选项。在这个例子中,我们使用了-O3来启用最高级别的优化。

4. 编译和测试

完成上述步骤后,我们可以使用以下命令来编译Cython接口和Fortran代码:

python setup.py build_ext --inplace

编译完成后,会生成一个名为sum_of_squares.so的动态链接库。我们可以将其导入Python,并进行测试:

python

import numpy as np

import sum_of_squares

a = np.array([1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0])

result = sum_of_squares.sum_of_squares_py(a)

print(result)

这个例子中,我们导入了sum_of_squares模块,并调用sum_of_squares_py函数来计算向量的平方和。输出结果为55.0。

通过使用Cython和Fortran一起编译,我们可以获得更高的性能和更好的数值计算能力。这种组合可以在科学计算和数值计算中发挥重要作用,并提供更快速和高效的计算方法。通过上述步骤,我们可以将Python代码与Fortran代码相结合,并通过Cython进行编译和优化,从而实现更好的性能和效率。