【原创】f2py介绍以及从f2py引发的联想

ztftom

对于大气来说，python推广的一大瓶颈是计算性的code有限。比如计算旋度的, 计算散度的。很少有人会费心用python语言来写这些code。我们已经有大量的Fortran code来做这些事情了，为什么要浪费时间再用python重写呢？！

但我们有f2py！这几乎就把我们从崩溃的边缘给拯救出来了。因为这个python应用可以很迅速方便地把Fortran转换为python module。然后就可以方便地用import语句调用。

（f2py是open source的应用，你可以下载。EPD python带有这个应用）

做一个简单的例子，先是一个add.f
====== add.f ======
      SUBROUTINE ADD(A,B,C)
      IMPLICIT NONE
      DOUBLE PRECISION A,B,C
cf2py intent(in) :: A,B
cf2py intent(out) :: C
      C = A + B
      RETURN
      END
====== end =======

上面两行cf2py是f2py所需要的，对于.f来说，只是两行注释。

在命令行输入：
f2py -c -m add add.f
-c是建立.o object file， -m后面跟module名字。由于之前的add.f是subroutine，而f2py转换的对象是module，-m，f2py会封装subroutine。
文件夹里多了一个add.o的文件

进入python
进行如下操作
>>> import add
>>> print add.add(5,6)
11.0

到此，这个简单的Fortran程序就转换成了python的Module了。

可以看到，f2py的转换过程非常简单，再加上大量的Fortran库，我们就可以快速建立大量大气研究可用的module，由于是基于Fortran, 这些Module的运算速度可以非常迅速。而在此基础上，我们可以利用高层次的python平台，对module进行调用，建立一些高级的对象，让我们有更高的科研产出。python以及大量的open source库也就对我们开放了。

之前看到一篇讲把climate model移植到python上的文章。我想，那可能还有些遥远。就算实现，底层的运算也必然是C/C++/FORTRAN（效率更高，速度更快）。但在应用分析方面，python需要的，就是这样一些应用函数的转换。

欢迎大家拍砖。

burf

作为前段时间经常用f2py的人，我来说下感受。
1、我在我的Win7 64位下跑步起来f2py，查了下发现时EPD python的一个bug，尝试了多种方法，包括安装gfortran等等都无法解决。所以建议想要使用f2py的同学转移到linux环境下。 当然你在win下面能用起来当我没说。
2、f2py对fortran程序的编译也是按照你的fortran编译器来的，所以会有一些细微的区别。常见的比如intel编译器好通过、gfortran编译不好通过的问题也会出现（一般都是一些格式问题，其实没什么太大影响，改改就好了）
2、编译的时候是可以选择编译器的，在f2py命令里面加入compiler信息就可以实现，详情可以看看手册，有详细介绍。但是需要注意的是，f2py好像还不支持pgi编译器！
3、需要注意的是，在进行调用的时候，intent（in）的变量里，跟维数有关的变量必须放置在最后。比如我的函数命名为：f(a,b,c,d,n)这里面a、b、c、d都是普通的变量或数组之类的，但是n必须是一个跟维数有关的变量，用来在fortran程序里定义数组时使用。
4、上面这条里所说的跟维数有关的变量必须放在最后，适用于n也是一个用来传递的变量的情况下。即是说你在使用时希望将维数信息用变量n来进行传递时，那么就得把它放在最后。再换句话说，n就是intent（in）的情况。
5、intent（out）的变量（注意这里限定为out，如果是inout类型的我没试过）可以放在任意位置，也不影响。（就是说不受上面那个跟纬度有关的变量的约束）（另外intent (out)的变量也需要出现在fortran的 subroutine 那一行）
比如在python里使用一个f2py设置好的函数时：
import f(a,b,c,d,n)
x=f(a,b,c,d,n)
就可以了，而这个函数在对应的fortran程序里面的定义需要这样：
subroutine f(a,b,c,d,n,x)
integer::a,b,c,n
integer,dimension(n)::d,x
!f2py intent(in)::a,b,c,d,n
!f2py intent(out)::x
x=(a*b-c)*d
return
end subrountine
如此。
6、一般在使用fortran的时候需要注意二维数组的行列关系的问题，即是说fortran里面的数组是（列，行）这样，而python里面是（行，列），不过貌似利用f2py进行传递时，不需要管这个，直接用就行。
7、f2py可以实现module的调用、子程序等等一些列fortran的功能。

说下使用体验。 f2py极大的提高了python的运算效率。我拿这个来写了个小模式来跑，真的是非常快。再加上python的绘图功能和简洁的语言结构，可以说是极大的改进了编程体验。Jonny Lin就用f2py做了个python版的qtcm模式，可以谷歌到。

一言概之，就是如虎添翼吧

mofangbao

不错的介绍，不知道楼主有没有尝试过数组以及字符串的交互，一些其他语言和fortran混编的时候这两个方面要注意的东西不少，不过这么强大的项目应该解决的很好吧，呵呵，真希望其他语言也有类似的工具

天涯王丹

楼主真心看不懂啊  。。。。。。。。。。。

burf

看到有人在这里引入f2py，有点兴奋，所以就多说了点。。。
总之是个不错的库。numpy现在自带这个，不用额外安装了。
有了这个f2py后，很多东西都好弄很多，尤其是做模式理想实验的情况下。比如地形什么的，可以用python很方便的生成，然后交给fortran进行模拟，再返回给python进行绘图。

burf

另外想好好用python的就建议在linux环境下吧。。。好多功能在windows下面都用不起来Orz，比如绘制动态图、保存gif什么的，何况linux效率也更高，更好调用。

陈述句。。。

要好好学习了。。。。。。

burf

kakame08 发表于 2015-2-7 00:24
是装numpy还是？这个也不会装。。。

不需要单独安装f2py，最简便快捷的方式是下载canopy免费版，里面集成了你需要的所有包。根据官网上的教程步骤一步步安装，很简单，连环境变量都帮你设置好了。它会自动识别你系统里安装的fortran编译器进行整合。
numpy是python的一个数学包，canopy里面包含了的。如果想要单独安装某个python包的话，一般下载其对应官网上的编译版本，就是那种里面有setup.py的那种。这种文件的安装就是输入：
python setup.py build
python setup.py install
就好了。
当然还是推荐直接用canopy吧。。。方便快捷

burf

kakame08 发表于 2015-2-7 14:30
canopy有官网吗？我搜了下搜出来一堆不相干的东西

https://store.enthought.com/

Swallow

学习FORTRAN模块调用功能，f2py调用FORTRAN，win7系统通过mingw解决，gFORTRAN的方式实现！