[AMDGPU] Make v8i16/v8f16 legal
[llvm-project.git] / flang / docs / Extensions.md
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1 <!--===- docs/Extensions.md 
2   
3    Part of the LLVM Project, under the Apache License v2.0 with LLVM Exceptions.
4    See https://llvm.org/LICENSE.txt for license information.
5    SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 WITH LLVM-exception
6   
7 -->
9 # Fortran Extensions supported by Flang
11 ```eval_rst
12 .. contents::
13    :local:
14 ```
16 As a general principle, this compiler will accept by default and
17 without complaint many legacy features, extensions to the standard
18 language, and features that have been deleted from the standard,
19 so long as the recognition of those features would not cause a
20 standard-conforming program to be rejected or misinterpreted.
22 Other non-standard features, which do conflict with the current
23 standard specification of the Fortran programming language, are
24 accepted if enabled by command-line options.
26 ## Intentional violations of the standard
28 * Scalar `INTEGER` actual argument expressions (not variables!)
29   are converted to the kinds of scalar `INTEGER` dummy arguments
30   when the interface is explicit and the kinds differ.
31   This conversion allows the results of the intrinsics like
32   `SIZE` that (as mentioned below) may return non-default
33   `INTEGER` results by default to be passed.  A warning is
34   emitted when truncation is possible.  These conversions
35   are not applied in calls to non-intrinsic generic procedures.
36 * We are not strict on the contents of `BLOCK DATA` subprograms
37   so long as they contain no executable code, no internal subprograms,
38   and allocate no storage outside a named `COMMON` block.  (C1415)
39 * Delimited list-directed (and NAMELIST) character output is required
40   to emit contiguous doubled instances of the delimiter character
41   when it appears in the output value.  When fixed-size records
42   are being emitted, as is the case with internal output, this
43   is not possible when the problematic character falls on the last
44   position of a record.  No two other Fortran compilers do the same
45   thing in this situation so there is no good precedent to follow.
46   Because it seems least wrong, we emit one copy of the delimiter as
47   the last character of the current record and another as the first
48   character of the next record.  (The second-least-wrong alternative
49   might be to flag a runtime error, but that seems harsh since it's
50   not an explicit error in the standard, and the output may not have
51   to be usable later as input anyway.)
52   Consequently, the output is not suitable for use as list-directed or
53   NAMELIST input.  If a later standard were to clarify this case, this
54   behavior will change as needed to conform.
55 ```
56 character(11) :: buffer(3)
57 character(10) :: quotes = '""""""""""'
58 write(buffer,*,delim="QUOTE") quotes
59 print "('>',a10,'<')", buffer
60 end
61 ```
62 * The name of the control variable in an implied DO loop in an array
63   constructor or DATA statement has a scope over the value-list only,
64   not the bounds of the implied DO loop.  It is not advisable to use
65   an object of the same name as the index variable in a bounds
66   expression, but it will work, instead of being needlessly undefined.
67 * If both the `COUNT=` and the `COUNT_MAX=` optional arguments are
68   present on the same call to the intrinsic subroutine `SYSTEM_CLOCK`,
69   we require that their types have the same integer kind, since the
70   kind of these arguments is used to select the clock rate.
71   In common with some other compilers, the clock is in milliseconds
72   for kinds <= 4 and nanoseconds otherwise where the target system
73   supports these rates.
75 ## Extensions, deletions, and legacy features supported by default
77 * Tabs in source
78 * `<>` as synonym for `.NE.` and `/=`
79 * `$` and `@` as legal characters in names
80 * Initialization in type declaration statements using `/values/`
81 * Kind specification with `*`, e.g. `REAL*4`
82 * `DOUBLE COMPLEX`
83 * Signed complex literal constants
84 * DEC `STRUCTURE`, `RECORD`, with '%FILL'; but `UNION`, and `MAP`
85   are not yet supported throughout compilation, and elicit a
86   "not yet implemented" message.
87 * Structure field access with `.field`
88 * `BYTE` as synonym for `INTEGER(KIND=1)`
89 * Quad precision REAL literals with `Q`
90 * `X` prefix/suffix as synonym for `Z` on hexadecimal literals
91 * `B`, `O`, `Z`, and `X` accepted as suffixes as well as prefixes
92 * Triplets allowed in array constructors
93 * `%LOC`, `%VAL`, and `%REF`
94 * Leading comma allowed before I/O item list
95 * Empty parentheses allowed in `PROGRAM P()`
96 * Missing parentheses allowed in `FUNCTION F`
97 * Cray based `POINTER(p,x)` and `LOC()` intrinsic (with `%LOC()` as
98   an alias)
99 * Arithmetic `IF`.  (Which branch should NaN take? Fall through?)
100 * `ASSIGN` statement, assigned `GO TO`, and assigned format
101 * `PAUSE` statement
102 * Hollerith literals and edit descriptors
103 * `NAMELIST` allowed in the execution part
104 * Omitted colons on type declaration statements with attributes
105 * COMPLEX constructor expression, e.g. `(x+y,z)`
106 * `+` and `-` before all primary expressions, e.g. `x*-y`
107 * `.NOT. .NOT.` accepted
108 * `NAME=` as synonym for `FILE=`
109 * Data edit descriptors without width or other details
110 * `D` lines in fixed form as comments or debug code
111 * `CARRIAGECONTROL=` on the OPEN and INQUIRE statements
112 * `CONVERT=` on the OPEN and INQUIRE statements
113 * `DISPOSE=` on the OPEN and INQUIRE statements
114 * Leading semicolons are ignored before any statement that
115   could have a label
116 * The character `&` in column 1 in fixed form source is a variant form
117   of continuation line.
118 * Character literals as elements of an array constructor without an explicit
119   type specifier need not have the same length; the longest literal determines
120   the length parameter of the implicit type, not the first.
121 * Outside a character literal, a comment after a continuation marker (&)
122   need not begin with a comment marker (!).
123 * Classic C-style /*comments*/ are skipped, so multi-language header
124   files are easier to write and use.
125 * $ and \ edit descriptors are supported in FORMAT to suppress newline
126   output on user prompts.
127 * Tabs in format strings (not `FORMAT` statements) are allowed on output.
128 * REAL and DOUBLE PRECISION variable and bounds in DO loops
129 * Integer literals without explicit kind specifiers that are out of range
130   for the default kind of INTEGER are assumed to have the least larger kind
131   that can hold them, if one exists.
132 * BOZ literals can be used as INTEGER values in contexts where the type is
133   unambiguous: the right hand sides of assigments and initializations
134   of INTEGER entities, as actual arguments to a few intrinsic functions
135   (ACHAR, BTEST, CHAR), and as actual arguments of references to
136   procedures with explicit interfaces whose corresponding dummy
137   argument has a numeric type to which the BOZ literal may be
138   converted.  BOZ literals are interpreted as default INTEGER only
139   when they appear as the first items of array constructors with no
140   explicit type.  Otherwise, they generally cannot be used if the type would
141   not be known (e.g., `IAND(X'1',X'2')`).
142 * BOZ literals can also be used as REAL values in some contexts where the
143   type is unambiguous, such as initializations of REAL parameters.
144 * EQUIVALENCE of numeric and character sequences (a ubiquitous extension)
145 * Values for whole anonymous parent components in structure constructors
146   (e.g., `EXTENDEDTYPE(PARENTTYPE(1,2,3))` rather than `EXTENDEDTYPE(1,2,3)`
147    or `EXTENDEDTYPE(PARENTTYPE=PARENTTYPE(1,2,3))`).
148 * Some intrinsic functions are specified in the standard as requiring the
149   same type and kind for their arguments (viz., ATAN with two arguments,
150   ATAN2, DIM, HYPOT, MAX, MIN, MOD, and MODULO);
151   we allow distinct types to be used, promoting
152   the arguments as if they were operands to an intrinsic `+` operator,
153   and defining the result type accordingly.
154 * DOUBLE COMPLEX intrinsics DREAL, DCMPLX, DCONJG, and DIMAG.
155 * The DFLOAT intrinsic function.
156 * INT_PTR_KIND intrinsic returns the kind of c_intptr_t.
157 * Restricted specific conversion intrinsics FLOAT, SNGL, IDINT, IFIX, DREAL,
158   and DCMPLX accept arguments of any kind instead of only the default kind or
159   double precision kind. Their result kinds remain as specified.
160 * Specific intrinsics AMAX0, AMAX1, AMIN0, AMIN1, DMAX1, DMIN1, MAX0, MAX1,
161   MIN0, and MIN1 accept more argument types than specified. They are replaced by
162   the related generics followed by conversions to the specified result types.
163 * When a scalar CHARACTER actual argument of the same kind is known to
164   have a length shorter than the associated dummy argument, it is extended
165   on the right with blanks, similar to assignment.
166 * When a dummy argument is `POINTER` or `ALLOCATABLE` and is `INTENT(IN)`, we
167   relax enforcement of some requirements on actual arguments that must otherwise
168   hold true for definable arguments.
169 * Assignment of `LOGICAL` to `INTEGER` and vice versa (but not other types) is
170   allowed.  The values are normalized.
171 * Static initialization of `LOGICAL` with `INTEGER` is allowed in `DATA` statements
172   and object initializers.
173   The results are *not* normalized to canonical `.TRUE.`/`.FALSE.`.
174   Static initialization of `INTEGER` with `LOGICAL` is also permitted.
175 * An effectively empty source file (no program unit) is accepted and
176   produces an empty relocatable output file.
177 * A `RETURN` statement may appear in a main program.
178 * DATA statement initialization is allowed for procedure pointers outside
179   structure constructors.
180 * Nonstandard intrinsic functions: ISNAN, SIZEOF
181 * A forward reference to a default INTEGER scalar dummy argument is
182   permitted to appear in a specification expression, such as an array
183   bound, in a scope with IMPLICIT NONE(TYPE) if the name
184   of the dummy argument would have caused it to be implicitly typed
185   as default INTEGER if IMPLICIT NONE(TYPE) were absent.
186 * OPEN(ACCESS='APPEND') is interpreted as OPEN(POSITION='APPEND')
187   to ease porting from Sun Fortran.
188 * Intrinsic subroutines EXIT([status]) and ABORT()
189 * The definition of simple contiguity in 9.5.4 applies only to arrays;
190   we also treat scalars as being trivially contiguous, so that they
191   can be used in contexts like data targets in pointer assignments
192   with bounds remapping.
193 * We support some combinations of specific procedures in generic
194   interfaces that a strict reading of the standard would preclude
195   when their calls must nonetheless be distinguishable.
196   Specifically, `ALLOCATABLE` dummy arguments are distinguishing
197   if an actual argument acceptable to one could not be passed to
198   the other & vice versa because exactly one is polymorphic or
199   exactly one is unlimited polymorphic).
200 * External unit 0 is predefined and connected to the standard error output,
201   and defined as `ERROR_UNIT` in the intrinsic `ISO_FORTRAN_ENV` module.
202 * Objects in blank COMMON may be initialized.
203 * Multiple specifications of the SAVE attribute on the same object
204   are allowed, with a warning.
205 * Specific intrinsic functions BABS, IIABS, JIABS, KIABS, ZABS, and CDABS.
206 * A `POINTER` component's type need not be a sequence type when
207   the component appears in a derived type with `SEQUENCE`.
208   (This case should probably be an exception to constraint C740 in
209   the standard.)
210 * Format expressions that have type but are not character and not
211   integer scalars are accepted so long as they are simply contiguous.
212   This legacy extension supports pre-Fortran'77 usage in which
213   variables initialized in DATA statements with Hollerith literals
214   as modifiable formats.
215 * At runtime, `NAMELIST` input will skip over `NAMELIST` groups
216   with other names, and will treat text before and between groups
217   as if they were comment lines, even if not begun with `!`.
219 ### Extensions supported when enabled by options
221 * C-style backslash escape sequences in quoted CHARACTER literals
222   (but not Hollerith) [-fbackslash]
223 * Logical abbreviations `.T.`, `.F.`, `.N.`, `.A.`, `.O.`, and `.X.`
224   [-flogical-abbreviations]
225 * `.XOR.` as a synonym for `.NEQV.` [-fxor-operator]
226 * The default `INTEGER` type is required by the standard to occupy
227   the same amount of storage as the default `REAL` type.  Default
228   `REAL` is of course 32-bit IEEE-754 floating-point today.  This legacy
229   rule imposes an artificially small constraint in some cases
230   where Fortran mandates that something have the default `INTEGER`
231   type: specifically, the results of references to the intrinsic functions
232   `SIZE`, `STORAGE_SIZE`,`LBOUND`, `UBOUND`, `SHAPE`, and the location reductions
233   `FINDLOC`, `MAXLOC`, and `MINLOC` in the absence of an explicit
234   `KIND=` actual argument.  We return `INTEGER(KIND=8)` by default in
235   these cases when the `-flarge-sizes` option is enabled.
236   `SIZEOF` and `C_SIZEOF` always return `INTEGER(KIND=8)`.
237 * Treat each specification-part like is has `IMPLICIT NONE`
238   [-fimplicit-none-type-always]
239 * Ignore occurrences of `IMPLICIT NONE` and `IMPLICIT NONE(TYPE)`
240   [-fimplicit-none-type-never]
241 * Old-style `PARAMETER pi=3.14` statement without parentheses
242   [-falternative-parameter-statement]
244 ### Extensions and legacy features deliberately not supported
246 * `.LG.` as synonym for `.NE.`
247 * `REDIMENSION`
248 * Allocatable `COMMON`
249 * Expressions in formats
250 * `ACCEPT` as synonym for `READ *`
251 * `TYPE` as synonym for `PRINT`
252 * `ARRAY` as synonym for `DIMENSION`
253 * `VIRTUAL` as synonym for `DIMENSION`
254 * `ENCODE` and `DECODE` as synonyms for internal I/O
255 * `IMPLICIT AUTOMATIC`, `IMPLICIT STATIC`
256 * Default exponent of zero, e.g. `3.14159E`
257 * Characters in defined operators that are neither letters nor digits
258 * `B` suffix on unquoted octal constants
259 * `Z` prefix on unquoted hexadecimal constants (dangerous)
260 * `T` and `F` as abbreviations for `.TRUE.` and `.FALSE.` in DATA (PGI/XLF)
261 * Use of host FORMAT labels in internal subprograms (PGI-only feature)
262 * ALLOCATE(TYPE(derived)::...) as variant of correct ALLOCATE(derived::...) (PGI only)
263 * Defining an explicit interface for a subprogram within itself (PGI only)
264 * USE association of a procedure interface within that same procedure's definition
265 * NULL() as a structure constructor expression for an ALLOCATABLE component (PGI).
266 * Conversion of LOGICAL to INTEGER in expressions.
267 * IF (integer expression) THEN ... END IF  (PGI/Intel)
268 * Comparsion of LOGICAL with ==/.EQ. rather than .EQV. (also .NEQV.) (PGI/Intel)
269 * Procedure pointers in COMMON blocks (PGI/Intel)
270 * Underindexing multi-dimensional arrays (e.g., A(1) rather than A(1,1)) (PGI only)
271 * Legacy PGI `NCHARACTER` type and `NC` Kanji character literals
272 * Using non-integer expressions for array bounds (e.g., REAL A(3.14159)) (PGI/Intel)
273 * Mixing INTEGER types as operands to bit intrinsics (e.g., IAND); only two
274   compilers support it, and they disagree on sign extension.
275 * Module & program names that conflict with an object inside the unit (PGI only).
276 * When the same name is brought into scope via USE association from
277   multiple modules, the name must refer to a generic interface; PGI
278   allows a name to be a procedure from one module and a generic interface
279   from another.
280 * Type parameter declarations must come first in a derived type definition;
281   some compilers allow them to follow `PRIVATE`, or be intermixed with the
282   component declarations.
283 * Wrong argument types in calls to specific intrinsics that have different names than the
284   related generics. Some accepted exceptions are listed above in the allowed extensions.
285   PGI, Intel, and XLF support this in ways that are not numerically equivalent.
286   PGI converts the arguments while Intel and XLF replace the specific by the related generic.
288 ## Preprocessing behavior
290 * The preprocessor is always run, whatever the filename extension may be.
291 * We respect Fortran comments in macro actual arguments (like GNU, Intel, NAG;
292   unlike PGI and XLF) on the principle that macro calls should be treated
293   like function references.  Fortran's line continuation methods also work.
295 ## Standard features not silently accepted
297 * Fortran explicitly ignores type declaration statements when they
298   attempt to type the name of a generic intrinsic function (8.2 p3).
299   One can declare `CHARACTER::COS` and still get a real result
300   from `COS(3.14159)`, for example.  f18 will complain when a
301   generic intrinsic function's inferred result type does not
302   match an explicit declaration.  This message is a warning.
304 ## Standard features that might as well not be
306 * f18 supports designators with constant expressions, properly
307   constrained, as initial data targets for data pointers in
308   initializers of variable and component declarations and in
309   `DATA` statements; e.g., `REAL, POINTER :: P => T(1:10:2)`.
310   This Fortran 2008 feature might as well be viewed like an
311   extension; no other compiler that we've tested can handle
312   it yet.
314 ## Behavior in cases where the standard is ambiguous or indefinite
316 * When an inner procedure of a subprogram uses the value or an attribute
317   of an undeclared name in a specification expression and that name does
318   not appear in the host, it is not clear in the standard whether that
319   name is an implicitly typed local variable of the inner procedure or a
320   host association with an implicitly typed local variable of the host.
321   For example:
323 module module
324  contains
325   subroutine host(j)
326     ! Although "m" never appears in the specification or executable
327     ! parts of this subroutine, both of its contained subroutines
328     ! might be accessing it via host association.
329     integer, intent(in out) :: j
330     call inner1(j)
331     call inner2(j)
332    contains
333     subroutine inner1(n)
334       integer(kind(m)), intent(in) :: n
335       m = n + 1
336     end subroutine
337     subroutine inner2(n)
338       integer(kind(m)), intent(out) :: n
339       n = m + 2
340     end subroutine
341   end subroutine
342 end module
344 program demo
345   use module
346   integer :: k
347   k = 0
348   call host(k)
349   print *, k, " should be 3"
354   Other Fortran compilers disagree in their interpretations of this example;
355   some seem to treat the references to `m` as if they were host associations
356   to an implicitly typed variable (and print `3`), while others seem to
357   treat them as references to implicitly typed local variabless, and
358   load uninitialized values.
360   In f18, we chose to emit an error message for this case since the standard
361   is unclear, the usage is not portable, and the issue can be easily resolved
362   by adding a declaration.
364 * In subclause 7.5.6.2 of Fortran 2018 the standard defines a partial ordering
365   of the final subroutine calls for finalizable objects, their non-parent
366   components, and then their parent components.
367   (The object is finalized, then the non-parent components of each element,
368   and then the parent component.)
369   Some have argued that the standard permits an implementation
370   to finalize the parent component before finalizing an allocatable component in
371   the context of deallocation, and the next revision of the language may codify
372   this option.
373   In the interest of avoiding needless confusion, this compiler implements what
374   we believe to be the least surprising order of finalization.
375   Specifically: all non-parent components are finalized before
376   the parent, allocatable or not;
377   all finalization takes place before any deallocation;
378   and no object or subobject will be finalized more than once.
380 * When `RECL=` is set via the `OPEN` statement for a sequential formatted input
381   file, it functions as an effective maximum record length.
382   Longer records, if any, will appear as if they had been truncated to
383   the value of `RECL=`.
384   (Other compilers ignore `RECL=`, signal an error, or apply effective truncation
385   to some forms of input in this situation.)
386   For sequential formatted output, RECL= serves as a limit on record lengths
387   that raises an error when it is exceeded.