F2PY 和 Windows#

警告

F2PY 对 Windows 的支持并不总是与 Linux 支持相同

注意

SciPy 的文档包含一些关于系统级依赖项的信息，这些依赖项也经过了 Fortran 的良好测试。

广义地说，在 Windows 上使用 F2PY 存在两个问题：

  • 缺乏积极开发的 FOSS Fortran 编译器，以及，

  • 与构建 Python-C 扩展的 C 运行时库相关的链接问题。

本节的重点是建立在 Windows 上通过 F2PY 原生开发和扩展 Fortran 模块的指南。

当前支持的工具链有：

  • Mingw-w64 C/C++/Fortran 编译器

  • Intel 编译器

  • Clang-cl + Flang

  • MSVC + Flang

概述#

从用户的角度来看，最兼容 UNIX 的 Windows 开发环境是通过模拟，无论是通过适用于 Linux 的 Windows 子系统，还是通过 Docker。同样，VirtualBox 等传统虚拟化方法也是在 Windows 上开发 UNIX 工具的合理方法。

原生 Windows 支持通常除了使用商业编译器之外都受到阻碍。然而，截至 2022 年，大多数商业编译器都有足以满足一般用途的免费计划。此外，f2py支持的 Fortran 语言特性（部分覆盖 Fortran 2003），意味着通常不需要较新的工具链。简而言之，对于最终用户，按使用顺序排列：

经典 Intel 编译器（商业）

这些编译器得到积极维护，尽管可能适用许可限制，如F2PY 和 Windows Intel Fortran中进一步详述。

适合通过 MSVC 构建原生 Windows 程序的普遍用途。

MSYS2 (FOSS)

结合 mingw-w64 项目，可以使用 gfortran 和 gcc 工具链原生构建 Windows 程序。

适用于 Linux 的 Windows 子系统

假设使用 gfortran，这可用于交叉编译 Windows 应用程序，但复杂得多。

Conda

conda 中对 Windows 编译器的支持是通过拉取 MSYS2 二进制文件实现的，然而这些已过时，因此不推荐（截至 2022 年 1 月 30 日）。

PGI 编译器（商业）

如果存在现有许可证，则未维护但足够。原生工作，但已被 Nvidia HPC SDK 取代，没有原生 Windows 支持。

Cygwin (FOSS)

也可用于 gfortran。然而，Cygwin 提供的 POSIX API 兼容层旨在在 Windows 上编译 UNIX 软件，而不是构建原生 Windows 程序。这意味着需要交叉编译。

到目前为止描述的编译套件与 F2PY CLI 暴露的现已弃用的 np.distutils 构建后端兼容。额外的构建系统用法（meson、cmake），如F2PY 和构建系统中所述，允许更灵活的编译器后端集，包括：

Intel oneAPI

较新的 Intel 编译器（ifx、icx）基于 LLVM，可用于原生编译。许可要求可能很繁琐。

经典 Flang (FOSS)

PGI 编译器的骨干被“借鉴”以形成“经典”或传统版本的 Flang。这可以从源代码编译并原生使用。LLVM Flang 尚未支持 Windows（截至 2022 年 1 月 30 日）。

LFortran (FOSS)

两种基于 LLVM 的编译器之一。并非所有 F2PY 支持的 Fortran 都可以编译（截至 2022 年 1 月 30 日），但使用 MSVC 进行原生链接。

基准#

本文档将假设以下基本工具：

基于此基准配置，我们将进一步考虑以下配置矩阵：

支持矩阵，exe 表示 Windows 安装程序#

Fortran 编译器

C/C++ 编译器

来源

Intel Fortran

MSVC / ICC

exe

GFortran

MSVC

MSYS2/exe

GFortran

GCC

WSL

经典 Flang

MSVC

源代码 / Conda

Anaconda GFortran

Anaconda GCC

exe

要了解促使需要这种矩阵的关键问题，Pauli Virtanen 关于 Windows 上带有 Fortran 的轮子的深入文章是一个极好的资源。JeanHeyd Meneide 的这篇文章有趣地解释了应用程序二进制接口（ABI）。

PowerShell 和 MSVC#

MSVC 通过 Visual Studio 套件或更轻量级（推荐）的Visual Studio 构建工具安装，并选择 使用 C++ 的桌面开发 设置。

注意

这可能需要大量时间，因为它包含大约 2GB 的下载并需要重启。

可以使用标准命令提示符中的结果环境。然而，使用开发人员 PowerShell，并在Windows 终端中配置一个配置文件，会更愉快。这可以通过将以下块添加到用于配置 Windows 终端的 JSON 文件（参见 设置->打开 JSON 文件）的 profiles->list 部分来实现：

{
"name": "Developer PowerShell for VS 2019",
"commandline": "powershell.exe -noe -c \"$vsPath = (Join-Path ${env:ProgramFiles(x86)} -ChildPath 'Microsoft Visual Studio\\2019\\BuildTools'); Import-Module (Join-Path $vsPath 'Common7\\Tools\\Microsoft.VisualStudio.DevShell.dll'); Enter-VsDevShell -VsInstallPath $vsPath -SkipAutomaticLocation\"",
"icon": "ms-appx:///ProfileIcons/{61c54bbd-c2c6-5271-96e7-009a87ff44bf}.png"
}

现在，测试编译器工具链可能看起来像：

 # New Windows Developer Powershell instance / tab
 # or
 $vsPath = (Join-Path ${env:ProgramFiles(x86)} -ChildPath 'Microsoft Visual Studio\\2019\\BuildTools');
 Import-Module (Join-Path $vsPath 'Common7\\Tools\\Microsoft.VisualStudio.DevShell.dll');
 Enter-VsDevShell -VsInstallPath $vsPath -SkipAutomaticLocation
 **********************************************************************
 ** Visual Studio 2019 Developer PowerShell v16.11.9
 ** Copyright (c) 2021 Microsoft Corporation
 **********************************************************************
 cd $HOME
 echo "#include<stdio.h>" > blah.cpp; echo 'int main(){printf("Hi");return 1;}' >> blah.cpp
 cl blah.cpp
.\blah.exe
 # Hi
 rm blah.cpp

也可以使用 $ENV:PATH 检查环境是否已正确更新。

Microsoft Store Python 路径#

这里讨论的 MS Windows 版 Python 使用哈希值安装到非确定性路径。这需要添加到 PATH 变量中。

$Env:Path += ";$env:LOCALAPPDATA\packages\pythonsoftwarefoundation.python.3.10_qbz5n2kfra8p0\localcache\local-packages\python310\scripts"