使用ctypes传递整数数组至Fortran时出现间隔零值问题求助

我是ctypes新手，尝试从Python向Fortran传递整数数组，但发现Fortran接收的数组中每个元素间都存在零值。具体情况如下：

Python代码 #

import ctypes 
import numpy as np

f90 = ctypes.CDLL('./ctypes_test.so')
dim=int(10)
intarr = np.arange(0,dim,dtype=int)
intarr_ = intarr.ctypes.data_as(ctypes.POINTER(ctypes.c_int))
dim_INT = ctypes.c_int(dim)
f90.integerarray_(intarr_, ctypes.byref(dim_INT))

Fortran代码 #

SUBROUTINE integerarray(arr, dim)
    INTEGER :: arr, dim
    DIMENSION :: arr(dim)
    PRINT*, arr
END

预期与实际输出 #

• 预期输出：0到9的连续整数
• 实际输出：

0           0           1           0           2           0           3           0           4           0
0

原因与解决方案 #

核心原因 #

1. 数据类型字节长度不匹配：
   Python中numpy.int默认是64位（8字节），而ctypes.c_int对应32位（4字节）整数。当你把64位数组强制转换成32位指针时，每个原元素会被拆成两个32位内存单元，高4字节为0，Fortran读取时会将这两个单元视为独立元素，导致原数值和0交替出现。
2. Fortran未使用C兼容接口：
   原Fortran子程序没有绑定到C接口，Fortran默认的数组传递规则与C（ctypes依赖的接口）不兼容，进一步加剧了内存解析错误。

解决方法 #

1. 统一整数类型为32位

修改Python代码，创建numpy数组时指定np.int32，匹配ctypes.c_int和Fortran的32位整数：

import ctypes 
import numpy as np

f90 = ctypes.CDLL('./ctypes_test.so')
dim = 10
# 显式指定32位整数类型
intarr = np.arange(0, dim, dtype=np.int32)
intarr_ = intarr.ctypes.data_as(ctypes.POINTER(ctypes.c_int))
dim_INT = ctypes.c_int(dim)
f90.integerarray_(intarr_, ctypes.byref(dim_INT))

2. 修改Fortran代码使用C兼容绑定

使用Fortran的ISO_C_BINDING模块，显式声明与C兼容的类型和接口：

SUBROUTINE integerarray(arr, dim) BIND(C, NAME='integerarray_')
    USE, INTRINSIC :: ISO_C_BINDING
    INTEGER(C_INT), INTENT(IN) :: arr(dim)  ! 匹配C的int类型
    INTEGER(C_INT), INTENT(IN) :: dim
    PRINT*, arr
END SUBROUTINE integerarray

• BIND(C, NAME='integerarray_')：确保子程序以C兼容的方式暴露，名称与Python中调用的integerarray_一致。
• INTEGER(C_INT)：使用与C语言int对应的Fortran类型，保证字节长度和内存布局匹配。

3. 重新编译Fortran代码

用gfortran编译生成共享库：

gfortran -shared -fPIC ctypes_test.f90 -o ctypes_test.so

验证结果 #

修改后运行Python代码，Fortran将输出预期的连续整数：

0           1           2           3           4           5           6           7           8           9

内容的提问来源于stack exchange，提问作者patrick7