Ubuntu Fortran模块如何使用

Ubuntu 下 Fortran 模块使用指南

一 环境准备与编译要点

• 安装编译器与基础工具：在 Ubuntu 上安装 gfortran 与常用构建工具（如 build-essential），用于编译与链接 Fortran 模块与程序。
  • 命令：sudo apt update & & sudo apt install gfortran build-essential
• 模块与编译的关键点：
  • 每个模块会生成同名但扩展名为 .mod 的“模块文件”，其中包含接口与派生类型信息；同一源码目录下的其他程序或模块在使用该模块前，需要能访问到这个 .mod 文件。
  • 编译顺序：先编译定义模块的源文件（生成 .o 与 .mod），再编译使用模块的程序（通过 -I 指定模块搜索路径，若有多个目录可用多次 -I）。
  • 链接阶段：若模块中使用了外部库（如 NetCDF），需按库的要求链接相应库文件（如 -lnetcdff -lnetcdf）。

二 最小示例 定义与使用模块

• 目录结构建议：将所有源文件放在同一目录（如当前目录），便于模块文件被找到。
• 模块文件 m_math.f90

  module m_math
    implicit none
  contains
    function add(a, b) result(r)
      real, intent(in) :: a, b
      real :: r
      r = a + b
    end function add
  end module m_math
  

• 主程序 main.f90

  program main
    use m_math, only: add    ! 引入模块中的 add
    implicit none
    real :: x, y, z
    x = 1.0
    y = 2.0
    z = add(x, y)
    print *, 'add = ', z
  end program main
  

• 编译与运行

  # 1) 编译模块
  gfortran -c m_math.f90 -o m_math.o
  
  # 2) 编译主程序（当前目录已生成 m_math.mod，无需额外 -I）
  gfortran -c main.f90 -o main.o
  
  # 3) 链接生成可执行文件
  gfortran main.o m_math.o -o main.exe
  
  # 4) 运行
  ./main.exe
  

• 要点
  • use m_math 必须在 implicit none 之后（或同一位置之后），这是 Fortran 的语法约束。
  • 多文件工程建议统一放在同一目录，或显式用 -I< 模块目录> 指定模块搜索路径。

三 使用外部库的模块 以 NetCDF 为例

• 安装库（Ubuntu 22.04/24.04 等常见版本可直接用包管理器）：

  sudo apt update
  sudo apt install libnetcdf-dev libnetcdff-dev
  

• 验证安装与获取编译参数：

  nc-config --version    # 查看 NetCDF-C 版本
  nf-config --version    # 查看 NetCDF-Fortran 版本
  

• 示例程序 test_nc.f90

  program test_nc
    use netcdf            ! 使用 NetCDF Fortran 模块
    implicit none
    print *, 'NetCDF-Fortran version: ', nf90_inq_libvers()
  end program test_nc
  

• 编译与运行（推荐使用库提供的配置工具自动给出编译与链接参数）

  # 方式一：使用 nf-config 自动参数
  gfortran test_nc.f90 `nf-config --fflags --flibs` -o test_nc.exe
  
  # 方式二：手动指定包含路径与库（路径因系统而异）
  gfortran test_nc.f90 -I/usr/include -L/usr/lib -lnetcdff -lnetcdf -o test_nc.exe
  
  ./test_nc.exe
  

• 说明
  • use netcdf 会触发对 netcdf.mod 的查找；若 .mod 不在默认搜索路径，需用 -I 指定其所在目录。
  • 链接顺序在部分平台上较敏感，通常将 -lnetcdff 放在 -lnetcdf 之前更稳妥。

四 工程组织与构建工具

• 多模块工程建议将模块与使用它们的程序分目录管理，例如：

  project/
  ├─ modules/
  │  └─ m_*.f90
  ├─ prog/
  │  └─ main.f90
  └─ build/
  

  • 编译命令示例：

    # 编译模块
    gfortran -c modules/m_math.f90 -o build/m_math.o
    # 编译主程序（指定模块目录）
    gfortran -c prog/main.f90 -I modules -o build/main.o
    # 链接
    gfortran build/main.o build/m_math.o -o build/main.exe
    

• 使用 fpm（Fortran Package Manager） 可显著简化模块解析与构建：
  • 安装 fpm 后，在工程根目录执行 fpm build、fpm run 即可自动处理模块依赖与编译顺序，适合中小型项目与快速原型开发。

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