もう少し本格的に Fortran と C++ の相互運用を試してみる。
Fortran に FEMDATA構造体とFEMFILE構造体を作る。FEMDATA構造体は、有限要素データを意識してidと頂点(x,y,z)と応力（qx,qy,qz）のデータを持つ。この頂点データを、FEMFILE構造体にまとめて持つことにする。FEMDATA構造体の最大数は固定長にしておいて、別途 count を持って実際の頂点数を決める。
! 構造体定義
module FEMMODULE
implicit none
type FEMDATA
integer :: id ! idenitry code
double precision :: x,y,z ! position
double precision :: qx,qy,qz ! potision stress
end type FEMDATA
type FEMFILE
character*10 filename ! file name
character*10 author ! author name
character*10 makedate ! make datetime 'yyyy/mm/dd'
integer :: count ! data count
type(FEMDATA) dat(1000) ! data
end type FEMFILE
type(FEMFILE) fdata ! inner data
contains
! read data file
subroutine FEMREAD( fname )
character(*) :: fname
character*80 :: temp
integer :: i, count
open(10,file=fname,status='old')
read(10,*) temp, fdata%author
read(10,*) temp, fdata%makedate
read(10,*) temp, fdata%count
count = fdata%count
print *,"count:", fdata%author, fdata%makedate, count
do i=1,count
read(10,*) temp, &
& fdata%dat(i)%id, &
& fdata%dat(i)%x, &
& fdata%dat(i)%y, &
& fdata%dat(i)%z, &
& fdata%dat(i)%qx,&
& fdata%dat(i)%qy,&
& fdata%dat(i)%qz
end do
close(10)
end subroutine FEMREAD
! write data file
subroutine FEMWRITE( fname )
character(*) :: fname
integer :: i, count
fdata%filename = fname
open(10,file=fname,status='replace')
write(10,*) "author ", fdata%author
write(10,*) "makedate ", fdata%makedate
count = fdata%count
write(10,*) "count ", fdata%count
do i=1,count
write(10,"(A,I5,6E15.7)") "data", &
& fdata%dat(i)%id, &
& fdata%dat(i)%x, &
& fdata%dat(i)%y, &
& fdata%dat(i)%z, &
& fdata%dat(i)%qx,&
& fdata%dat(i)%qy,&
& fdata%dat(i)%qz
end do
close(10)
end subroutine FEMWRITE
! set dummy data
subroutine FEMDUMMY()
integer :: i
fdata%filename = "sample.txt"
fdata%author = "t.masuda"
fdata%makedate = "2012-05-02"
fdata%count = 100
do i=1,100
fdata%dat(i)%id = i
fdata%dat(i)%x = 1.0
fdata%dat(i)%y = 1.0
fdata%dat(i)%z = 1.0
fdata%dat(i)%qx = 0.1
fdata%dat(i)%qy = 0.1
fdata%dat(i)%qz = 0.1
end do
end subroutine FEMDUMMY
end module FEMMODULE
データをファイルに書き出すのがFEMWRITE関数で、同じファイルから読み込むのがFEMREAD関数。いわゆる永続化処理。Fortranで書き出しファイルはFortran自身で読み出すのが良いのと、配列の実体はFortran上にあるのでこれをアクセスするのは、Fortran自身で行うのが良い、という主旨です。
で、データをGUIを使って突っ込むところはC++(MFC)でやったほうが良かろうということです。最近のIntel Fortran では windowsアプリケーションを作ることもできるようなのですが、まぁ、C++で作ったほうが便利。もっと云えば、C++/CLIを通して、C#を使うのもありかと。ただし、C#で作る場合は、相互運用部分のクラスを相当考え抜かないと解析スピードに難が出そうな気がします。
出力されるデータは、以下のような形です。C言語でも読み込めないことはないけど、コードを見て分かる通り Fortran の場合は、read(*,*) でさっくりと読み込めます。
author t.masuda makedate 2012-05-02 count 100 data 1 0.1000000E+01 0.1000000E+01 0.1000000E+01 0.1000000E+00 0.1000000E+00 0.1000000E+00 data 2 0.1000000E+01 0.1000000E+01 0.1000000E+01 0.1000000E+00 0.1000000E+00 0.1000000E+00 data 3 0.1000000E+01 0.1000000E+01 0.1000000E+01 0.1000000E+00 0.1000000E+00 0.1000000E+00 data 4 0.1000000E+01 0.1000000E+01 0.1000000E+01 0.1000000E+00 0.1000000E+00 0.1000000E+00 ... 以下 100 まで続く
構造体自体が入れ子になっているので、以下のように「%」が二回続く（C言語で言う「.」です）のがいやらしいところですね。Fortranでポインタを使っても良いけど...C++の「参照(&)」に当たるものってあるんでしょうか？
do i=1,count
read(10,*) temp, &
& fdata%dat(i)%id, &
& fdata%dat(i)%x, &
& fdata%dat(i)%y, &
& fdata%dat(i)%z, &
& fdata%dat(i)%qx,&
& fdata%dat(i)%qy,&
& fdata%dat(i)%qz
end do
これを C++ から呼び出すときは以下のコードで。
extern "C" {
void FEMMODULE_mp_FEMDUMMY( void );
void FEMMODULE_mp_FEMWRITE( const char *);
}
// 構造体の再定義
struct FEMDATA {
int id ;
double x,y,z;
double qx,qy,qz;
};
struct FEMFILE {
char filename[10];
char author[10];
char makedate[10] ;
int count ;
FEMDATA dat[1000];
};
extern "C" FEMFILE FEMMODULE_mp_FDATA;
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
cout << "call fortran struct" << endl;
FEMMODULE_mp_FEMDUMMY();
FEMMODULE_mp_FEMWRITE("sample03.txt");
FEMFILE &dat = FEMMODULE_mp_FDATA ;
cout << "filename: " << FEMMODULE_mp_FDATA.filename << endl;
cout << "count: " << dat.count << endl ;
return 0;
}
実は、このコードは意図的にバグがあって、filenameとかauthorとかは null 終端ではないのですよ。なので、単純に、FEMMODULE_mp_FDATA.filename を出力すると、10文字以下の文字もずらずらと表示されてしまいます。なので、この部分を string に変えたいですね。Fortran側で、NULL 分の char を入れておくという方法もあるのですが、以下な構造体で扱いたい。
struct FEMFILEX {
string filename ;
string author ;
string makedate ;
vector<FEMDATA*> dat;
};
文字列のところは string に変換して、配列のところは vector に直します。カウンターはいらないので vector::size を参照ということにしたい。欲を言えば、これを C++ のクラスにしたいですね。
Fortran の構造体と C++ のクラスを相互運用させる時、自前でちまちま書けばできないことはないのでしょうが、それだと可搬性が悪くなるし、たくさんのFortran構造体を扱ったときに、それだけで作業量が膨大になってしまう。なので、実務的にFortarn/C の相互運用を考える場合、
- Fortran構造体をC構造体に逐一直す作業
- C構造体をstring/vectorを使ったC++構造体に直す作業
を考えないといけない。これを template か適当なスクリプトでやろうかなと。1のほうはperlスクリプトかマクロを使って手作業、2のほうはtemplateを使えると良いかなと、思案中。
