fortranでfftw

実行環境　

macOS Big Sur ver 11.4
iMac(24-inch, M1, 2021)
チップ：apple M1

gcc version 13.1.0 (Homebrew GCC 13.1.0)

簡潔さのため、homebrewはすでにinstall済みとして話を進めていきます。

fftwとは　

fftwは、フーリエ変換のライブラリの一つ。中身はCで書かれてるようです。　
詳しくは本家をご参照ください。　

私は、fortran用のfftライブラリを探している中で最初に見つけたものです。　
特に、これといって選んだ理由はないです。

要約

詳しくは後述しますが、gfortranでfftwライブラリを使ったファイルを実行しようとしたところ、下記のようなエラーが出ました。　
実行文

gfortran -o fftw3_test.out fftw3_test.f90 -I/usr/local/include -L/usr/local/lib -lfftw3

エラー

Undefined symbols for architecture arm64:
  "_dfftw_destroy_plan_", referenced from:
      _MAIN__ in ccwOjQZW.o
  "_dfftw_execute_dft_", referenced from:
      _MAIN__ in ccwOjQZW.o
  "_dfftw_plan_dft_1d_", referenced from:
      _MAIN__ in ccwOjQZW.o
ld: symbol(s) not found for architecture arm64
collect2: error: ld returned 1 exit status

解決策として、サイトから直接落とすのではなくbrewを使って/opt内に改めてダウンロードし直しました。　

arch -arm64 brew install fftw

その結果　

Pruned 0 symbolic links and 5 directories from /opt/homebrew

となり、/opt下にダウンロードされ直されました。(finderからも念の為確認)
その後、　
実行文を

gfortran -o fftw3_test.out fftw3_test.f90 -I/opt/homebrew/include -L/opt/homebrew/lib -lfftw3

と書き直して、実行したところうまくいきました。

問題と対応

以下今回の対応を詳しく書いていますが、ただの自分用の備忘録なので気になる方はみてください。　
考察のところにある疑問に答えてくださる方がいれば幸いです。

ダウンロードからmake install

最初は上記のurl先から圧縮ファイルをダウンロードして以下のサイトを参考にインストールを行いました。　

Downloadsディレクトリ下にあった圧縮ファイルを解凍したのち、以下の設定でインストールし、localディレクトリにインストールしました。

User@iMac Downloads % . /configure --prefix=/usr/local/fftw3 CC=gcc MPICC=mpicc F77=gfortran --enable-mpi --enable-threads 
User@iMac Downloads % make
User@iMac Downloads % sudo make install

因みに、今回実行した時にlocal内には他にファイルはありませんでした。
以下のサイトでは、
仮にlocal内に他のファイルが既存の場合、デフォルトの設定で全てのファイルがlocalディレクトリ内に保存されるため、その影響かも？という感じの内容が書かれていました。(私の英語理解が間違ってなければ、、、)

プログラム実行

下記のサイトを参考にfftのテストプログラムを回してみた(要約と同じ流れ)。

gfortran -o fftw3_test.out fftw3_test.f90 -I/usr/local/include -L/usr/local/lib -lfftw3

エラー

Undefined symbols for architecture arm64:
  "_dfftw_destroy_plan_", referenced from:
      _MAIN__ in ccwOjQZW.o
  "_dfftw_execute_dft_", referenced from:
      _MAIN__ in ccwOjQZW.o
  "_dfftw_plan_dft_1d_", referenced from:
      _MAIN__ in ccwOjQZW.o
ld: symbol(s) not found for architecture arm64
collect2: error: ld returned 1 exit status

エラーの内容

テストプログラム中の関数_MAIN__ in ccwOjQZW.oで使用している_dfftw_destroy_plan_がエラーを起こしているようです。　

さらに実行を一度に行うのではなく、段階的にオブジェクトファイルの生成とリンクを行なったところ、コンパイル自体は通りました(当たり前ですが)。しかしリンク時に同様のエラーが生じました。

対応1

一応、Downloadsディレクトリ下でそのまま行ったのが悪かったなと思い、localに移動させて同様の処理を行いましたが、解決しませんでした。　

対応2

次に、サイトから直接落とすのではなくbrewを使って/opt内に改めてダウンロードし直しました。　

arch -arm64 brew install fftw

その結果　

Pruned 0 symbolic links and 5 directories from /opt/homebrew

となり、/opt下にダウンロードされ直されました。(finderからも念の為確認)
その後、　
実行文を

gfortran -o fftw3_test.out fftw3_test.f90 -I/opt/homebrew/include -L/opt/homebrew/lib -lfftw3

と書き直して、実行したところうまくいきました。

疑問　

なぜうまくいかなかったのか？

最初の方法でうまくいかなった理由が釈然としない。参考記事の中には2020年後のものもあったのでM1チップ環境下のものもありそうですが、明言されていなかったのでなんとも言えませんね。

iMacとMacBookでの違い

MacBookでもbrewを使ってfftwをインストールしてみました。　
すると、

Pruned 0 symbolic links and 5 directories from /usr/local

となり、iMacとの結果と異なり、元々の方法で目標であった/local内に保存されました。　
詳しい原因を探る元気は今はないので今度詳しく調べてます。　
一応予想としては、随分前にMacBookは.zshrcをいじったのことか、MacBookの方にはlocalに既存のファイルがあったことぐらいしかないです。brewのバージョンは同じでした。

参考