參考：

• https://github.com/UnnamedMoose/BasicOpenFOAMProgrammingTutorials

• https://www.topcfd.cn/simulation/solve/openfoam/openfoam-program/

• https://www.tfd.chalmers.se/~hani/kurser/OS_CFD/

• https://github.com/ParticulateFlow/OSCCARdoc/blob/master/openFoamUserManual_PFM.pdf

• https://www.youtube.com/watchv=KB9HhggUi_E&ab_channel=UCLOpenFOAMWorkshop

• http://dyfluid.com/#

• 
  

• 感謝原作者們的無私引路和寶貴工作。

前置：

https://aerosand.cn/categories/CFD/

強(qiáng)烈建議在學(xué)習(xí)過計算流體力學(xué)基礎(chǔ)以及有限體積法之后再開始本系列學(xué)習(xí)。至少也要同時開始，不然最后可能很難理解 OpenFOAM 求解器標(biāo)準(zhǔn)算法。

OpenFOAM 是什么呢？引用 wiki 解釋如下

OpenFOAM (for "Open-source Field Operation And Manipulation") is a C++ toolbox for the development of customized numerical solvers, and pre-/post-processing utilities for the solution of continuum mechanics problems, most prominently including computational fluid dynamics (CFD).

我們從簡單的 C++ 程序?qū)崿F(xiàn)開始，簡單了解編譯原理，通過 makefile 逐漸掌控我們的項目，過渡到了解 OpenFOAM 的 Make 實現(xiàn)方式，然后認(rèn)識 OpenFOAM 的基本程序，最后逐漸深入 OpenFOAM 的程序開發(fā)。

鑒于 OpenFOAM 的使用環(huán)境，我們選擇在 ubuntu 22.04 系統(tǒng)環(huán)境中，基于 OpenFOAM 2306 版本進(jìn)行開發(fā)，方便起見使用 vscode 工具。

OpenFOAM 的安裝，vscode 的安裝，快捷命令的自定義等討論參見 [OpenFOAM 環(huán)境準(zhǔn)備 | ???????????????? (aerosand.cn)](https://aerosand.cn/posts/20230331145640/)

原生實現(xiàn)

我們使用 C++ 寫一段簡單的 “hello world” 程序。

hello world

對于 OpenFOAM 來說，項目（或者稱為應(yīng)用）寫在任何一個文件夾都可以，放在 `$FOAM_RUN` 路徑下也是為了方便管理。

比如，此學(xué)習(xí)討論中，我把項目放在自建文件夾 `/home/aerosand/aerosand/` 之下，并定義了快捷命令 `asd` 。快捷命令的自定義使用請參考 [OpenFOAM 環(huán)境準(zhǔn)備 | ???????????????? (aerosand.cn)](https://aerosand.cn/posts/20230331145640/)

例如，新建總項目文件夾（`// terminal` 表示下面命令需要在終端輸入執(zhí)行）

（`ofsp` 即 `OpenFoam sharing programming` 的縮寫）

在用戶路徑下，建立本章節(jié)的項目文件夾，例如 `/home/aerosand/aerosand/ofsp/of00_0/` 。

系列討論中可能用戶路徑以后簡寫為 `userApp/`

詳細(xì)操作演示如下

可以使用 `tree` 命令查看文件樹狀結(jié)構(gòu)（命令參考 [OpenFOAM 常用指令 | ???????????????? (aerosand.cn)](https://aerosand.cn/posts/20230331173234/)）

最后，我們能看到文件結(jié)構(gòu)為

我們約定在文件表示中，名稱后加了 `/` 的表示文件夾，反之表示文件。

我們分別寫入示例代碼，內(nèi)容如下

類的聲明 `Aerosand.h`

類的實現(xiàn) `Aerosand.cpp`

主源碼 `of00_0.cpp`

雖然我們籠統(tǒng)的把整個過程稱為“編譯”，實際上，在 Linux 系統(tǒng)下，C++ 程序的編譯過程其實分為下面幾個過程。我們將逐步拆解并實現(xiàn)各個環(huán)節(jié)。

預(yù)處理

將程序代碼中包含的 `#include` 文件插入替換到原文件中，在 Linux 系統(tǒng)下生成 `.i` 文件。

`.i` 代表著 intermediate preprocessor output 中間預(yù)處理輸出

我們在終端里通過命令執(zhí)行這一過程

?g++ 的 `-E` 標(biāo)識指定編譯器進(jìn)行預(yù)處理

g++ 的 `-o` 標(biāo)識指定編譯器生成文件的名稱

結(jié)果生成 `Aerosand.i` 和 `of00_0.i` 文件。

編譯

編譯器對預(yù)處理后的 `.i` 文件進(jìn)行進(jìn)一步語法分析，在 Linux 系統(tǒng)下生成 `.s` 文件。

`.s` 代表著 source code written in assembly 匯編語言形式的源文件

終端中執(zhí)行編譯過程

g++ 的 `-S` 標(biāo)識指定編譯器進(jìn)行編譯

結(jié)果生成 `Aerosand.s` 和 `of00_0.s` 文件。

匯編

編譯器把編譯后的 `.s` 文件轉(zhuǎn)換成可以執(zhí)行的機(jī)器指令，在 Linux 系統(tǒng)下生成 `.o` 文件。

`.o` 代表著 object file 目標(biāo)文件

終端中執(zhí)行匯編過程

?g++ 的 `-c` 標(biāo)識指定編譯器進(jìn)行匯編

結(jié)果生成 `Aerosand.o` 和 `of00_0.o` 文件。

動態(tài)庫

當(dāng)項目中有大量“類”的時候，我們希望某些“類”能固定下來提供某種“方法”，這種“方法”就形成一個可以重復(fù)使用的“庫”（library）。當(dāng)其他項目使用這個庫的時候，庫本身無需再次“預(yù)處理”，“編譯”以及“匯編”，僅僅和這個項目鏈接即可。

因為靜態(tài)庫開銷大，浪費空間，更新維護(hù)困難，所以 OpenFOAM 大量使用動態(tài)庫，我們這里也只以動態(tài)庫為例。

動態(tài)庫在**程序編譯**時并不鏈接到目標(biāo)代碼，而僅僅在**程序運行**時才被鏈接載入。不同的程序如果調(diào)用相同的庫，那么內(nèi)存里只需要一份該動態(tài)庫的可分享實例，這樣就大大減少了空間浪費。此外，因為動態(tài)庫僅在程序運行時才被鏈接載入，庫的單獨維護(hù)更新也十分方便。

編譯可以對匯編后的 `.o` 目標(biāo)文件進(jìn)行整理成動態(tài)庫，在 Linux 系統(tǒng)下生成 `.so` 文件。

`.so` 代表著 shared object 共享目標(biāo)

終端中執(zhí)行生成動態(tài)庫命令

g++ 的 `-shared` 標(biāo)識指定生成動態(tài)鏈接庫

g++ 的 `-fPIC` 標(biāo)識指定創(chuàng)建與地址無關(guān)的編譯程序，為了使得結(jié)果可以共享使用

動態(tài)庫文件以 `lib` 開頭

生成 `Aerosand.so` 文件，該文件就是可鏈接的動態(tài)庫。

鏈接

編譯器把所有的目標(biāo)文件以及庫文件都組織成一個可以執(zhí)行的二進(jìn)制文件

使用 `echo` 命令查看原本動態(tài)庫鏈接路徑，可以發(fā)現(xiàn)并不是項目本地路徑。臨時指定動態(tài)庫路徑為當(dāng)前文件夾（臨時指定不影響 OpenFOAM 動態(tài)庫路徑的環(huán)境配置）。

終端中將主源碼目標(biāo)文件和動態(tài)庫鏈接，生成可執(zhí)行文件

g++ 的 `-L` 標(biāo)識緊跟指定的庫的路徑， 使用 `-L.` 表示動態(tài)庫在當(dāng)前路徑

g++ 的 `-l` 標(biāo)識緊跟指定的庫的名稱，使用時省略 `lib` 字段

最終生成 `of00_0` 文件。

需要知道的是，無論是把新開發(fā)的庫放在其他特定路徑下，或者是本項目下，每個項目都可以鏈接使用這個動態(tài)庫，只要指定正確的鏈接路徑。這也是動態(tài)庫“相對獨立”“自由鏈接”的意義所在。

運行

運行結(jié)果為

make 實現(xiàn)

上一節(jié)的編譯過程雖然清晰，但是一步一步的執(zhí)行十分繁瑣。

我們采用 make 來管理我們的開發(fā)項目。目前很多人也會進(jìn)一步的使用 CMake 來管理項目，CMake 更加簡潔高效，不過本質(zhì)上也是基于 make 的。

我們可以為項目提供 makefile 文件通用的描述所有執(zhí)行步驟。這樣只需要簡單執(zhí)行 makefile 文件就可以編譯整個項目，大大方便調(diào)試運行。此外，上面項目的所有代碼文件都放在一起，十分不方便，所以我們對代碼進(jìn)行分類管理。

代碼準(zhǔn)備

我們建立新項目 `/home/aerosand/aerosand/ofsp/of00_1/` 。文件結(jié)構(gòu)如下：

在我們早期開發(fā)中，庫在很多情況下都只是某個項目的特定庫。所以，我們?nèi)匀话寻姸?`類` 形成的 `開發(fā)庫` 作為一個獨立的文件夾放進(jìn)開放項目內(nèi)。開發(fā)庫文件夾內(nèi)有庫自己的 `庫 makefile`。項目根目錄下有項目主源碼，開發(fā)庫文件夾，以及 `項目 makefile` 。文件結(jié)構(gòu)清晰，層次明確。

因為頭文件路徑有變化，主源碼頭文件包含修改為?

其他代碼的內(nèi)容保持不變。

庫 makefile

庫的 makefile 只負(fù)責(zé)庫的編譯，目的是得到動態(tài)庫，方便主程序鏈接使用。

makefile 文件將編譯過程簡化成“編譯”和“鏈接”兩部分，不再展開“預(yù)處理”，“匯編”的過程。編譯過程把源代碼編譯成 `.o` 目標(biāo)文件或者庫文件等中間文件，“鏈接”過程把中間文件鏈接成最后可執(zhí)行程序。

makefile 文件的基本格式為

基于前文對?C++ 項目編譯原理的過程的討論，庫 makefile 可以非常直白的寫成

順序重要。先指定動態(tài)庫的編譯，再指定匯編 `.o` 文件的編譯。

`<support>` 部分不用包括 `.h` 文件

進(jìn)入庫文件夾，執(zhí)行 makefile

清理的時候自行刪除 `.o` 文件和 `.so` 文件即可。

可以看到庫文件夾下生成了我們需要的 `libAerosand.so` 文件。

當(dāng)代碼文件繁多的時候，這么直白的寫 makefile 效率低，不利于維護(hù)，我們優(yōu)化 makefile 寫法到通用形式

希望讀者不要對 makefile 的寫法感到擔(dān)心，需要知道的都寫在本文里了，陌生的語法知道可以這么使用即可，不需要花費時間了解原因和原理。

第一段定義了一些命令的宏指代，方便第二段命令的書寫。注意獲取當(dāng)前文件夾名稱 `NAME` 的寫法，獲取當(dāng)前路徑下所有源文件 `SOURCE` 的寫法。

第二段使用宏指代寫了編譯命令，本質(zhì)上和原生寫法沒有什么區(qū)別。

第三段自定義了 `make clean` 命令。注意 `Linux` 系統(tǒng)下常見的類似寫法，例如 `*.so` 指代所有的 `.so` 文件。

動態(tài)庫編譯

結(jié)果生成了動態(tài)庫 `userApp/Aerosand/libAerosand.so` 文件（注意路徑）。

項目 makefile

我們直接寫 makefile 文件

如果主源碼沒有先生成目標(biāo)文件，而是通過 `-c` 標(biāo)識把編譯和鏈接放在一句指令內(nèi)寫完，編譯后的文件將無法執(zhí)行，這是因為 `-c` 標(biāo)識指定的生成文件不能直接運行。

程序編譯（注意要離開庫文件夾， cd 到 `userApp/` 下）

注意，makefile 中的 `make run` 部分臨時指定了動態(tài)庫鏈接路徑。

運行結(jié)果如下

vscode 插件

對于一般的 C++ 項目，推薦使用 vscode 的插件 `C/C++ Project Generator`，操作步驟如下

1. 使用 `F1` 打開快捷命令輸入，使用 `Create C++ project`

2. 彈出窗口中選擇到準(zhǔn)備好的空白項目文件夾，并打開

3. 在 `src/main.cpp` 中開發(fā)主函數(shù)代碼

4. 在 `include/` 路徑下開發(fā)頭文件的定義，在 `src/` 路徑下開發(fā)頭文件的實現(xiàn)

5. 終端使用命令 `make` 編譯此項目，`make run` 編譯并運行，`make clean` 清理項目

6. 也可以使用 `./output/main` 直接運行該程序

wmake 實現(xiàn)

OpenFOAM 并不使用 `make` 管理應(yīng)用，而是使用 `wmake` 管理應(yīng)用。

在理解了 C++ 項目的 `make` 實現(xiàn)方式之后，我們現(xiàn)在可以更加容易的明白 OpenFOAM 提供的 `wmake` 實現(xiàn)方式。

可以找到 OpenFOAM 的 `wmake` 文件夾。

大概掃一眼文件構(gòu)成，總的來說， OpenFOAM 基于原生 的 `make` 發(fā)展了自己的 `wmake` 。OpenFOAM 使用 `Make/files` 和 `Make/options` 實現(xiàn) `wmake` 的編譯管理。

OpenFOAM 約定源代碼后綴為 `.C`，頭文件后綴為 `.H` 。需要理解的是，OpenFOAM “**應(yīng)用層面**” 的 `.H` 文件更多只是為了對主源碼按功能進(jìn)行拆分，方便代碼閱讀和維護(hù)，所以并不是真實的頭文件。這和 C++ 開發(fā)層面的頭文件以及 OpenFOAM “**源碼層面**”的頭文件（如 `$FOAM_SRC/OpenFOAM/dimensionSet.H`）不同。

下面討論的都是“源碼層面”的頭文件，不討論“應(yīng)用層面”的頭文件。

代碼準(zhǔn)備

OpenFOAM 中，約定把一個“項目”稱為“應(yīng)用（application）”

建立應(yīng)用（application）`/home/aerosand/aerosand/ofsp/of00_2/` 。進(jìn)入該文件夾，寫入源代碼。

代碼內(nèi)容如下：

Aerosand 庫頭文件

Aerosand 庫源文件

應(yīng)用主源碼

注意每個代碼文件的最后都需要留個一個空白行，否則 OpenFOAM 會警告 `parse error`

類的頭文件不再需要相對路徑

OpenFOAM 提供了 Make 文件來幫助開發(fā)，其中

• `/Make/files` 指定編譯需要的所有源文件和目標(biāo)路徑以及目標(biāo)文件名稱

• `/Make/options` 指定 application 或者庫所需要包含的頭文件、鏈接的其他庫文件（包含路徑）

類似把 makefile 文件換成了 OpenFOAM 的 Make 文件

硬鏈接

硬鏈接并不需要單獨編譯庫文件，而是將庫文件直接包含在主應(yīng)用上，所以這種情況不需要準(zhǔn)備庫自己的 Make 文件。

代碼文件結(jié)構(gòu)如下

文件 `../userApp/Make/files` 內(nèi)容如下

此應(yīng)用需要“包擴(kuò)”自定義庫 Aerosand。

這里使用“包括”而不是“鏈接”，為了強(qiáng)調(diào) Aerosand 并沒有生成自己的獨立庫文件（如靜態(tài)庫 `.a` 文件或者動態(tài)庫 `.so` 文件）

文件 `userApp/Make/options` 內(nèi)容如下

因為前文臨時定義了庫的鏈接路徑，這里需要可能重啟終端，以恢復(fù) OpenFOAM 的環(huán)境配置。

執(zhí)行編譯

終端輸出信息有三段，對應(yīng)著應(yīng)用編譯的三個過程。

第一段是自定義的 Aerosand 庫編譯得到目標(biāo)文件 `Aerosand.o` （見輸出信息的末尾處）

第二段是主源碼編譯得到目標(biāo)文件 `of00_2.o` （見輸出信息的末尾處）

第三段是鏈接的過程，鏈接自定義庫或者其他的動態(tài)鏈接，最終生成可執(zhí)行文件（見輸出信息的末尾處）。

我們可以直接運行這個應(yīng)用

運行結(jié)果如下

動態(tài)庫

在實際的開發(fā)中，我們還是要使用動態(tài)庫來保證內(nèi)存和效率。

文件結(jié)構(gòu)如下

注意此時的文件結(jié)構(gòu)，庫自己單獨擁有一套 `庫 Make`?

庫 Make

為庫創(chuàng)建 Make 文件

文件 `userApp/Aerosand/Make/files` 內(nèi)容如下

注意庫使用 `LIB` 而不是 `EXE`

庫的目標(biāo)路徑結(jié)尾是 `LIBBIN`

因為這個 Aerosand 庫的實現(xiàn)不再進(jìn)一步需要鏈接其他庫，所以 `userApp/Aerosand/Make/options` 直接空置即可。

編譯這個庫

可以通過命令 `cd $FOAM_USER_LIBBIN` 確認(rèn) Aerosand 庫的編譯結(jié)果文件 `libAerosand.so` 的所在位置。

因為庫內(nèi)的類可能會有多個，甚至還有其他子庫，所以庫編譯后會同時在庫的目錄下生成 `lnInclude` 文件夾，`lnInclude` 包含了該庫所有類（/子庫）的聲明（ `.H` 文件）或者實現(xiàn) `.C文件` 的快捷方式，方便后續(xù)鏈接的時候可以提供統(tǒng)一路徑?？梢詤⒖?OpenFOAM 的 `$FOAM_SRC/OpenFOAM` 庫，可以看到根目錄下有 `lnInclude` 文件夾，其中包含了此庫內(nèi)的所有類（/子庫）的快捷方式。

在終端使用 `find` 命令搜索OpenFOAM源代碼文件的時候往往能看到相近的路徑 `lnInclude/` 下也有一個同名文件，這個就是快捷方式。我們一般選擇打開閱讀本體。

應(yīng)用 Make

因為 Aerosand 庫已經(jīng)被編譯成了動態(tài)庫，所以我們需要在應(yīng)用的 `Make/options` 文件中為應(yīng)用提供動態(tài)庫鏈接。

修改 `userApp/Make/files` 文件

修改 `userApp/Make/options` 文件

標(biāo)識符號

• `EXE_INC` 指定需要**包含**的庫

• `-I` 同樣用來指定**包含**“`庫.H`”，從 `lnInclude` 文件夾取得路徑

• `EXE_LIB` 指定需要**鏈接**的庫

• `-L` 同樣用來指定**鏈接**“`庫文件.so`”的路徑

• `-l` 同樣用來指定**鏈接**“`庫文件.so`”的名稱（字母是 link 的 l，不是 include 的 i）

一定要注意路徑，路徑對于成功編譯非常重要。一般指定的路徑都是從本地出發(fā)的（可以從本地路徑出發(fā)，定義其他庫的絕對路徑，見下文演示）。

編譯運行

編譯應(yīng)用

此時終端信息分為兩段，第一段將主源碼編譯成目標(biāo)文件，第二段鏈接動態(tài)庫到應(yīng)用，生成可執(zhí)行文件。

可以通過 `cd $FOAM_USER_APPBIN` 確認(rèn)應(yīng)用的可執(zhí)行程序被編譯到了哪里。

運行編譯生成的應(yīng)用程序

運行結(jié)果如下

結(jié)果和前面各種方式實現(xiàn)的結(jié)果相同。

OpenFOAM 類

OpenFOAM 中有大量的類。我們大概了解一些常見的類型/類：

`Switch`

• OpenFOAM 為了用戶使用簡單方便，大量使用 `Switch` 供用戶選擇。`Switch` 本質(zhì)上一種布爾類型。用戶可以使用 `false` ， `off`? ， `no` ，? `n`? ， `f` 表示否定選項，使用 `true` ，? `on` ， `yes` ， `y`? ， `t` 表示肯定選項

`label`

• 本質(zhì)上是 OpenFOAM 定義的具有 `INT_SIZE` 大小的 integer data type

`scalar`

• 本質(zhì)上是 OpenFOAM 定義的具有 `FLOAT_SIZE` 或者 `DOUBLE_SIZE` 大小的 floating-point data type

`vector`

• 矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

• 包含重載后的數(shù)學(xué)運算方法

`tensor`

• 張量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

• 包含重載后的數(shù)學(xué)運算方法

`dimensionedScalar/*Vector/*Tensor`

• 具有 OpenFOAM 單位系統(tǒng)的量

• 包含名稱、單位和取值等成員數(shù)據(jù)，以及相應(yīng)的成員方法

`scalar*/vector*/tensorField`

• 基礎(chǔ)類型的列表值

• 描述各種場

• 包含數(shù)據(jù)和方法

`dimensionSet`

• OpenFOAM 的單位系統(tǒng)

• `dimensionSet (const scalar mass, const scalar length, const scalar time, const scalar temperature, const scalar moles, const scalar current=0, const scalar luminousIntensity=0)`

• `[質(zhì)量, 長度, 時間, 溫度, 摩爾, 電流, 光強(qiáng)]`

• OpenFOAM 也提供很多單位的組合 `$FOAM_SRC/OpenFOAM/dimensionSet/dimensionSets.H`

`tmp<>`

• OpenFOAM 經(jīng)常見到的處理臨時數(shù)據(jù)的特殊類

• 因為 C++ 很多時候的內(nèi)存都需要手動管理，所以 OpenFOAM 為開發(fā)者提供此類

`IOobject`

• 提供接入 OpenFOAM 各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的方法，本身沒有成員數(shù)據(jù)

Vector 類

我們拿出 Vector 類看一下 OpenFOAM 對 Vector 類的實現(xiàn)。

找到 Vector 類，進(jìn)入文件夾，

閱讀 `Vector.H` 的介紹可知，該類是模板化的 3D Vector，繼承自 VectorSpace 并添加了 3 分量的構(gòu)造、分量元素的接口函數(shù)、點積和叉積的方法等。具體到 `Vector.H` 的代碼，可以看到簡單的方法在代碼中直接實現(xiàn)，復(fù)雜方法則大量使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)（inline funtion）以提高代碼性能。OpenFOAM 特別提供 `VectorI.H` 文件來寫內(nèi)聯(lián)函數(shù)的實現(xiàn)。該類沒有 `.C` 文件，因為所有方法都是通過內(nèi)聯(lián)函數(shù)實現(xiàn)的。其他的文件夾 `/bools` ， `/complex` ， `/floats` ，`/ints` ，`/lists` 都是 Vector 類對不同基本類型的 `typedef` 。

我們大概看一下 `Vector.H` 代碼

陌生的代碼細(xì)節(jié)可以忽略，或者網(wǎng)上查詢相關(guān)語法。

比如，基于 3 分量的構(gòu)造，其內(nèi)聯(lián)函數(shù)在 `VectorI.H` 中實現(xiàn)如下

?`Vector` 后面加后綴 `I` 用來表示是對內(nèi)聯(lián)函數(shù)的實現(xiàn)

• 成員數(shù)據(jù) `v_` 和重載的運算符 `[]` 來自父類 `VectorSpace`，查看 `$FOAM_SRC/primitives/VectorSpace/VectorSpace.H`

• 傳入函數(shù)的參數(shù)為 `vx, vy, vz`，并使用**常引用**提高性能，保證數(shù)據(jù)安全

• 函數(shù)將 3 分量參數(shù)對應(yīng)傳入類的成員數(shù)據(jù)

• 模板化的函數(shù)，類型為 `Cmpt`

• 如果我們自己寫也可以參考這種類的架構(gòu)

比如，3 分量的接口函數(shù)因為簡單，就沒有內(nèi)聯(lián)而直接跟在 `Vector.H` 對應(yīng)的聲明中直接實現(xiàn)，如下

• 對常量數(shù)據(jù)和非常量數(shù)據(jù)定義了兩套函數(shù)，提高性能

• 標(biāo)識符 `noexcept` 直接告訴編譯器該函數(shù)不會發(fā)生異常，利于編譯優(yōu)化

比如，標(biāo)量積和矢量積的聲明和實現(xiàn)分別是

聲明如下：

實現(xiàn)如下：

• `const` 約束輸入?yún)?shù)，需要使用常量 vector

• `const` 約束函數(shù)體，函數(shù)體內(nèi)部不能修改類的成員數(shù)據(jù)

• 另外聲明 `v1` 作為本類的成員數(shù)據(jù) `v_` 的引用

• 返回 `v1` 和 `v2` 的計算結(jié)果

根據(jù)類型 `Cmpt` 的不同，就實現(xiàn)了針對不同類型的方法。比如 `Vector<scalar>` 就是 `scalar` 類型的類實現(xiàn)。比如，在 `/Vector/ints/labelVector.H` 文件中說明了這一點，如下

`Vector.H` 的代碼最后還專門提供了 `Traits` 部分來說明該模板類中一些方法的方案。

比如對連續(xù)性的方案

• 如果 `Cmpt` 是連續(xù)的，那么 `Vector<Cmpt>` 也是連續(xù)的

上面這些代碼介紹主要是為了幫助讀者慢慢熟悉 C++ 語言在 OpenFOAM 中的使用，克服對 C++ 語言的陌生和恐懼，便于讀者理解下文要寫的主源碼。暫時不需要花費更多時間去閱讀更多 OpenFOAM 的源代碼，后續(xù)會有專門的系列文章閱讀和討論代碼。

我們通過一個應(yīng)用來使用 OpenFOAM 的自有類型/類。

OpenFOAM 提供快捷命令

`foamNewApp` 快速建立應(yīng)用模板

文件結(jié)構(gòu)如下

**注意，開發(fā)庫的文件結(jié)構(gòu)與前文稍有不同。因為開發(fā)庫里可能由好幾個類構(gòu)成，開發(fā)庫擁有自己的 Make 文件，集中管理多個類**

開發(fā)庫

頭文件 `myClass.H` 如下

源文件 `myClass.C` 如下

庫 Make

為開發(fā)庫寫 Make 文件

文件 `userApp/myLib/Make/files` 如下

本次開發(fā)庫的實現(xiàn)沒有用到其他庫，所以文件 `userApp/myLib/Make/options` 空置。

將開發(fā)庫編譯成動態(tài)庫

主源碼

如果我們要使用 tensor 類，不僅要包含它的頭文件，還需要包含相關(guān)的庫。

查找 tensor 庫

通過 `ls` 命令我們可以看到 `OpenFOAM` 擁有自己的 Make 文件以及 `lnInclude` ，所以 tensor 類屬于 OpenFOAM 庫。后續(xù)我們需要在應(yīng)用中包含、鏈接 OpenFOAM 庫。

同樣的，我們想要使用 `dimensionedTensor` 和 `tensorField`

可以看到這兩個類也屬于 `OpenFOAM` 庫。

我們包含這些庫，也包含自己的開發(fā)庫

主源碼如下

應(yīng)用 Make?

文件 `userApp/Make/files` 如下

原則上來說，我們應(yīng)該在 `userApp/Make/options` 里面鏈接 `OpenFOAM` 庫。實際上，因為 `OpenFOAM` 庫是最基本的庫，所以，所有的應(yīng)用都默認(rèn)隱含的自動鏈接 `OpenFOAM` 庫，無需再顯式的寫明。

所以，我們只需要在 `userApp/Make/options` 里面鏈接開發(fā)庫。

編譯運行

運行結(jié)果如下

fvCFD.H

在實際開發(fā)中，我們還需要用到更多的和 FVM 相關(guān)的類來離散求解偏微分方程。OpenFOAM 提供 `fvCFD.H` ，其中包含了大部分和 FVM 相關(guān)的頭文件，包括 tensor 類等。使用 `fvCFD.H` 可以減少主源碼要寫的頭文件數(shù)量。

我們找一下 `fvCFD.H` 文件

顯然 `fvCFD.H` 不在 `OpenFOAM 庫` 里，而是在 `finiteVolume 庫` 里，所以需要另外在 `Make/options` 中包含、鏈接。

我們將上述主源碼中的非開發(fā)庫頭文件全部替換成 `fvCFD.H` 。

此時的 `Make/options` 文件應(yīng)修改為（當(dāng)然開發(fā)庫鏈接仍然需要有）

• `finiteVolume` 被顯式的包含、鏈接

• `meshTools` 補(bǔ)充了 `finiteVolume` 中涉及的其他庫

重新編譯運行，結(jié)果相同。

OpenFOAM 應(yīng)用

在完全理解了編譯過程的種種，我們使用 OpenFOAM 提供的工具，串一個較為完整的應(yīng)用開發(fā)流程。

創(chuàng)建應(yīng)用

在用戶文件夾下創(chuàng)建應(yīng)用項目，進(jìn)入該應(yīng)用項目

接著可以拷貝一個簡單算例用于開發(fā)過程的測試

準(zhǔn)備腳本

為了方便開發(fā)，可以創(chuàng)建腳本文件，我們使用下劃線前綴表明它是一個腳本，區(qū)別于 OpenFOAM 原生文件。下面舉個例子。

`_appmake.sh` 腳本主要負(fù)責(zé)應(yīng)用的編譯，暫時寫入如下內(nèi)容

`_appclean.sh` 腳本主要負(fù)責(zé)應(yīng)用的清理，暫時寫如下內(nèi)容

`_caserun.sh` 腳本主要是負(fù)責(zé)應(yīng)用編譯成功后，調(diào)試算例的運行，暫時寫入如下內(nèi)容

`_caseclean.sh` 腳本主要是負(fù)責(zé)清理應(yīng)用到到編譯前狀態(tài)，如果應(yīng)用要修改，那么測試算例也要還原到運行前的狀態(tài)，所以暫時寫入如下內(nèi)容

庫的編譯清理也可以類似的創(chuàng)建腳本，這里不多贅述。

我們可以簡單的運行這些腳本，如下所示

說明文件

為了方便后續(xù)開發(fā)和使用，還應(yīng)該準(zhǔn)備說明文件。

寫入需要的開發(fā)備忘、運行步驟、注意事項等內(nèi)容。請不要吝嗇時間，務(wù)必花費一點點時間把問題寫清楚，不然日后轉(zhuǎn)交他人，或者自己重看，都會十分痛苦。

項目結(jié)構(gòu)

所以，應(yīng)用的文件結(jié)構(gòu)如下

主源碼

打開主源碼 `of00.C`

這里我約定

`/* comments */` 寫在代碼功能塊之前，用于正式說明或者介紹此代碼功能塊

`// comments` 寫在具體代碼行附近，用于解釋、標(biāo)記或者想法等

代碼解釋

• OpenFOAM 文件頭內(nèi)容

• 文中均省略處理

• `#include "fvCFD.H"`

• 包含了所有的 FVM 方法，通常必須

• `#include "setRootCase.H"`

• 建立應(yīng)用的參數(shù)列表的類，檢查算例文件結(jié)構(gòu)

• 使用 `find $FOAM_SRC -name setRootCase.H` 去查閱

• `#include "createTime.H"`

• 創(chuàng)建 `time` 類的 `runTime` 對象，需要算例

• `#include "creatMesh.H"`

• 求解器應(yīng)用需要該頭文件

• 創(chuàng)建 `fvMesh` 類的 `mehs` 對象

• `Info`

• OpenFOAM 提供的輸出語法，適配 OpenFOAM 多種類型

• `nl`

• OpenFOAM 提供的換行符，和 `endl` 類似

• 本系列約定，當(dāng)存在大段輸出的時候，中間換行用 `nl` ，結(jié)尾處用 `endl`

• `runTime.printExecutionTime(Info)`

• 打印時間相關(guān)信息

主源碼開發(fā)

我們在主代碼中添加簡單的內(nèi)容

開發(fā)庫 `myLibrary` 的寫法與上一節(jié)同理。這里不再重復(fù)討論，因為本例用不到，所以我們空置處理。

注意，這里演示了如何鏈接使用其他開發(fā)庫。

我們沒有使用新開發(fā)庫 `myLibrary` ，調(diào)用的依然是上一節(jié)的開發(fā)庫 `myLib` （見 `#include myClass.H`? ）。所以，我們需要妥善處理鏈接問題。

應(yīng)用 Make?

默認(rèn)生成的 `userApp/Make/files` 基礎(chǔ)上添加自開發(fā)庫

• 注意書寫格式，比如標(biāo)識符、行尾的 `\` 換行

• 原則上可以一行寫完所有語句，雖然有警告，但不是不行

• 為了方便維護(hù)，使用換行符 `\` 來換行，換行符 `\` 前面多加空格無所謂，后面如果有空格會有警告

• `EXE_INC`

• 以 `-I` 標(biāo)識開頭列出所有需要包含的頭文件的路徑

• `$(LIB_SRC)` 是環(huán)境變量

• 可以等同替換為 `-I$(FOAM_SRC)/finiteVolume/lnInclude`

• 或者直接寫成絕對地址 `-I/usr/lib/openfoam/openfoam2306/src/finiteVolume/lnInclude`

• 開發(fā)庫的調(diào)用是相對地址 `../of00_3/myLib/lnInclude`

• `EXE_LIBS`

• 小寫 `-l` 標(biāo)識列出庫的名字

• 大寫 `-L` 標(biāo)識列出庫的路徑

查看默認(rèn)生成的 `userApp/Make/file`，其內(nèi)容不需要修改。

編譯運行

編譯并運行該應(yīng)用

• 編譯時會警告 mesh 未使用，我們確實沒有使用，這不影響

運行結(jié)果如下

以后的運行結(jié)果不再贅述 OpenFOAM 標(biāo)準(zhǔn)輸出信息。

小結(jié)

到此為止，我們應(yīng)該清楚明白了 OpenFOAM 應(yīng)用開發(fā)的邏輯和架構(gòu)。

希望這樣的介紹能讓讀者感受到“清晰”和“連續(xù)”。

在實際開發(fā)中，開發(fā)庫可以是用戶自定義邊界條件，也可以是一些用戶工具等等。后續(xù)會逐漸討論OpenFOAM求解器的各個部分。