GNU/LINUX科學計算庫GSL安裝及測試

GSL簡介

GSL（GNU Scientific Library）是一個應用廣泛的C/C++科學計算庫，其包含了大量高效的數學函數。本文將簡單介紹Linux操作系統下GSL庫的安裝和測試。

 

GSL安裝

• 從GSL官方給出的下載點(http://mirrors.ustc.edu.cn/gnu/gsl/)，選擇適當的版本下載(其中，gsl-latest.tar.gz是最新版本，推薦)。使用命令
  $ tar –zxv –f your_file_name
  解壓，解壓完畢后進入解壓出的文件夾gsl-version_number。安裝過程是標准的三步走，如下。
• 首先使用命令配置編譯信息：
  $ [sudo] ./configure [--prefix=your_path]
  其中[ ]內為可選命令。root用戶可用sudo指令(Ubuntu操作系統下)，非root用戶請忽略；而your_path可用來指定安裝位置，默認的安裝位置通常是/usr/local（需要root權限）。非root用戶無法安裝到/usr/local，必須自己指定--prefix。
• 相繼使用命令編譯和安裝GSL庫
  $ [sudo] make
  $ [sudo] make install
  來編譯安裝GSL庫。安裝完成后，在指定的安裝位置your_path內將會出現bin、lib、include三個文件夾，分別用來存放GSL的命令行指令、函數庫和頭文件。

GSL相關環境變量的設置

• 按上面步驟安裝完成后，就可以使用GSL庫了。但是，為了使得編譯器能夠找到GSL頭文件和庫文件位置，在編譯自己的程序時需要用指令-I指定頭文件包含路徑，用指令-L指定GSL庫文件位置，並用-l連接上GSL的庫函數（gsl函數庫和gslcblas線性代數庫）。也就是說，編譯的命令應該像下面這樣(編譯器可以是gcc/g++)：
  $ gcc –Lyour_path/lib –Iyour_path/include  your_code –lgsl –lgslcblas
  其中your_path就是上面提到的GSL安裝路徑，your_code是你自己的代碼（可以使用下面的例子）。需要注意的是-lgsl -lgslcblas要放在編譯指令的最后，否則有些編譯器可能會報錯。另外，某些老版本的編譯器可能還要在最后加上-lm來連接基本數學庫。有些時候，如果你使用了c99特性，還需要在編譯時添加-std=c99指令。這樣，可以得到一個可執行文件a.out。
• 有的時候，你可能覺得每次編譯時都使用-I和-L有點麻煩，這時候可以設置環境變量。在自己的配置文件里（例如，利用指令$ vi ~/.bashrc打開自己的配置文件），在最后面加上：
  export C_INCLUDE_PATH=$C_INCLUDE_PATH:your_path/include
  export CPLUS_INCLUDE_PATH=$CPLUS_INCLUDE_PATH:your_path/include
  export LIBRARY_PATH=$LIBRARY_PATH:your_path/lib
  然后重啟命令行（或者利用指令$ source ~/.bashrc讀取配置文件）。這樣，再編譯的時候就不需要指定編譯器/連接器搜索路徑了（其中，CPLUS_INCLUDE_PATH是C++的頭文件找尋路徑，如果你只使用C語言，可以不必配置該環境變量）。然后，編譯指令就可以簡單寫為
  $ gcc your_code –lgsl –lgslcblas
• 最后，執行可執行文件./a.out前，需要將GSL的函數庫路徑加入到LD連接器的連接路徑，以保證動態鏈接的庫能夠被查找到：
  $ export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:your_path/lib
  為了方便，也可以把這行指令寫到配置文件里去。
• 這樣，我們就完成了GSL的安裝和環境變量的設置工作，現在可以盡情享受科學計算的樂趣了！

一個簡單的例子

下面給出一個簡單的示例代碼，如下：

/*example.c*/
#include <stdio.h>            
#include <gsl/gsl_sf.h>        // header: GSL special functions

int main(int argc, char const *argv[])
{
  // inputs for special functions
    double x[5] = {1.,2.,3.,4.,5.};
  // calculate zero-order Bessel function at given points
    for (int i = 0; i < 5; ++i){
        printf("J0(%.3f) = %.3f\n", x[i], gsl_sf_bessel_J0(x[i]));
    }
    return 0;
}

上面的代碼計算了0階貝塞爾函數在五個點處的函數值。輸出如下：

J0(1.000) = 0.765
J0(2.000) = 0.224
J0(3.000) = -0.260
J0(4.000) = -0.397
J0(5.000) = -0.178

更多的用法，推薦參考GSL的用戶手冊(https://www.gnu.org/software/gsl/doc/latex/gsl-ref.pdf)，里面詳細介紹了各種庫函數的用法，並有相應的例子。