F2PY 和 Windows #

警告

F2PY 对 Windows 的支持与 Linux 支持不同，操作系统特定的标志可以通过python -m numpy.f2py

一般来说，在 Windows 上使用 F2PY 存在两个问题：

缺乏积极开发的 FOSS Fortran 编译器，并且，
与用于构建 Python-C 扩展的 C 运行时库相关的链接问题。

本节的重点是建立通过 Windows 上的 F2PY 本地开发和扩展 Python 的 Fortran 模块的指南。

概述＃

从用户的角度来看，与 UNIX 最为兼容的 Windows 开发环境是通过模拟，或者通过 Linux 上的 Windows 子系统，或者由 Docker 提供支持。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 支持通常会受到商业编译器使用之外的阻碍。然而，截至 2022 年，大多数商业编译器都有免费计划，足以满足一般用途。此外，（Fortran 2003 的部分覆盖）支持的 Fortran 语言功能f2py 意味着通常不需要更新的工具链。简而言之，对于最终用户来说，按照使用顺序：

经典英特尔编译器（商业）

尽管许可限制可能适用，如F2PY 和 Windows Intel Fortran中进一步详细说明，但这些都得到积极维护。

适合那些通过 MSVC 构建本机 Windows 程序的人的一般用途。

MSYS2（自由软件）

与该mingw-w64项目结合使用，gfortran工具gcc 链可用于本地构建 Windows 程序。

Linux 的 Windows 子系统

假设使用gfortran，这可以用于交叉编译 Windows 应用程序，但要复杂得多。

conda

conda通过提取 MSYS2 二进制文件可以促进Windows 对编译器的支持，但是这些二进制文件已经过时，因此不建议（截至 2022 年 1 月 30 日）。

PGI 编译器（商业）

无需维护，但如果存在现有许可证就足够了。可以在本机运行，但已被 Nvidia HPC SDK 取代，没有本机 Windows 支持。

赛格温 (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，而不是构建本机 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 公开的现已弃用的构建后端兼容。 F2PY 和构建系统中描述的 np.distutils其他构建系统使用（meson、）允许更灵活的编译器后端集，包括：cmake

英特尔oneAPI: 较新的 Intel 编译器 ( ifx、icx) 基于 LLVM，可用于本机编译。许可要求可能很繁重。
经典法兰 (FOSS): PGI 编译器的主干被拆解为 Flang 的“经典”或遗留版本。这可以从源代码编译并本地使用。LLVM Flang尚不支持 Windows (30-01-2022)。
LFortran (FOSS): 两个基于 LLVM 的编译器之一。并非所有 F2PY 支持的 Fortran 都可以编译 (30-01-2022)，但使用 MSVC 进行本机链接。

基线#

对于本文档，我们将假设使用以下基本工具：

正在考虑的 IDE 是社区支持的Microsoft Visual Studio Code
正在使用的终端是Windows 终端
假设shell环境是Powershell 7.x
来自Microsoft Store 的Python 3.10 ，可以使用以下命令进行测试
Get-Command python.exe决心 C:\Users\$USERNAME\AppData\Local\Microsoft\WindowsApps\python.exe
Microsoft Visual C++ (MSVC) 工具集

有了这个基线配置，我们将进一步考虑如下配置矩阵：

支持矩阵，exe 意味着 Windows 安装程序#
Fortran编译器	C/C++ 编译器	来源
英特尔Fortran	MSVC / 国际商会	EXE文件
GFortran	MSVC	MSYS2/exe
GFortran	海湾合作委员会	WSL
经典法兰	MSVC	来源/conda
Anaconda GFortran	海湾合作委员会Python	EXE文件

为了了解激发对此类矩阵的需求的关键问题， Pauli Virtanen 的关于 Windows 版 Fortran 的深入文章是一个极好的资源。关于应用程序二进制接口 (ABI) 的有趣解释可以在JeanHeyd Meneide的这篇文章中找到。

Powershell 和 MSVC #

MSVC 通过 Visual Studio Bundle 或带有设置的更轻（首选）的 Visual Studio 构建工具进行安装。Desktop development with C++

笔记

这可能需要大量时间，因为它包含大约 2GB 的下载并且需要重新启动。

可以通过标准命令提示符使用生成的环境。然而，使用开发人员 powershell以及Windows Terminal 中的配置文件会更令人愉快。这可以通过将以下块添加到profiles->list用于配置 Windows 终端的 JSON 文件部分来实现（请参阅参考资料）：Settings->Open JSON file

{
"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如下所示：

 # 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

还可以检查环境是否已正确更新$ENV:PATH。

Windows 应用商店 Python 路径#

此处讨论的 Python 的 MS Windows 版本使用哈希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"