如何在windows下使用f2py

什么是f2py

f2py是一个将fortran或者c程序转化成python可以调用的库的工具，它几乎和numpy同时出现，使用也相对比较方便，因此一直在numpy包中。在早期，f2py起到的作用类似于numba。你可以将程序的主要逻辑交给python处理，把计算交给fortran，这样兼顾了开发效率和运行效率。并且f2py也可以反向使用，即在fortran中调用python，但是这多少给人有脱裤子放屁的感觉。

现在人们很少用它的原因一方面是numpy已经提供了效率极高的库函数，几乎没有什么需要自己重新写。另外利用numba对循环进行加速的效率也几乎和二进制一致，而实现又非常简单，只需加一个装饰器 @jit。尽管numba并不支持python所有的特性，但是我们完全可以把python当做不需要声明变量类型的fortran使用，这样一些功能基本上已经得到numba的支持，因此f2py的使用场合越来越少。

可是在实践当中，如果手动将一些反复调用的计算过程用fortran重写，在效率上还是可以得到显著提升的。这里面主要原因在于两点：（一）fortran程序是要明确接口数据类型的，节省大量开销；julia语言就借鉴了这一点，如果要获得更好的性能，应明确接口数据类型。（二）numba也未必总是可以优化到原生代码的水平。

在linux下安装和使用f2py相对比较简单，但是在windows下即使安装了anaconda还是要做一些后期处理，因此略显麻烦。这篇文章就是简单总结一下最近实践的结果，首先说明如何在windows下安装f2py，然后简单说明说明如何使用f2py，最后给出一些运算效率的评价。

如何安装和配置

首先需要做的预备工作是安装anaconda，其自带f2py。然后需要一个额外的步骤是安装mingw和libpython。打开powershell，输入以下命令，将会安装mingw和libpython。其中mingw自带gfortran编译器。

conda install mingw, libpython

安装完成后还需要将mingw中可执行文件的路径加入到windows系统的path当中。通常mingw会安装在anaconda目录下，打开后进入“bin”目录，将路径复制加入path。加入路径的方式通常为，右键我的电脑，选择“属性”，在“高级属性”中找到“环境变量”的选项，在环境变量中找到“path”变量，在path变量的末尾添加当前路径，记得用分号和其它路径隔开。

然后在powershell中输入f2py.exe，看系统是否可以找到这个命令。

以上的过程在win7或者win10下是一致的，后期编译就用gfortran。如果你安装了intel-fortran或者其它fortran编译器，需要在编译的时候指定他们的名字。

如何使用f2py

使用f2py你需要对fortran有一定的了解。f2py已经停止开发很多年，它只支持fortran90的很少一部分特性，因此对于编译器的要求并不高。目前mingw的64位版本自带的fortran编译器只到4.7，但是绝大部分常用语法都已经实现，完全支持fortran95的标准，并且支持openmp3.5。更新的编译器无非是支持fortran语言的新标准，并不影响使用。

由于fortran是一门在上古时期的已经存在的语言，并且为了兼容、效率等原因，有许多自己的特点，而实际上只是为了和python一起使用，其实并不需要掌握太多细节。这里仅仅举一个例子说明f2py的用法，至于如何学习一个精简版的fortran，在其它地方说明。

例如现在要计算两个实数的加法，安照fortran的做法要首先写一个子过程(subroutine)如下。

subroutine myadd(a,b,c)
implicit none
real*8::a,b
real*8,intent(out)::c
c=a+b