本系列为极基础的OpenFOAM编程示例。

1 最简单的C++程序

下面是一个最简单的C++程序，常作为C++编程教材的第一个范例。

#include  //包含头文件iostream
using namespace std; //使用命名空间std
 
//每个C++程序都必须包含一个main函数
int main(int argc ,char *argv[])
{
    cout << "hello, c++!" << endl;
    return 0;
}

此程序代码非常简单，实现的功能也很简单：仅在屏幕上打印出一行文本。

在Linux下可以使用任何文本编辑器（如vi、vim、emacs、vscode、gedit等）创建并编辑代码，本案例中我们将代码都放在OpenFOAM的run文件夹下的Demo/demo1子文件夹中，并命名为demo1.cpp。利用下面的命令创建文件：

cd $FOAM_RUN && mkdir Demo
cd Demo && mkdir demo1 && cd demo1
touch demo1.cpp

利用tree命令查看当前文件结构，如下图所示，demo1文件夹下仅有一个名为demo1.cpp的源文件。

打开源文件，输入上面的程序代码，如下图所示。

保存文件demo1.cpp。

在Linux中可以使用g++对C++程序进行编译，从而得到可执行文件。在Linux终端利用cd命令Demo/demo1路径下，执行下面的命令进行编译：

g++ demo1.cpp -o demo1

此时在当前路径下生成可执行文件demo1，如下图所示。输入./demo1可执行该程序，其在屏幕上打印出一行字符。

此程序是如此的简单，并没有什么复杂的内容可讲，网络上随便找本C++教程都能够获取此程序的详细解释，本示例的目的也并不是要解释此程序。

2 OpenFOAM程序

上面的程序可以利用OpenFOAM提供的函数库进行改写。如改写成下面的形式：

#include "IOstreams.H"
using namespace Foam; //OpenFOAM定义的命名空间
 
int main(int argc, char *argv[])
{
    // Info等同于标准C++中的cout，nl等同于endl
    Info << "Hello, CPP！" << nl;
    return 0;
}

保存该文件名为demo1OF.cpp。（注意：OpenFOAM习惯使用大写C作为扩展名，这里只是为了与前面的程序相对应而使用cpp扩展名）

相同的方式进行编译，然而出现了错误，如下图所示。

提示找不到头文件IOstreams.H。

此文件是OpenFOAM重写的IO头文件，然而g++并不知道此文件的位置，于是提示找不到此文件。OpenFOAM提供了程序编译工具wmake以帮助我们更方便地编译程序，该工具与Linux中常用的make工具类似，不过要更加的简单。

使用wmake需要在当前路径下创建一个名为Make的文件夹，并在Make文件夹中创建一个名为files及options的文件。

注：OpenFOAM提供了更简单的工具foamNewApp来快速创建文件结构。

”

利用下面的命令很容易实现：

mkdir Make
touch Make/files Make/options

此时文件夹结构如下图所示。

Make文件夹中的两个文件：

• files：指定源文件与目标文件的位置
• options：指定头文件与外部库的位置

这里需要修改这两个文件。

• 打开files文件，输入下面的内容

demo1OF.cpp
EXE = demo1OF

• 打开options文件，输入下面的内容

EXE_INC = -I$(FOAM_SRC)/finiteVolume/lnInclude
EXE_LIBS = -lfiniteVolume

这里的$FOAM_RUN指的是OpenFOAM的src文件夹所在的位置，也可以使用$LIB_SRC或者直接用src文件夹的绝对路径。

• 输入./demo1OF运行程序

程序运行结果如下图所示。可以看到程序顺利执行。

可以看到，调用了OpenFOAM的C++程序编译起来也很简单，只是需要额外的填写Make文件夹中的files与options文件即可。

3 数据类型

OpenFOAM对基础C++类型进行了封装，如将int类型重定义为label，将float或double类型重定义为scalar，还有更复杂的向量类vector与张量类tensor，下面举几个简单例子看看。

3.1 基本数据类型

在Demo文件夹下利用下面的命令创建文件：

mkdir demo2 && cd demo2
mkdir Make
touch demo2.C Make/files Make/options

文件结构如下图所示。

• 打开files文件，输入下面的内容

demo2.C
EXE = demo2

• 打开options文件，输入下面的内容

EXE_INC = -I$(FOAM_SRC)/finiteVolume/lnInclude 
        -I$(FOAM_SRC)/meshTools/lnInclude
 
EXE_LIBS = -lfiniteVolume -lmeshTools

• 打开demo2.C，输入下面的内容

#include "fvCFD.H"
int main()
{
    label a = 5;  // label相当于int
    scalar pi = 3.14159;  // scalar相当于float或double
    Info << a << "+" << pi << "=" << a+pi << nl;
    Info << a << "*" << pi << "=" << a*pi << nl << nl;
 
    return 0;
}

利用wmake编译并运行，结果如下图所示。

3.2 标量、向量与张量

前面的案例可以看到，我们可以使用OpenFOAM重新包装过的数据类型。除了简单的label、scalar、word（字符串）类型之外，还可以使用更复杂的向量和张量类型。

如下面的例程demo3.C。

#include "fvCFD.H"
 
int main(int argc, char *argv[])
{
    scalar a = 5.3; // 定义一个标量
    vector m(1, 2, 3); // 定义一个向量
    vector n(0.5, 0.25, 1.0);
    tensor p(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9); //定义一个3x3的张量
 
    Info << "标量与向量相乘" << endl;
    Info << a << "*" << m << "=" << a * m << endl;
 
    Info << "两个向量相乘" << endl;
    Info << m << "*" << n << "=" << m * n << endl;
 
    Info << "两个向量点积" << endl;
    Info << m << "." << n << "=" << (m & n) << endl;
 
    Info << "张量与向量相乘" << endl;
    Info << p << "&" << m << "=" << (p & m) << endl;
 
    return 0;
}
 

files与options文件的编写规则与前面的案例相同，这里就不重复描述了。

运行结果如下图所示。

3.3 列表与场变量

除了标量、向量与张量外，OpenFOAM还定义了列表与场变量。列表与C++标准库中的List类使用方法基本一致。

看下面的例程。

#include "fvCFD.H"
 
int main(int argc, char *argv[])
{
    // 定义一个包含10个标量值的列表
    List myList(10);
 
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        myList[i] = i;
    }
    Info << nl << myList << nl;
 
    // 利用forAll输出myList列表中的各元素
    // forAll是OpenFOAM对for语句的封装，在容器迭代过程中非常好用
    forAll(myList, i)
    {
        Info << myList[i] << 't';
    }
    Info << nl << nl;
 
    return 0;
}
 

编译及运行结果如下图所示。

场变量比较复杂，OpenFOAM中最常见的场变量包括volScalarField与volVectorField，分别表示体标量场与体向量场，在访问访问内部数据时会用到，这个以后有时间再说。