在Linux环境下使用gfortran编译器生成fortran语言的.so共享对象文件 并使用JNA调用 带参方法

Posted 2021-07-14 新来的大狮

在Linux环境下使用gfortran编译器生成fortran语言的.so共享对象文件 并使用JNA调用 带参方法

• • 1 致谢和参考文章
  • • 1.1 致谢
    • 1.2 参考文章
  • 2 环境介绍
  • 3 整体思路
  • 4 具体步骤
  • • 4.1 环境准备
    • 4.2 编写测试的fotran源文件
    • 4.3 在linux环境中编译fortran源文件
    • 4.4 将生成的.so放置于linux的某个绝对路径下，为JNA调用时的路径提供依据
    • 4.5 编写JNA调用.so测试程序 - 部分主要代码
    • 4.6 执行测试程序
  • 5 注意事项和坑
  • • 5.1 传入参数未使用引用类型（报错）
    • 5.2 方法返回值使用引用类型， 并用实现类对其进行 向下强制转型（报错）

1 致谢和参考文章

1.1 致谢

Godzilla_BB

1.2 参考文章

CentOS下安装gfortran

linux下gfortran生成so文件

Linux查看.so文件中函数

JNA调用.dll或.so动态链接库文件

fortran 和 java_JNA实现Java调用Fortran

2 环境介绍

Java开发环境 IDEA-2018.3

Fortran开发环境 VS2019-community + XE2020

Linux环境 VMware 15 中的 centos 7

3 整体思路

① 准备好linux环境，并安装gfortran。

② 编写好 待测试/使用的fortran源文件。

③ 将fortran源文件 在linux系统中 使用gfortran 编译成.so共享库文件，并放置于某个绝对路径下。

④ 使用JNA编写java调用.so文件的测试程序。

4 具体步骤

4.1 环境准备

准备一台虚拟机，并安装Centos7操作系统。

gfortran安装 （centos环境，以root身份运行，终端输入命令无需sudo）

安装命令： yum install gcc-gfortran

测试是否安装成功：gfortran -v

4.2 编写测试的fotran源文件

测试源文件为 Source2.f90 （封装了一个简单的加法函数）

integer function add_so(first, second)
    implicit none
    integer first,second
    
    add_so = first + second
    return
    end function

4.3 在linux环境中编译fortran源文件

将源文件Source2.f90编译成 add.so的共享对象文件

编译命令：gfortran -shared -fPIC -o add.so Source2.f90

编译成功后 输出的add.so文件

查看并验证add.so中暴露的端口是否有源文件的add_so方法。

注意，暴露的方法默认会给源文件中定义的方法增加一个下划线，即：方法名变成 add_so_

查看命令： nm -D add.so

4.4 将生成的.so放置于linux的某个绝对路径下，为JNA调用时的路径提供依据

测试存放路径为 /root/user/add.so

4.5 编写JNA调用.so测试程序 - 部分主要代码

使用的JNA的Maven仓库依赖

		<!--JNA相关依赖-->
        <dependency>
            <groupId>net.java.dev.jna</groupId>
            <artifactId>jna</artifactId>
            <version>4.2.2</version>
        </dependency>

为将调用的.so文件编写接口文件SoTest.java

注意必须使用抽象父类ByReference，使用实现子类会发生错误

注意.so文件暴露的接口方法后 默认要增加一个下划线，即：add_so_

import com.sun.jna.Library;
import com.sun.jna.ptr.ByReference;

public interface SoTest extends Library {
//    注意必须使用抽象父类ByReference，默认情况下，fortran使用引用参数
//    使用IntByReference实现类等会发生错误
    int add_so_(ByReference a, ByReference b);
//    int add_so_(int a, int b);
}

测试.so文件的程序代码（注意匹配.so文件的路径）
测试时若页面返回 996 则表示调用成功

	/**
     * linux环境测试调用简单的.so文件
     * @return
     */
    @RequestMapping(value = "/soTest")
    public String soTest(){
//        String libName = "mytest";
        String libName = "/root/user/add.so";
        SoTest soTest = (SoTest) Native.loadLibrary(libName, SoTest.class);
        
//        带参数的test_so
        IntByReference a = new IntByReference(995);
        IntByReference b = new IntByReference(1);

        int result = soTest.add_so_(a, b);
        System.out.println("操作完成");

        return "result = " + result;

    }

4.6 执行测试程序

测试程序本身处于一个Springboot的 web 项目中，结果将以页面形式返回。

返回结果

最终输出996， 使用 JNA 调用带参数的 fortran语言的.so文件 成功。

5 注意事项和坑

在为fortran调用的函数而编写的 java接口文件中，即SoTest.java中 【详见4.5】

5.1 传入参数未使用引用类型（报错）

针对带有参数的方法，必须使用引用类型。否则会发生致命错误 导致 Failed to write core dump

演示的错误代码 - 传入参数未使用引用类型

public interface SoTest extends Library {
//    注意必须使用抽象父类ByReference，默认情况下，fortran使用引用参数
//    使用IntByReference实现类等会发生错误
//    int add_so_(ByReference a, ByReference b);
    int add_so_(int a, int b);
}

具体错误如下

#
# A fatal error has been detected by the Java Runtime Environment:
#
#  SIGSEGV (0xb) at pc=0x00007f3943dfe6a5, pid=3947, tid=0x00007f3968fa9700
#
# JRE version: Java(TM) SE Runtime Environment (8.0_144-b01) (build 1.8.0_144-b01)
# Java VM: Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (25.144-b01 mixed mode linux-amd64 compressed oops)
# Problematic frame:
# C  [add.so+0x6a5]  add_so_+0x10
#
# Failed to write core dump. Core dumps have been disabled. To enable core dumping, 
try "ulimit -c unlimited" before starting Java again
#
# An error report file with more information is saved as:
# /root/user/******/hs_err_pid3947.log
#
# If you would like to submit a bug report, please visit:
#   http://bugreport.java.com/bugreport/crash.jsp
# The crash happened outside the Java Virtual Machine in native code.
# See problematic frame for where to report the bug.
#
已放弃(吐核)

5.2 方法返回值使用引用类型， 并用实现类对其进行 向下强制转型（报错）

针对为fortran文件编写的java接口中，暴露的方法返回类型 需要使用 基本类型接收 （相对于引用类型而言） ， 否则会发生抽象引用类型无法实例化，缺少一个无参构造函数的错误。

演示的错误代码 - 方法返回值使用引用类型，并用实现类对其进行 向下强制转型

接口定义 SoTest.java

public interface SoTest extends Library {
//    注意必须使用抽象父类ByReference，默认情况下，fortran使用引用参数
//    使用IntByReference实现类等会发生错误
//    int add_so_(ByReference a, ByReference b);
//    int add_so_(int a, int b);
    ByReference add_so_(ByReference a, ByReference b);
}

测试程序的接收， 用实现类对抽象引用类型强制向下转型发生错误

	/**
     * linux环境测试调用简单的.so文件
     * @return
     */
    @RequestMapping(value = "/soTest")
    public String soTest(){
//        String libName = "mytest";
        String libName = "/root/user/add.so";
        SoTest soTest = (SoTest) Native.loadLibrary(libName, SoTest.class);

//        带参数的test_so
        IntByReference a = new IntByReference(995);
        IntByReference b = new IntByReference(1);

        System.out.println("a = " + a.getValue());
        System.out.println("b = " + b.getValue());

//        int result = soTest.add_so_(a, b);
//        int result = soTest.add_so_(995, 1);

        int result = ((IntByReference)soTest.add_so_(a,b)).getValue();
        System.out.println("操作完成");

        return "result = " + result;

    }

具体错误 - 部分

ERROR 4173 --- [nio-9010-exec-1] o.a.c.c.C.[.[.[/].[dispatcherServlet]    : 
Servlet.service() for servlet [dispatcherServlet] in context with path [] threw 
exception [Request processing failed; nested exception is 
java.lang.IllegalArgumentException: Can't create an instance of class 
com.sun.jna.ptr.ByReference, requires a no-arg constructor: 
java.lang.InstantiationException: com.sun.jna.ptr.ByReference] with root cause

java.lang.IllegalArgumentException: Can't create an instance of class 
com.sun.jna.ptr.ByReference, requires a no-arg constructor: 
java.lang.InstantiationException: com.sun.jna.ptr.ByReference
	at com.sun.jna.NativeMappedConverter.defaultValue(NativeMappedConverter.java:55) ~[jna-4.2.2.jar!/:4.2.2 (b0)]
	at com.sun.jna.NativeMappedConverter.<init>(NativeMappedConverter.java:44) ~[jna-4.2.2.jar!/:4.2.2 (b0)]
	at com.sun.jna.NativeMappedConverter.getInstance(NativeMappedConverter.java:32) ~[jna-4.2.2.jar!/:4.2.2 (b0)]
	at com.sun.jna.Function.invoke(Function.java:312) ~[jna-4.2.2.jar!/:4.2.2 (b0)]
	at com.sun.jna.Library$Handler.invoke(Library.java:236) ~[jna-4.2.2.jar!/:4.2.2 (b0)]
	at com.sun.proxy.$Proxy56.add_so_(Unknown Source) ~[na:na]
	....等等信息