C#与Fortran混合编程本地调用Fortran动态链接库.docx
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C#与Fortran混合编程本地调用Fortran动态链接库
C#与Fortran混合编程-本地调用Fortran动态链接库
Fortran是一门古老的语言，它是世界上最早出现的计算机高级程序设计语言，广泛应用于科学和工程计算领域。
FORTRAN语言以其特有的功能在数值、科学和工程计算领域发挥着重要作用。
然而Fortran程序本身不适合开发独立的应用程序，例如我们传统的桌面应用或者Web应用。
因此这里我们便想将C#与Fortran结合，C#借助Fortran可以实现精度更高，计算更快的程序，而Fortran通过C#，便也能够达到可视化设计。
一、基本思路
运用Fortran，编写动态链接库（DLL）,在DLL中提供计算的函数接口，然后在C#中调用该DLL中计算部分的函数，实现计算过程。
这里需要注意的是，由于我们使用的是Fortran编译器，生成的DLL属于第三方非托管DLL，因此无法直接在程序中添加DLL的引用。
具体的做法将在后续部分说明。
二、编写Fortran程序，生成动态链接库文件
知道思路之后便开始正式的Coding。
首先新建一个空的FortranDynamic-linkLibrary项目。
在Intel（R）VisualFortran点击Library,选中右图的Dynamic-linkLibrary.然后点击OK.这时的项目如下所示：
点击SourcesFile文件夹，选择新建项。
添加一个新的Fortran文件
然后便开始Fortran代码的编写工作。
这里我们主要实现两个方法：
一个方法是求两个数相加之和，并返回结果。
另一个是输入一个数组，对这个数组进行排序，并找出最大值，最后返回排序后的结果，并返回最大值。
这里我们分别演示的是Fortran传出一个数和一个数组有何不同。
关于Fortran的基本语法不是本文的讨论范畴，请读者自行查阅资料。
下面给出的上述我们要实现的功能的具体Fortran代码：
DOUBLEPRECISIONFUNCTIONADD（A,B）
!
DEC$ATTRIBUTESDLLEXPORT:
:
ADD
!
DEC$ATTRIBUTESSTDCALL,ALIAS:
'Add':
:
ADD
DOUBLEPRECISION:
:
A,B
ADD=A+B
END
FUNCTIONSORTANDFINDMAX（ARRAY,LENGTH）
!
DEC$ATTRIBUTESDLLEXPORT:
:
SORTANDFINDMAX
!
DEC$ATTRIBUTESSTDCALL,ALIAS:
'Sortandfindmax':
:
SORTANDFINDMAX
DOUBLEPRECISION:
:
ARRAY（LENGTH）
INTEGER:
:
I,J
DOUBLEPRECISION:
:
SORTANDFINDMAX,TEMP
SORTANDFINDMAX=ARRAY
（1）
DOI=1,LENGTH-1
DOJ=I+1,LENGTH
IF（ARRAY（I）.GT.ARRAY（J））THEN
TEMP=ARRAY（I）
ARRAY（I）=ARRAY（J）
ARRAY（J）=TEMP
SORTANDFINDMAX=ARRAY（J）
ENDIF
ENDDO
ENDDO
END
上面我们声明了两个Fortran函数，一个是计算两个数相加，一个是选择排序并找出最大值。
之后我们点击VisualStudio的BuildSolution.开始编译成DLL。
关于代码段解释：
!
DEC$ATTRIBUTESDLLEXPORT:
:
ADD
!
DEC$ATTRIBUTESSTDCALL,ALIAS:
'Add':
:
ADD
这两句代码很关键。
下面通过三个一致来简单的说一下以上代码段的意思和C#调用需要注意的问题。
1.函数名一致：
在Fortran编译器中默认的导出函数名全部是大写形式。
而在C#中调用FortranDll时必须指定函数名一致。
在Fortran方面解决的办法是：
使用ALIAS（别名）属性指定导出函数名。
例如对于下面的Fortran函数：
DOUBLEPRECISIONFUNCTIONADD（A,B）
!
DEC$ATTRIBUTESDLLEXPORT:
:
ADD
DOUBLEPRECISIONA,B
ADD=A+B
END
对应的C#声明为：
[DllImport（"MathDll"）]
privatestaticexterndoubleADD（doubleA,doubleB）;
使用ALIAS修改后的定义如下：
DoublePrecisionFunctionADD（A,B）
!
DEC$ATTRIBUTESDLLEXPORT:
:
ADD
!
DEC$ATTRIBUTESALIAS:
'Add':
:
Add
DoublePrecisionA,B
Add=A+B
End
对应的C#声明为：
[DllImport（"MathDll"）]
privatestaticexterndoubleAdd（doubleA,doubleB）;
而在C#中提供的解决方案是：
通过使用Dlllmport的EntryPoint属性指定导出的Fortran函数名。
例如：
DoublePrecisionFunctionADD（A,B）
!
DEC$ATTRIBUTESDLLEXPORT:
:
ADD
DOUBLEPRECISIONA,B
ADD=A+B
END
对应的C#声明为：
[DllImport（"MathDll",EntryPoint="ADD"）]
privatestaticexterndoublePlus（doubleA,doubleB）;
此外，还可以使用.NETFramework提供的dumpbin.exe工具查看DLL导出的函数名称。
A.在开始菜单中打开MicrosoftVisualStudio2010/VisualStudioTools/VisualStudio2010命令提示。
B．在命令提示窗体中将路径指向编译生成.dll文件的路径，然后输入以下命令：
dumpbin/exportsFileName.dll
即可查看当前目录下FileName.dIl中导出的所有函数信息。
2.堆栈管理一致
堆栈管理约定包括：
在调用过程中子例程接受参数的数目和顺序，调用完成后由哪一方来清理堆栈等。
C#语言在windows平台上的调用模式默认为StdCall模式，既由被调用方清理堆栈。
而Fortran语言则默认由调用方清除。
因此必须统一调用双方的堆栈清除方式才能保证2种语言间的正常函数调用。
这一约定在Fortran语言或C#语言中均可以采取措施进行统一。
在Fortran语言中可以通过编译指令“!
DEC$”后的可选项“C”或“STDCALL”参数来实现：
A.
!
DEC$ATTRIBUTESSTDCALL:
:
Object
该语句语句中的STDCALL模式指定由被调用方清除堆栈（其中“Object”为变量名或函数名）。
B.
!
DEC$ATTRIBUTESC:
:
Object
该语句中的C模式声明由主调函数清除堆栈（但在传递数组和字符串参数时不能用此方法指定）。
如果在C#语言内做改动，则需要在DllImport属性中设置CallingConvention字段的值为Cdecl（表示由调用方清理堆栈）或StdCall（表示由被调用方清理堆栈）。
[DllImport（"FileName.dll",CallingConvention=CallingConvention.StdCall）]
[DllImport（"FileName.dll",CallingConvention=CallingConvention.Cdecl）]
只有当Fortran程序和C#程序的堆栈管理一致时，才能保证正常的调用。
3.参数类型保持一致
在Fortran中常用的数据参数类型有：
REAL:
表示浮点数据类型，即小数，等价于C#的float,
INTEGER:
表示整数类型，相当于C#的int数据类型
DOUBLE PRECISION:
表示双精度数据类型，相当于C#的double数据类型。
在C#调用FortranDLL是必须保证参数的一致性，例如在Fortran中变量定义的是REAL类型，而我们传入的是Double,那么就会出现计算错误。
三、编写C#代码调用FortranDLL
C#调用的Fortran的过程很简单，只需要注意上述说的几个问题即可。
这里我们先新建一个控制台应用程序:
然后将我们编译的Fortran项目所生成的DLL拷贝到控制台应用程序的Debug文件夹下。
接着我们添加一个类：
FortranMethod.cs
该类用来调用FortranDLL。
代码如下：
usingSystem;
usingSystem.Text;
usingSystem.Runtime.InteropServices;
namespaceMixedProgram
{
publicstaticclassFortranMethod
{
[DllImport（"TestDll.dll",CallingConvention=CallingConvention.Cdecl）]
publicstaticexterndoubleAdd（doublea,doubleb）;
[DllImport（"TestDll.dll",CallingConvention=CallingConvention.Cdecl）]
publicstaticexterndoubleSortandfindmax（double[]array,intlength）;
}
}
关于C#调用注意的事项在上面已说明，在此不再讨论。
然后在Main函数中测试我们的FortranDLL。
示例代码如下：
usingSystem;
usingSystem.Collections.Generic;
usingSystem.Text;
namespaceMixedProgram
{
classProgram
{
staticvoidMain（string[]args）
{
Console.WriteLine（"请输入两个数相加：
"）;
doublenum1=Convert.ToDouble（Console.ReadLine（））;
doublenum2=Convert.ToDouble（Console.ReadLine（））;
Console.WriteLine（"输入的两个数是：
"+num1+","+num2）;
doublesum=FortranMethod.Add（num1,num2）;
Console.WriteLine（"求和结果是：
"+sum）;
double[]Array={1,5,2,4,3,7,6};
Console.WriteLine（"初始数组：
"）;
for（inti=0;iConsole.Write（Array[i]+""）;
doubleb=FortranMethod.Sortandfindmax（Array,Array.Length）;
Console.WriteLine（"\n"+"排序后：
"）;
for（inti=0;iConsole.Write（Array[i]+""）;
Console.WriteLine（"\n"+"最大值为：
"）;
Console.WriteLine（b）;
Console.ReadKey（）;
}
}
}
到此为止，所以的工作已经完成，下面看一下结果：
到此为止，C#与Fortran编程的小示例就已经完成了。
总结：
本文主要演示了如何使用C#调用Fortran的DLL来实现相关的计算工作。
并主要讲了C#调用时应该注意的事项。
在工程计算中如果对于精度要求较高，计算较复杂时，我们便可以考虑通过C#与Fortran的混合编程来达到所需的要求。
本文是基于本地调用FortranDLL，下一篇将讲解基于Web调用FortranDLL.
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