将 Fortran、C++ 与 R 集成

Posted 2023-02-16

【中文标题】将 Fortran、C++ 与 R 集成

【英文标题】：Integrate Fortran, C++ with R

【发布时间】：2015-07-14 02:49:35

【问题描述】：

我的任务是用 C++ 重写一个 R 函数来加速 while 循环。除.Fortran() 外，所有R 代码都在Rcpp 和Armadillo 的帮助下重写。我首先尝试使用 Rinside，但正如 Dirk 所指出的那样，它以非常慢的速度工作。 （数据经过 R -> C++ -> R -> Fortran 代价高昂）

由于我不想用 C++ 重写 Fortran 代码，反之亦然，通过将 C++ 直接链接到 Fortran 来加速程序看起来很自然：R -> C++ -> Fortran。

// [[Rcpp::depends(RcppArmadillo)]]

#include <RcppArmadillo.h>
using namespace Rcpp;

extern "C"
   List f_(int *n,NumericMatrix a, NumericVector c, double* eps);

问题是我可以将 C++ 与 Fortran 集成，将 R 与 C++ 集成，但我无法让这三个东西一起工作！

我尝试在 Linux 中编译 C++，但找不到 RcppArmadillo.h 和 namespace Rcpp：

 error: RcppArmadillo.h: No such file or directory
 error: 'Rcpp' is not a namespace-name

当我直接在 R 中调用sourceCpp("test.cpp") 时，控制台会显示：

test.o:test.cpp:(.text+0x20b2): undefined reference to `f_'
collect2: ld returned 1 exit status
Error in sourceCpp("test.cpp") : Error occurred building shared library.

我也尝试将所有这些东西组合在一个包中

RcppArmadillo::RcppArmadillo.package.skeleton("TTTest")

但是在将.cpp和.f文件添加到/src并运行compileAttributes之后，我不知道如何处理包TTTest（我相信它无法安装）。

那么，有没有可能像我想象的那样做 Rcpp 的事情？还是需要将 Fortran 代码转换为 C/C++ 代码？

感谢您的帮助。

【问题讨论】：

您的编译器（好吧，预处理器）找不到文件“RcppArmadillo.h”。确保它与“*.cpp”文件位于同一目录中，或者以任何其他方式可访问（提示：“-I”）

是的，它应该像include "RcppArmadillo.h" 但它仍然找不到其他头文件。而且我怀疑用 Rcpp 编译文件需要更多时间，因为最后我会在 R

中调用该函数

如果这个问题仍然相关，请查看this answer。调用的函数还是一个C函数，但最后使用了一个Fortran子程序。

【参考方案1】：

我建议此类项目将您的代码整合到一个包中。我创建了一个名为mixedlang 的包的简单示例，可在this GitHub repo 获得。我将在这里描述创建包的过程。

我采取的步骤如下：

使用 RcppArmadillo::RcppArmadillo.package.skeleton("mixedlang") 从 R 中设置包结构（我只使用 RcppArmadillo 而不是 Rcpp，因为 OP 是 - 这个示例没有特定于 Armadillo） 将下述 C++ 和 Fortran 代码文件添加到 src/ 文件夹中 在 R 中，运行 Rcpp::compileAttributes("mixedlang/") 然后运行 ​​devtools::install("mixedlang/")

代码

我创建了一个简单的 C++ 函数，其唯一目的（本质上）是调用 Fortran 函数。示例函数接受一个数值向量，将每个元素乘以其索引，然后返回结果。首先我们看一下Fortran代码：

fortranfunction.f90

这个函数只接受两个双精度数并将它们相乘，然后返回结果：

REAL*8 FUNCTION MULTIPLY (X, Y) 
REAL*8 X, Y
MULTIPLY = X * Y
RETURN
END

test_function.cpp

现在我们需要从我们的 C++ 代码中调用这个 Fortran 代码。这样做时，我们需要考虑以下几点：

Fortran 参数通过引用而不是值传递。

由于MULTIPLY 是在另一个文件中定义的，我们需要在我们的 C++ 文件中声明它，以便编译器知道参数和返回类型。

一个。在为我们的 C++ 文件声明 Fortran 函数时，我们将去掉函数名的大小写并附加一个下划线，因为 Fortran 编译器默认应该这样做。

b.我们必须在extern "C" 链接规范中声明该函数； C++ 编译器通常不能使用函数名作为唯一标识符，因为它允许重载，但对于调用 Fortran 函数，我们需要它完全完成 extern "C" 链接规范所完成的工作（例如，参见 this SO answer）。

#include "RcppArmadillo.h"

// [[Rcpp::depends(RcppArmadillo)]]

// First we'll declare the MULTIPLY Fortran function
// as multiply_ in an extern "C" linkage specification
// making sure to have the arguments passed as pointers.
extern "C" 
    double multiply_(double *x, double *y);


// Now our C++ function
// [[Rcpp::export]]
Rcpp::NumericVector test_function(Rcpp::NumericVector x) 
    // Get the size of the vector
    int n = x.size();
    // Create a new vector for our result
    Rcpp::NumericVector result(n);
    for ( int i = 0; i < n; ++i ) 
        // And for each element of the vector,
        // store as doubles the element and the index
        double starting_value = x[i], multiplier = (double)i;
        // Now we can call the Fortran function,
        // being sure to pass the address of the variables
        result[i] = multiply_(&starting_value, &multiplier);
    
    return result;

示例输出

安装包后，我作为例子运行

mixedlang::test_function(0:9)
# [1]  0  1  4  9 16 25 36 49 64 81

原始发帖者问题的可能来源

最初尝试编译时，他们没有让编译器知道RcppArmadillo.h 在哪里。 尝试使用sourceCpp 这样做只是自找麻烦；它并不是真正用于处理多个文件（例如，参见 this answer by Dirk Eddelbuettel），这在处理多种语言时是必要的。

我不确定当他们试图将它卷成一个包时发生了什么，这就是我写这个例子的原因。

【讨论】：

做得很好，需要更多曝光。您是否愿意按照相同的思路发布 Rcpp Gallery 帖子？

@DirkEddelbuettel 绝对

有趣，在cran.r-project.org/doc/manuals/r-release/… 中它说：“将所有这些语言混合在一个包中是不可移植的（并且可能根本不可能），我们不支持同时使用 C++ 和Fortran 9x。”也许必须重新考虑该声明！或者它可能是因为你没有直接将 R 与 Fortran 接口？

@RalfStubner 很好地了解 R 扩展手册！看到那句话我有点惊讶，但我认为你评论中的最后一句话有一些东西——这可能是因为 Fortran 的接口严格来自 C++。 R 只能调用 Fortran 子例程，不能调用函数等，而从 C++ 调用 Fortran 通常没有问题，我认为 R 调用 C++ 函数这一事实没有理由改变这一点。我可能会用关于这些问题的更多细节来更新答案。

@duckmayr 您的回答超出了我的预期。感谢您的解释。