从C调用含Fortran内在函数的Fortran例程：问题与解决方法

我尝试编写一个可被C程序调用的Fortran例程，Fortran代码编译正常，但链接C代码与Fortran目标文件时，出现Fortran内在例程未定义引用的错误。请问是否可以编写这样的Fortran代码或C接口，让调用Fortran内在函数的Fortran函数能被C调用？如果可以，该如何实现？

我的Fortran代码（test.f90）：

module test
   use, intrinsic :: iso_c_binding, only : c_double
   implicit none

   contains

   function getRand() bind(c)
      real(c_double) :: getRand

      call random_number(getRand)
   end function getRand
end module test

C调用代码（main.c）：

extern double getrand();

int main(){

   double r = 0.0;

   r = getrand();

   return 0;
}

构建步骤及错误：

1. 编译Fortran代码：gfortran -c test.f90，执行无错误
2. 链接目标文件：gcc test.o main.c，报错如下：

/usr/bin/ld: testmodule.o: in function `getrand':
testmodule.f90:(.text+0x15): undefined reference to `_gfortran_random_r8'
collect2: error: ld returned 1 exit status

环境：Windows WSL 2上的Ubuntu 20.04.1系统，gfortran与gcc版本为11.3.0，链接器为GNU ld 2.38。

完全可以实现，你的代码逻辑本身没有问题，链接错误的核心原因是gcc作为链接器时，不会自动引入Fortran运行时库——Fortran内在函数（比如random_number）的具体实现都在gfortran的运行时库中，必须显式链接才能找到这些符号。

方案1：用gfortran完成最终链接 #

gfortran作为链接器时，会自动处理Fortran运行时库的依赖，直接执行：

gfortran test.o main.c -o main

或者分步编译C代码后再链接：

gcc -c main.c
gfortran test.o main.o -o main

方案2：用gcc手动链接Fortran运行时库 #

如果一定要用gcc做链接，需要显式指定链接gfortran库：

gcc test.o main.c -lgfortran -o main

额外优化建议 #

• 随机数初始化：当前代码调用random_number前没有初始化随机种子，每次运行程序都会生成完全相同的随机序列。可以在Fortran函数中添加种子初始化逻辑，示例如下：

  function getRand() bind(c)
      real(c_double) :: getRand
      integer, save :: is_initialized = 0
      integer :: seed_size
      integer, allocatable :: seed(:)
  
      ! 仅初始化一次种子
      if (is_initialized == 0) then
          call random_seed(size=seed_size)
          allocate(seed(seed_size))
          ! 用自定义序列生成种子，也可以替换为系统时间相关的逻辑
          seed = 12345 + 37*(/(i, i=1, seed_size)/)
          call random_seed(put=seed)
          deallocate(seed)
          is_initialized = 1
      end if
  
      call random_number(getRand)
  end function getRand
  

• 命名兼容性：你的C代码中使用getrand()是正确的，gfortran中bind(c)会将Fortran函数名转为小写。如果使用其他Fortran编译器，可能需要注意命名规则的差异，但gfortran下无需额外调整。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Justin