FORTRAN与C#混合编程的调用约定

zhuhuanlai

大侠好！
我这帖子内容比较多，还请耐心，问题也比较多，有些涉及到两种语言。我写的这么详细，也是真心希望能为有类似需求的同仁提供参考。
我想通过Fortran 控制台程序编写相应算法的动态链接库，然后利用C#编写的界面程序调用在Fortran 中生成的DLL 文件。
用FORTRAN与C#混合编程的调用约定中，主要有四点，有些不明白的地方（详见红色文字部分），还请指教：
一：堆栈管理约定
在Fortran 语言中是通过相应的编译器的通用指令“! DEC $ ”后添加可选项“C”或“StdCALL”这两个参数来实现的:
! DEC $ ATTＲIBUTES StdCALL: : Filename
! DEC $ ATTＲIBUTES C: : Filename
第一条语句中说明的是StdCALL 模式，这种模式是由被调用方清除堆栈( 其中Filename 为函数名或变量名) ，第二条语句说明的是C 模式，这种模式是由主
调函数清除堆栈( 对于传递数组和字符串参数这两种情况，该方法不可以使用) 。以上是在Fortran 中做相应的改动，在C#语言中也可以做不同的改动，即设置DllImport 属性，通过改
变CallingConversion 字段的值，来规定堆栈的清理方式( Cedel 代表由调用方清理堆栈，StdCALL 代表由被调用方清理堆栈) :
［DllImport( “Filename． dll”，CallingConvention =CallingConvention Cdel) ］
［DllImport( “Filename． dll”，CallingConvention =CallingConvention StdCall) ］
我想了解的是：
1、如果我在FORTRAN代码中输入：
! DEC $ ATTＲIBUTES StdCALL: : Filename
那在C#代码中需要输入CallingConvention Cdel还是CallingConvention StdCall？
2、关于FORTRAN调用约定的详细说明，在哪里能找到呢（我在帮助文件中找过，感觉介绍得不是特别详细）？


二：命名约定
C#语言是区分大小写的，而Fortran 是不区分的。从DLL 导出的Fortran 函数名会自动转换为大写，这是由编译器自动完成的。所以，在C#中就无法找到Fortran 中声明相同的函数名了。为了协调
标识符的不一致必须进行命名约定的协调。在Fortran 语言中做相应的改动是使用ALIAS( 别名) 属性，即指定导出的函数名。例如下面的Fortran函数:
subroutine Filename( A)
integer A
相应的C#声明为:
［DllImport( “Math． dll”) ］
Public extern static void FILENAME( int a) ;
使用ALIAS 修改后的定义如下:
subroutine Filename( A)
! DEC $ ATTＲIBUTESALIAS: ‘_ Filename’: :Filename
integer A
对应的C#声明为:
［DllImport( “Math． dll”) ］
Public extern static void Filename( int a) ;
我想了解的是：
1、我只需要在FORTRAN中使用ALIAS 修改变量A的定义，而在C#不需要做任何修改就可以吗？
2、有哪些变量需要修改其定义，与动态链接库有关的变量是否都需要修改（我在FORTRAN中用到了IMSL动态链接库和其他动态链接库）？

以上是在Fortran 语言中的解决方案，也可在C#语言中做相应的改动，通过使用DllImport 的EntryPoint属性来指定导出的Fortran 函数名。
subroutine Filename( A)
integer A
对应的C#声明为:
［ DllImport ( “ Math． dll ”， EntryPoint =“FILENAME”) ］
Public extern static void Filename( int a) ;
我想了解的是如果我采用这种解决方案：
1、我只需要在C#中使用ALIAS 修改变量A的定义，而在FORTRAN不需要做任何修改就可以吗？
2、两种解决方案中，哪种更加合适，比如运行更加稳定，不容易出错。

三：参数传递约定
在Fortran 中默认的是所有的参数使用引用传递的方式，而对于C#语言则存在值传递和引用传递两种方式。C#中所有的数值类型的参数传递方式都是值
传递，而表示字符串的类型的参数传递方式都是引用传递。解决这个问题可以通过分别在Fortran 和C#方面做相应的设置。在Fortran 语言中，可以通过VALUE
属性指定参数传递使用值传递的方式。
subroutine Filename( A)
integer A ［VALUE］
对应的C#声明为:
［DllImport( “Math． dll”，CallingConvention = CallingConvention.StdCall) ］
Public extern static void Filename( int a) ;
我想了解的是：
1、如果我采用这种解决方案，变量A的已经是使用值传递了，那为什么还要在C#中再次声明呢？
2、有哪些变量需要设置值传递，与动态链接库有关的变量是否都需要修改（我在FORTRAN中用到了IMSL动态链接库和其他动态链接库）？


在C#语言做改动的话可以使用C#的ref 关键字，从而保证函数传递给Fortran 语言的参数是该参数的地址。
subroutine Filename( A)
integer A ［VALUE］
对应的C#声明为:
［DllImport( “Math． dll”，CallingConvention = CallingConvention．StdCall) ］
Public extern static void Filename( ref int a) ;
我想了解的是：
1、如果我采用这种解决方案，已经使用C#的ref 关键字，那为什么还要在FORTRAN中声明为［VALUE］？


四：数组和字符串的传递约定
数组的存储结构和编码方式在Fortran 和C#中是不同的，必须协调这两类参数的传递( 字符串可以看作是由字符组成的数组) 。
在计算机内存中数组的存储方式都是线性连续的，不同的是数组在Fortran 中的是列优先存储，而相应的在C#中是行优先存储。考虑到这个因素，在传递数组参数使用传址方式时，需要对数组做一个类似于矩阵转置的变换，使得两种计算机语言的数组存储方式统一。
integer an( 500，* )
int an［* ， 500］
我想了解的是：
1、需要协调的二维数组包括哪些，比如FORTRAN代码中主程序范围内的，还是子程序范围内的，或者是我在我在FORTRAN中用到了IMSL动态链接库和其他动态链接库都要协调？


相对于数组的传递约定，协调处理字符串参数的则相对比较复杂。C#中表示字符串的结束的标志是\0，在Fortran 中却是不一样的，表示结束的方式是在最
右端添加空格，并且利用最右端的一个隐藏的参数来表示字符串的实际长度。另外，Fortran 语言的编码在文件路径名中是不支持中文字符集的，它默认的字符
集是ASCII 编码。而C#语言中是支持中文的，它所采用的字符集为Unicode 编码，为了使得两种语言能够进行字符串的传递，必须做相应的处理。当字符串参
数由Fortran 传回C#时，可利用C#中相应的函数将ASCII 字符转换为Unicode 字符。对于字符串由C#传入Fortran 时，可以在C#代码中添加一个整数型的参
数来表示字符串的长度。对于文件路径名由于Fortran不支持中文路径，所以在C#中编写的代码不要使用中文字符。
我想了解的是：
1、协调字符串的具体代码及方法。

zhuhuanlai

补充说明：
我的系统win7/8,编译器IVF2013/VS2013

pasuka

zhuhuanlai 发表于 2016-10-29 14:43
补充说明：
我的系统win7/8,编译器IVF2013/VS2013

假定lz已经搞定C和C#混合编程，那么请参考下面的链接，在Fortran2003和2008标准下，利用iso c binding模块，fortran和c程序大体可以划上等号
Interoperability with C - The GNU Fortran Compiler
https://gcc.gnu.org/onlinedocs/g ... roperability-with-C

zhuhuanlai

pasuka 发表于 2016-10-29 15:20
假定lz已经搞定C和C#混合编程，那么请参考下面的链接，在Fortran2003和2008标准下，利用iso c binding模块 ...

感谢您的及时热情的回复，很不好意思，我对C和C#了解都不多，哈哈。
iso c binding是Fortran2003标准新出的内部模块，好像专门用来和c混合编程，这个模块我也不太熟悉。不过您的建议提供了一个很好的思路，非常感谢！

fcode

楼上说得很对，你看到的资料都是比较古老的版本，其中基本都是不规范的用法（IVF或部分编译器扩展支持）

现在，建议用 ISO_C_Binding 模块来统一与 C 语言混编。这样做的好处是规范，适合与所有编译器。
有关 ISO_C_Binding 可以参考《Modern Fortran Explained》第12章  Interoperability with C 与C语言交互
我对 C# 不懂，但是想来它调用 C 语言的 DLL 是非常简单的。如果你用了 ISO_C_Binding 那么接口就是和 C 的接口一样了。

部分问题：
1、如果我在FORTRAN代码中输入：
! DEC $ ATTＲIBUTES StdCALL: : Filename
那在C#代码中需要输入CallingConvention Cdel还是CallingConvention StdCall？

当然是 StdCall ，两边要一致。但是用了 ISO_C_Binding 以后，不再用这个语句，那么 C# 应该用 cdel

2.关于FORTRAN调用约定的详细说明，在哪里能找到呢（我在帮助文件中找过，感觉介绍得不是特别详细）
帮助文档里有专门的 mix language 章节。

3.我只需要在FORTRAN中使用ALIAS 修改变量A的定义，而在C#不需要做任何修改就可以吗？
是的。C# 代码就视为 alias 里面的名字就好。
用了 ISO_C_Binding 以后，C# 视为 Bind( C ,Name="这里的名字" )

4、有哪些变量需要修改其定义，与动态链接库有关的变量是否都需要修改（我在FORTRAN中用到了IMSL动态链接库和其他动态链接库）？
你只需要修改想让 C# 操作的那些符号（变量或函数）就可以，内部使用了其他的函数库，不与混编问题发生关联。

5、我只需要在C#中使用ALIAS 修改变量A的定义，而在FORTRAN不需要做任何修改就可以吗？
6、两种解决方案中，哪种更加合适，比如运行更加稳定，不容易出错。
建议在 Fortran 里使用 ISO_C_Binding，以后不管是 C# 还是 Delphi 或者其他语言，均视为 C 接口
实际上，这些解决方案都可行，都稳定，只要方法得当，都不容易出错。就好像夫妻两个人不协调，那么丈夫迁就妻子，妻子迁就丈夫。都是可以的。
区别只是，ISO_C_Binding 是规范的。

7、如果我采用这种解决方案，变量A的已经是使用值传递了，那为什么还要在C#中再次声明呢？
混编就好像插头和插座，如果插头定义了是双孔，而插座依然是三孔，那还是无法匹配。
8、有哪些变量需要设置值传递，与动态链接库有关的变量是否都需要修改（我在FORTRAN中用到了IMSL动态链接库和其他动态链接库）？
同4

9.如果我采用这种解决方案，已经使用C#的ref 关键字，那为什么还要在FORTRAN中声明为［VALUE］？
同7

10、需要协调的二维数组包括哪些，比如FORTRAN代码中主程序范围内的，还是子程序范围内的，或者是我在我在FORTRAN中用到了IMSL动态链接库和其他动态链接库都要协调？
同4

11、协调字符串的具体代码及方法。
字符串建议 C# 里面用指针，Fortran 里面用 C_PTR 定义，用 C_F_Pointer 和 C_LOC 转换。因为这是标准的语法规范。

zhuhuanlai

fcode 发表于 2016-10-29 18:54
楼上说得很对，你看到的资料都是比较古老的版本，其中基本都是不规范的用法（IVF或部分编译器扩展支持）

...

感谢您如此详细的回复，非常感谢！
有关 ISO_C_Binding 的资料全是英文的，有中文版的资料推荐吗，
FORTRAN2003的教材也没有找到相关的中文资料。

zhuhuanlai

pasuka 发表于 2016-10-29 15:20
假定lz已经搞定C和C#混合编程，那么请参考下面的链接，在Fortran2003和2008标准下，利用iso c binding模块 ...

您能推荐一些关于C和C#混合编程的例子，或者相关资料吗，我对这两种语言的混合编程实在是不了解。
先谢谢您了。

fcode

确实没有中文资料。
本论坛“编程工具”区，混编分类下面有一些帖子，你或许可以参考。

pasuka

zhuhuanlai 发表于 2016-10-29 21:16
您能推荐一些关于C和C#混合编程的例子，或者相关资料吗，我对这两种语言的混合编程实在是不了解。
先谢谢 ...

抱歉，我已经好久不玩vc和c#，照理msdn肯定有相关内容，vs帮助文档也会有相关范例代码
iso c binding的建议仅供参考，目前来看针对gcc系列编译器优势明显，若是vs+ivf的搭配不见得事半功倍

楚香饭

iso_c_binding 在 vs和ivf 也很顺畅。