7.1 ISO C绑定：与C语言的无缝对接

7.1 ISO C绑定：与C语言的无缝对接

本节摘要：Fortran 与 C 互相调用，难点在两边默认的"规矩"不同：传参默认传址对传值、数组列优先对行优先、符号名带下划线对原样导出。ISO C 绑定（iso_c_binding 模块 + bind 子句）把这些差异全部显式化。本节讲清类型映射、bind 名称、双向调用的写法，让你在两门语言之间搭起一条类型安全的桥。

两门语言第一次见面

Fortran 调 C 库（比如 BLAS、MPI 的 C 接口、系统 API），或把 Fortran 内核暴露给 C 外壳——历史上这靠编译器特定的"魔法"，换个编译器就断。ISO C 绑定（Fortran 2003）把这件事标准化了：类型怎么对应、符号名怎么导出、参数怎么传，全部写清楚，让编译器不再猜。它不消灭两门语言的差异，而是把差异变成显式约定。

bind(c)：给编译器一张互操作地图

核心是 use iso_c_binding 导入类型常量，配合 bind(c) 声明。类型映射表要背熟：c_int 对应整数、c_double 对应双精度、c_float 对应单精度、c_ptr 对应 C 指针、c_char 对应字符。bind(c) 告诉编译器"这个实体按 C 的调用约定导出，符号名就用 bind 里给的名字"。

module interop_mod
  use iso_c_binding, only: c_int, c_double
  implicit none

  ! Fortran 侧声明一个与 C 对齐的接口
  interface
    function c_sqrt(x) bind(c, name="sqrt") result(r)
      import :: c_double
      real(c_double), value :: x     ! C 按值传参
      real(c_double) :: r
    end function c_sqrt
  end interface

contains

  ! Fortran 侧导出给 C 调用的子程序
  subroutine compute_sum(n, x, s) bind(c, name="compute_sum")
    integer(c_int), value :: n
    real(c_double), dimension(n) :: x
    real(c_double), intent(out) :: s
    s = sum(x)
  end subroutine compute_sum

end module interop_mod
​

name="sqrt" 显式指定 C 侧符号名，绕开 Fortran 默认的名称修饰（带下划线等）。value 属性对应 C 的按值传参——C 函数参数默认按值，Fortran 默认传址，在 interface 块里用 value 对齐。dimension(n) 的 x 对应 C 侧一个数组指针，n 是长度，这是 C 里常见的"指针加长度"约定。

从 Fortran 调 C

上面 interface 块里的 c_sqrt 就是调用 C 标准库 sqrt 的桥。调用的代码和普通函数一样：

program call_c
  use interop_mod, only: c_sqrt
  use iso_c_binding, only: c_double
  implicit none
  real(c_double) :: v
  v = c_sqrt(2.0_c_double)
  write(*,*) 'sqrt(2) =', v
end program call_c
​

要点是 interface 块必须和 C 函数签名严格一致——类型、个数、传值传址都对上。对不上就是运行时内存错乱，Fortran 帮不了你。数组传过去要记住：C 侧看到的是首地址，长度靠 n 参数约定，Fortran 的边界检查救不了跨语言调用。

从 C 调 Fortran

反向也一样：Fortran 子程序带 bind(c, name) 导出，C 侧按名字声明 extern 再调用。关键是数组布局：Fortran 列优先，C 行优先，二维数组跨语言必须同时转置索引或用一维接口，否则数据错位。

/* C 侧声明并调用 Fortran 导出的 compute_sum */
extern void compute_sum(int n, const double *x, double *s);

int main(void) {
    double x[3] = {1.0, 2.0, 3.0};
    double s = 0.0;
    compute_sum(3, x, &s);
    printf("sum = %f\n", s);
    return 0;
}
​

图：Fortran 与 C 的互操作边界

边界的规矩

互操作代码要遵循几条纪律。第一，interface 块签名与 C 函数必须逐项对齐，宁可多写 import 也不留默认猜测。第二，二维以上数组跨语言统一用一维接口加显式维度，或在 C 侧处理转置，别指望两边布局自动一致。第三，字符与字符串的跨语言传递最坑，C 以空字符结尾、Fortran 定长，要么用 c_char 数组手管，要么避免在热路径上传字符串。第四，跨语言调用不做边界检查，所有错误都是未定义行为，把检查放在 Fortran 入口内部。这些规矩的共性：把"编译器默认"全部替换成"显式约定"。

学习目标

阅读完本节，你应当能够：

1. 说出 iso_c_binding 提供的常用类型常量与 bind 子句的作用
2. 写 interface 块从 Fortran 调用一个 C 函数
3. 写 bind(c) 的子程序并说明如何从 C 侧调用它
4. 解释名称修饰与传值传址两个边界差异的处理

本节要点回顾

• iso_c_binding 提供类型映射：c_int、c_double、c_ptr、c_char 对应 C 侧类型
• bind(c, name) 消除名称修饰：符号名显式指定，两边不再猜
• value 对齐 C 的按值传参：interface 块里逐参数声明传值传址
• 数组跨语言是首地址加长度：二维以上用一维接口，谨记列优先与行优先差异
• 互操作代码零检查：签名错位是未定义行为，检查留在 Fortran 入口内部
• 显式约定代替编译器默认：这是整个互操作层的设计主线

标量与数组能通了，看更复杂的结构怎么传——7.2 节。