包装fortran程序用于R

我正在使用R，但需要做大量的数字运算，这是我想用fortran做的。我对R比较陌生，对fortran也是个新手。。。我已经有一个工作的R程序，我想优化。我创建了一个Fortran程序来解决一个ODE系统，我把它保存在一个子程序中。此外，我还使用了一个名为aux.f90的模块来存储参数和一个函数，该函数创建一个信号，并将其输入到方程中。这将按预期工作，数据保存在.txt文件中

我现在想做的是创建一个R前端，它向Fortran程序抛出参数，例如模拟的长度或解决方案中使用的步骤数。然后Fortran完成了繁重的工作，将结果保存在文件中，我可以使用R可视化文件中的数据。请参见下面的Fortran代码：

! The auxiliary module contains all parameters
module aux
implicit none

integer,parameter :: n = 2**8       ! number of steps 
real(kind=4) :: jout = 0.5          ! for normal metabolism
real(kind=4) :: alp = 4.0           ! factor for growth
real(kind=4) :: bet = 1.0           ! benefit value
real(kind=4) :: etay = 0.1          ! cost value y
real(kind=4) :: etaz = 0.10         ! cost value z
real(kind=4) :: h  = 3.0            ! Hill coefficient
real(kind=4) :: Kx = 0.07           ! saturation coefficient
real(kind=4) :: t1 = 0.0, t2 = 30.0 ! start and end point of the simulation

contains                            ! function f(t) to create a step signal

real(kind=4) function f(t)
    implicit none
    real(kind=4), intent(in)  :: t  ! taking time value
    real(kind=4)              :: tt 
    !real(kind=4), intent(out) :: s  ! giving out the signal 
    real(kind=4) :: period = 5      ! defining the period length

    tt = MODULO(t,period)

        ! Signal function
        if (tt > 0.5*period) then 
            f = 1
        else
            f = 0
        endif
end function

end module aux

! The program solving the ODE system and giving the output as a fileprogram ffl
program ffl
use aux         ! Use module aux
implicit none
integer                     :: m,j          ! iteration variable
real(kind=4), dimension(6)  :: b =(/0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0/) ! expression
real(kind=4)                :: dt                                  ! time resolution
real(kind=4), dimension(n)  :: t                                   ! time vector
real(kind=4), dimension(4)  :: x_new, x_aux, y_new, y_aux, q0      ! vectors 

! computing the time vector 
dt=(t2-t1)/real(n) ! calculating time resolution
t(1) = t1          ! setting first time value to t1 = 0

do m = 1,n         ! filling the time vector
    t(m) = t(m-1)+dt
end do
open(unit = 10,file = 'ffl.txt', status = 'unknown')
do j=1,6
    k = b(j)
    ! initial conditions
    q0(1) = 0   ! x
    q0(2) = k   ! y
    q0(3) = 0   ! z
    q0(4) = 0   ! w

    !open(unit = 10,file = 'ffl.txt', status = 'unknown')
    x_new = q0                ! set initial conditions
    write(10,*)t(1),x_new(1),x_new(2),x_new(3),x_new(4) ! saving data

    do m = 2,n
        ! Solving with a second order method 
        call derivate(t(m-1),x_new,y_new) ! call the derivate routine
        x_aux = x_new + dt*y_new

        call derivate(t(m),x_aux,y_aux)
        x_new = x_new + 0.5*dt*(y_new+y_aux)
        write(10,*)t(m),x_new(1),x_new(2),x_new(3),x_new(4) ! saving data

    end do
 end do
 close(10)
end program ffl

! The subroutine derivate gives the system of ODE's to be solved

subroutine derivate(time,y,z)
use aux              ! Use module aux
implicit none
real(kind=4), intent(in)               :: time ! input: time vector  
real(kind=4), dimension(4), intent(in) :: y    ! input: initial conditions vector
real(kind=4), dimension(4), intent(out):: z    ! output: results vector

z(1) = f(time)-y(1)                                                             !dx/dt 
z(2) = k+(1-k)*((1+Kx)*(y(1)**h))/((y(1)**h)+Kx)-y(2)                           !dy/dt
z(3) = ((1+Kx)*(y(1)**h)/((y(1)**h)+Kx)*((1+Kx)*(y(2)**h))/((y(2)**h)+Kx)-y(3)) !dz/dt
z(4) = f(time)*y(3)-etay*(k+(1-k)*((1+Kx)*(y(1)**h))/((y(1)**h)+Kx)) &          !dw/dt
       -etaz*(((1+Kx)*(y(1)**h))/((y(1)**h)+Kx)*((1+Kx)*(y(2)**h))/((y(2)**h)+Kx)) 

结束子程序派生

我已经阅读了“编写R扩展”文档，但没有发现它有什么帮助

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现在来回答问题：因为R需要一个Fortran子例程，我想用Fortran创建一个包装器子例程，它利用我现有的文件，然后我可以从R调用它。但是，我首先找不到创建这个包装器子例程的方法。甚至可以在子例程中调用实际程序吗？我在网上找不到任何有用的东西。

您确实可以使用R基本包中的

.Foreign

函数从R调用Fortran（请参见

？.Foreign

）。有关如何执行此操作的一些明确示例，请参见下面关于如何从R调用Fortran（以及C）的页面：

程序应该链接为可执行文件，因此您不能从子例程调用它-或者调用可执行文件（使用gfortran），但您可以这样做

从R调用Fortran的简单方法是R函数，它调用Fortran

子例程（不是
函数，也不是
程序）

基本步骤是：


编译Fortran DLL，导出所需的子例程（当然，它们可能是其他子例程或函数的包装器）
将DLL放在系统路径的目录中
从R中，用
使用
.Fortran
调用子例程

如果您使用gfortran，您可以只安装Rtools，它拥有您所需要的一切。如果要使用另一个编译器，可能会遇到一些问题，尤其是在名称方面

从您对user2188538的回答的评论中，我看到您已经知道了所有这些步骤，但是要非常小心使用符号名称。从
.Fortran
帮助：小心使用.Fortran编译的Fortran 9x代码：如果在配置R时使用的Fortran 9x编译器与使用的Fortran 77编译器不同，则可能无法工作，尤其是如果子例程名称不是小写或包含下划线。也可以使用.C并自己翻译任何必要的符号名

此外，我怀疑您的包装子例程不应该驻留在模块内，否则您可能会在名称方面遇到额外的问题。但这只是包装器函数的一个限制，它必须从R可见

您可以检查DLL中导出的名称（将
objdump-x your.so
发送到文件并查找导出的符号）。并在加载DLL后，用
is.loaded（“your.symbol”）
在R中进行检查。请注意，gfortran通常会在名称后附加一个下划线，而当您从R调用
.Fortran
时，则不需要附加下划线。如上所述，您可以使用
.C
（但请记住，Fortran参数是通过引用传递的）

为了检查您是否理解整个过程，我建议您在一个简单的示例上测试它，例如一个唯一的子例程
mysub（x，y，z）
，它只执行
z=x+y
。当这个程序运行时，您可以详细说明它以调用更复杂的例程

编辑
将数组参数从R传递到Fortran时，不应使用假定形状或延迟形状数组，而应仅使用假定大小的数组，即在Fortran 77中传递的常用数组。这是因为R只知道如何向原始数据传递指针，而假定形状和延迟形状需要更多信息，而R不知道这样做的数据结构

例如，您可以这样做：

subroutine mysub(n, a)
    real :: a(n, n)
    ...
end subroutine

但这肯定会失败：

subroutine mysub(a)
    real :: a(:, :)
    ...
end subroutine

此外，您不能将函数参数从R传递到Fortran，因为这需要回调的特殊数据结构（在后台，R是Scheme方言，它使用S表达式）。您可以在C语言中通过
.C
或
.Call
（请参阅和的帮助）。
谢谢您的回答。我已经尝试使用以下命令创建一个.so文件：gfortran-c-fPIC ffl.f90、gfortran-c-fPIC aux.f90，然后是gfortran-shared-o ffl.so ffl.o aux.o。然后，我使用dynload（“ffl.so”）和.Fortran（“ffl”）创建了一个.R程序，但没有成功，并导致了错误：未定义的符号：aux_MOD_k正如我所说的，我曾考虑创建一个包含上述所有部分的包装子例程，但找不到这样做的方法。任何进一步的帮助都将不胜感激。也许我只是错过了一件简单的事情：为什么不试试下面的方法？（1） 编写Fortran代码和包装Fortran函数（如果需要）；（2） 将Fortran代码编译到共享库中；（3） 编写一个简单的R包装函数（在R中，使用
dyn.load
和
.Fortran
函数）；（4） 使用R包装器函数（在R中使用
源代码
函数）。感谢您的回答！下划线确实有问题，解决方案是使用gfortran-fno second-underline-shared-o ffl.so aux.o ffl.o并使用-fno second-underline语句进行编译。