부록E. C 언어 상호운용성

부록 E. C 언어 상호운용성

E.1 개념 설명

iso_c_binding 모듈: C와 호환되는 종류 매개변수(c_int, c_double, c_char 등)와 포인터형(c_ptr)을 제공한다. Fortran의 기본 integer/real이 C의 int/double과 같다는 보장은 없으므로, 상호운용 코드에서는 반드시 이 종류를 쓴다.
bind(c) 속성: 프로시저·파생형이 C와 같은 호출 규약·메모리 배치를 따르게 한다. name="..."으로 C 쪽 심볼 이름을 정확히 지정한다.
value 속성: C는 스칼라를 값으로 전달한다(Fortran 기본은 참조 전달). C 함수의 값 인수에는 value를 붙인다. 배열·포인터는 참조로 전달된다.

E.2 문법 규격

use iso_c_binding, only: c_int, c_double, ...

interface
   function ‹name›(‹args›) bind(c, name="‹c-symbol›") result(‹r›)
      import :: ‹kinds›
      ‹type›(‹c-kind›), value :: ‹scalar-arg›   ! 값 전달
      ‹type›(‹c-kind›) :: ‹array-arg›(*)         ! 참조 전달
   end function ‹name›
end interface

type, bind(c) :: ‹name›        ! C 구조체와 호환되는 파생형
   ‹type›(‹c-kind›) :: ‹component›
end type ‹name›

E.3 예제 1 — C 함수(스칼라·배열) 호출

C로 작성한 두 함수를 Fortran에서 호출한다: 값 인수만 받는 c_hypot와, 배열을 참조로 받아 제자리에서 바꾸는 c_scale.

① C 소스

#include <math.h>

double c_hypot(double a, double b) {
    return sqrt(a * a + b * b);
}

void c_scale(double *x, int n, double factor) {
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        x[i] = x[i] * factor;
    }
}

① Fortran 소스

%%writefile interop.f90
module c_api
   use iso_c_binding, only: c_double, c_int
   implicit none

   interface
      pure function c_hypot(a, b) bind(c, name="c_hypot") result(r)
         import :: c_double
         real(c_double), value :: a, b
         real(c_double) :: r
      end function c_hypot

      subroutine c_scale(x, n, factor) bind(c, name="c_scale")
         import :: c_double, c_int
         real(c_double), intent(inout) :: x(*)
         integer(c_int), value :: n
         real(c_double), value :: factor
      end subroutine c_scale
   end interface

end module c_api

program interop
   use iso_c_binding, only: c_double, c_int
   use c_api
   implicit none
   real(c_double) :: h
   real(c_double) :: v(4)
   integer :: i

   h = c_hypot(3.0_c_double, 4.0_c_double)
   print '("c_hypot(3,4) = ", F6.3)', h

   v = [(real(i, c_double), i = 1, 4)]
   call c_scale(v, size(v, kind=c_int), 10.0_c_double)
   print '("scaled = ", 4F7.1)', v
end program interop

② 컴파일·실행 — C는 gcc로 컴파일해 목적 파일을 만들고, gfortran으로 함께 링크한다.

!gcc -O2 -c cfuncs.c -o cfuncs.o
!gfortran -O2 -std=f2018 -Wall interop.f90 cfuncs.o -o interop
!./interop

실행 결과

c_hypot(3,4) =  5.000
scaled =   10.0   20.0   30.0   40.0

c_hypot의 두 스칼라는 value로 값 전달, c_scale의 배열 x(*)는 참조 전달이라 C가 제자리에서 수정한 결과가 Fortran 쪽에 그대로 반영된다.

E.4 예제 2 — 구조체(파생형) 주고받기

bind(c) 파생형은 C 구조체와 메모리 배치가 호환된다. 점 두 개를 값으로 넘겨 거리의 제곱을 받는다.

① C 소스

struct point { double x; double y; };

double point_dist(struct point p, struct point q) {
    double dx = p.x - q.x;
    double dy = p.y - q.y;
    return dx * dx + dy * dy;
}

① Fortran 소스

%%writefile interop2.f90
module c_point
   use iso_c_binding, only: c_double
   implicit none

   type, bind(c) :: point_t
      real(c_double) :: x
      real(c_double) :: y
   end type point_t

   interface
      pure function point_dist(p, q) bind(c, name="point_dist") result(d)
         import :: point_t, c_double
         type(point_t), value :: p, q
         real(c_double) :: d
      end function point_dist
   end interface

end module c_point

program interop2
   use iso_c_binding, only: c_double
   use c_point
   implicit none
   type(point_t) :: a, b

   a = point_t(0.0_c_double, 0.0_c_double)
   b = point_t(3.0_c_double, 4.0_c_double)
   print '("dist^2 = ", F6.2)', point_dist(a, b)
end program interop2

② 컴파일·실행

!gcc -O2 -c point.c -o point.o
!gfortran -O2 -std=f2018 -Wall interop2.f90 point.o -o interop2
!./interop2

실행 결과

dist^2 =  25.00

bind(c) 파생형의 구성 요소 순서와 종류가 C 구조체와 일치해야 한다. bind(c) 형에는 allocatable·pointer 성분이나 기본값을 둘 수 없다(C에 대응물이 없다).