Flang：LLVM Fortran 前端简介

Fortran定义

• 高性能计算（HPC）中的流行语言
• 大量遗留代码
• 用途
  天气预报（WRF、UM）、数值模拟/建模
  库：LAPACK、BLAS
• Fortran程序员通常期望，过去成功编译过的代码将继续无限期地编译并正常运行。

处理流程

Preprocess

将代码转换为“已处理”的字符流。
展开宏，规范化字符大小写。
提供每个字符的来源映射信息，即追踪每个字符来自何处。

Parse

递归下降解析（Recursive Descent Parsing）
采用 ISO 标准 Fortran 2018 作为主要定义
接受来自 Fortran 前版本的功能，以及虽然未在规范中明确列出但已知正在使用中的功能。

Semantic Analysis

检查标准中提到的规则/约束
标签解析（goto 语句、带标签的 DO 语句到无标签的 DO 语句）
解析名称（名称、符号，填充解析树中的 parser::Name::symbol 和其他字段）
检查 DO CONCURRENT 约束
分析表达式和赋值
生成模块文件
降级以生成 Fortran IR（MLIR 的一种方言）

module file

以 Fortran 源代码形式存储

• 包含头部信息（包含魔术数、版本号、校验和）
• 包含实体声明的主体部分

无需预处理
参见 docs/ModFiles.md

FIR和OpenMP

MLIR

基于 MLIR 的 FIR

• FIR（Fortran Intermediate Representation）建模了 Fortran 语言，但不表示 OpenMP 构造。

因此 OpenMP 有自己的 MLIR

• OpenMP 使用自己的 MLIR 表示其特定的并行构造。

共同框架，不同功能

• MLIR 提供了一个通用的框架，但不同的语言或特性（如 Fortran 和 OpenMP）在其上实现各自的功能。

OpenMP IRBuilder

• OpenMP 使用专门的 IRBuilder 来构建其中间表示（IR）。

复用 Clang 的代码生成器

• 利用 Clang 已有的代码生成器来处理 OpenMP 构造。

重构 Clang 中的 OpenMP 代码生成器并移至 LLVM 目录

• 将 Clang 中与 OpenMP 相关的代码生成逻辑进行重构，并将其移动到 LLVM 的目录中。

OpenMP

OpenACC

从解析器（功能完整）开发到运行时
使用 OpenACC MLIR 方言

• 尚未完成

将解析树降级为 MLIR

• 在 fir-dev 分支中

商业版Fortran

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Reference

Flang:TheFortranfrontendofLLVM

• https://archive.fosdem.org/2020/schedule/event/llvm_flang/
  2021 LLVMDev Mtg“Introduction to the Flang Frontend"

• https://youtu.be/0eAOKA_GnS0
  Flang’sdocumentation

• https://releases.llvm.org/11.0.0/tools/flang/docs/
  Fortran Compilers

• https://fortran-lang.org/compilers/

参考

• 蔡奇含 - Flang：LLVM Fortran 前端简介 - 20220119 - PLCT实验室