2018-08-29 Richard Biener <rguenther@suse.de>
[official-gcc.git] / gcc / fortran / gfortran.texi
blob30934046a49f78c07ea4888ab5f6289660298b05
1 \input texinfo  @c -*-texinfo-*-
2 @c %**start of header
3 @setfilename gfortran.info
4 @set copyrights-gfortran 1999-2018
6 @include gcc-common.texi
8 @settitle The GNU Fortran Compiler
10 @c Create a separate index for command line options
11 @defcodeindex op
12 @c Merge the standard indexes into a single one.
13 @syncodeindex fn cp
14 @syncodeindex vr cp
15 @syncodeindex ky cp
16 @syncodeindex pg cp
17 @syncodeindex tp cp
19 @c TODO: The following "Part" definitions are included here temporarily
20 @c until they are incorporated into the official Texinfo distribution.
21 @c They borrow heavily from Texinfo's \unnchapentry definitions.
23 @tex
24 \gdef\part#1#2{%
25   \pchapsepmacro
26   \gdef\thischapter{}
27   \begingroup
28     \vglue\titlepagetopglue
29     \titlefonts \rm
30     \leftline{Part #1:@* #2}
31     \vskip4pt \hrule height 4pt width \hsize \vskip4pt
32   \endgroup
33   \writetocentry{part}{#2}{#1}
35 \gdef\blankpart{%
36   \writetocentry{blankpart}{}{}
38 % Part TOC-entry definition for summary contents.
39 \gdef\dosmallpartentry#1#2#3#4{%
40   \vskip .5\baselineskip plus.2\baselineskip
41   \begingroup
42     \let\rm=\bf \rm
43     \tocentry{Part #2: #1}{\doshortpageno\bgroup#4\egroup}
44   \endgroup
46 \gdef\dosmallblankpartentry#1#2#3#4{%
47   \vskip .5\baselineskip plus.2\baselineskip
49 % Part TOC-entry definition for regular contents.  This has to be
50 % equated to an existing entry to not cause problems when the PDF
51 % outline is created.
52 \gdef\dopartentry#1#2#3#4{%
53   \unnchapentry{Part #2: #1}{}{#3}{#4}
55 \gdef\doblankpartentry#1#2#3#4{}
56 @end tex
58 @c %**end of header
60 @c Use with @@smallbook.
62 @c %** start of document
64 @c Cause even numbered pages to be printed on the left hand side of
65 @c the page and odd numbered pages to be printed on the right hand
66 @c side of the page.  Using this, you can print on both sides of a
67 @c sheet of paper and have the text on the same part of the sheet.
69 @c The text on right hand pages is pushed towards the right hand
70 @c margin and the text on left hand pages is pushed toward the left
71 @c hand margin.
72 @c (To provide the reverse effect, set bindingoffset to -0.75in.)
74 @c @tex
75 @c \global\bindingoffset=0.75in
76 @c \global\normaloffset =0.75in
77 @c @end tex
79 @copying
80 Copyright @copyright{} @value{copyrights-gfortran} Free Software Foundation, Inc.
82 Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document
83 under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.3 or
84 any later version published by the Free Software Foundation; with the
85 Invariant Sections being ``Funding Free Software'', the Front-Cover
86 Texts being (a) (see below), and with the Back-Cover Texts being (b)
87 (see below).  A copy of the license is included in the section entitled
88 ``GNU Free Documentation License''.
90 (a) The FSF's Front-Cover Text is:
92      A GNU Manual
94 (b) The FSF's Back-Cover Text is:
96      You have freedom to copy and modify this GNU Manual, like GNU
97      software.  Copies published by the Free Software Foundation raise
98      funds for GNU development.
99 @end copying
101 @ifinfo
102 @dircategory Software development
103 @direntry
104 * gfortran: (gfortran).                  The GNU Fortran Compiler.
105 @end direntry
106 This file documents the use and the internals of
107 the GNU Fortran compiler, (@command{gfortran}).
109 Published by the Free Software Foundation
110 51 Franklin Street, Fifth Floor
111 Boston, MA 02110-1301 USA
113 @insertcopying
114 @end ifinfo
117 @setchapternewpage odd
118 @titlepage
119 @title Using GNU Fortran
120 @versionsubtitle
121 @author The @t{gfortran} team
122 @page
123 @vskip 0pt plus 1filll
124 Published by the Free Software Foundation@*
125 51 Franklin Street, Fifth Floor@*
126 Boston, MA 02110-1301, USA@*
127 @c Last printed ??ber, 19??.@*
128 @c Printed copies are available for $? each.@*
129 @c ISBN ???
130 @sp 1
131 @insertcopying
132 @end titlepage
134 @c TODO: The following "Part" definitions are included here temporarily
135 @c until they are incorporated into the official Texinfo distribution.
137 @tex
138 \global\let\partentry=\dosmallpartentry
139 \global\let\blankpartentry=\dosmallblankpartentry
140 @end tex
141 @summarycontents
143 @tex
144 \global\let\partentry=\dopartentry
145 \global\let\blankpartentry=\doblankpartentry
146 @end tex
147 @contents
149 @page
151 @c ---------------------------------------------------------------------
152 @c TexInfo table of contents.
153 @c ---------------------------------------------------------------------
155 @ifnottex
156 @node Top
157 @top Introduction
158 @cindex Introduction
160 This manual documents the use of @command{gfortran},
161 the GNU Fortran compiler.  You can find in this manual how to invoke
162 @command{gfortran}, as well as its features and incompatibilities.
164 @ifset DEVELOPMENT
165 @emph{Warning:} This document, and the compiler it describes, are still
166 under development.  While efforts are made to keep it up-to-date, it might
167 not accurately reflect the status of the most recent GNU Fortran compiler.
168 @end ifset
170 @comment
171 @comment  When you add a new menu item, please keep the right hand
172 @comment  aligned to the same column.  Do not use tabs.  This provides
173 @comment  better formatting.
174 @comment
175 @menu
176 * Introduction::
178 Part I: Invoking GNU Fortran
179 * Invoking GNU Fortran:: Command options supported by @command{gfortran}.
180 * Runtime::              Influencing runtime behavior with environment variables.
182 Part II: Language Reference
183 * Fortran standards status::      Fortran 2003, 2008 and 2018 features supported by GNU Fortran.
184 * Compiler Characteristics::      User-visible implementation details.
185 * Extensions::                    Language extensions implemented by GNU Fortran.
186 * Mixed-Language Programming::    Interoperability with C
187 * Coarray Programming::
188 * Intrinsic Procedures:: Intrinsic procedures supported by GNU Fortran.
189 * Intrinsic Modules::    Intrinsic modules supported by GNU Fortran.
191 * Contributing::         How you can help.
192 * Copying::              GNU General Public License says
193                          how you can copy and share GNU Fortran.
194 * GNU Free Documentation License::
195                          How you can copy and share this manual.
196 * Funding::              How to help assure continued work for free software.
197 * Option Index::         Index of command line options
198 * Keyword Index::        Index of concepts
199 @end menu
200 @end ifnottex
202 @c ---------------------------------------------------------------------
203 @c Introduction
204 @c ---------------------------------------------------------------------
206 @node Introduction
207 @chapter Introduction
209 @c The following duplicates the text on the TexInfo table of contents.
210 @iftex
211 This manual documents the use of @command{gfortran}, the GNU Fortran
212 compiler.  You can find in this manual how to invoke @command{gfortran},
213 as well as its features and incompatibilities.
215 @ifset DEVELOPMENT
216 @emph{Warning:} This document, and the compiler it describes, are still
217 under development.  While efforts are made to keep it up-to-date, it
218 might not accurately reflect the status of the most recent GNU Fortran
219 compiler.
220 @end ifset
221 @end iftex
223 The GNU Fortran compiler front end was
224 designed initially as a free replacement for,
225 or alternative to, the Unix @command{f95} command;
226 @command{gfortran} is the command you will use to invoke the compiler.
228 @menu
229 * About GNU Fortran::    What you should know about the GNU Fortran compiler.
230 * GNU Fortran and GCC::  You can compile Fortran, C, or other programs.
231 * Preprocessing and conditional compilation:: The Fortran preprocessor
232 * GNU Fortran and G77::  Why we chose to start from scratch.
233 * Project Status::       Status of GNU Fortran, roadmap, proposed extensions.
234 * Standards::            Standards supported by GNU Fortran.
235 @end menu
238 @c ---------------------------------------------------------------------
239 @c About GNU Fortran
240 @c ---------------------------------------------------------------------
242 @node About GNU Fortran
243 @section About GNU Fortran
245 The GNU Fortran compiler supports the Fortran 77, 90 and 95 standards
246 completely, parts of the Fortran 2003, 2008 and 2018 standards, and
247 several vendor extensions.  The development goal is to provide the
248 following features:
250 @itemize @bullet
251 @item
252 Read a user's program, stored in a file and containing instructions
253 written in Fortran 77, Fortran 90, Fortran 95, Fortran 2003, Fortran
254 2008 or Fortran 2018.  This file contains @dfn{source code}.
256 @item
257 Translate the user's program into instructions a computer
258 can carry out more quickly than it takes to translate the
259 instructions in the first
260 place.  The result after compilation of a program is
261 @dfn{machine code},
262 code designed to be efficiently translated and processed
263 by a machine such as your computer.
264 Humans usually are not as good writing machine code
265 as they are at writing Fortran (or C++, Ada, or Java),
266 because it is easy to make tiny mistakes writing machine code.
268 @item
269 Provide the user with information about the reasons why
270 the compiler is unable to create a binary from the source code.
271 Usually this will be the case if the source code is flawed.
272 The Fortran 90 standard requires that the compiler can point out
273 mistakes to the user.
274 An incorrect usage of the language causes an @dfn{error message}.
276 The compiler will also attempt to diagnose cases where the
277 user's program contains a correct usage of the language,
278 but instructs the computer to do something questionable.
279 This kind of diagnostics message is called a @dfn{warning message}.
281 @item
282 Provide optional information about the translation passes
283 from the source code to machine code.
284 This can help a user of the compiler to find the cause of
285 certain bugs which may not be obvious in the source code,
286 but may be more easily found at a lower level compiler output.
287 It also helps developers to find bugs in the compiler itself.
289 @item
290 Provide information in the generated machine code that can
291 make it easier to find bugs in the program (using a debugging tool,
292 called a @dfn{debugger}, such as the GNU Debugger @command{gdb}).
294 @item
295 Locate and gather machine code already generated to
296 perform actions requested by statements in the user's program.
297 This machine code is organized into @dfn{modules} and is located
298 and @dfn{linked} to the user program.
299 @end itemize
301 The GNU Fortran compiler consists of several components:
303 @itemize @bullet
304 @item
305 A version of the @command{gcc} command
306 (which also might be installed as the system's @command{cc} command)
307 that also understands and accepts Fortran source code.
308 The @command{gcc} command is the @dfn{driver} program for
309 all the languages in the GNU Compiler Collection (GCC);
310 With @command{gcc},
311 you can compile the source code of any language for
312 which a front end is available in GCC.
314 @item
315 The @command{gfortran} command itself,
316 which also might be installed as the
317 system's @command{f95} command.
318 @command{gfortran} is just another driver program,
319 but specifically for the Fortran compiler only.
320 The difference with @command{gcc} is that @command{gfortran}
321 will automatically link the correct libraries to your program.
323 @item
324 A collection of run-time libraries.
325 These libraries contain the machine code needed to support
326 capabilities of the Fortran language that are not directly
327 provided by the machine code generated by the
328 @command{gfortran} compilation phase,
329 such as intrinsic functions and subroutines,
330 and routines for interaction with files and the operating system.
331 @c and mechanisms to spawn,
332 @c unleash and pause threads in parallelized code.
334 @item
335 The Fortran compiler itself, (@command{f951}).
336 This is the GNU Fortran parser and code generator,
337 linked to and interfaced with the GCC backend library.
338 @command{f951} ``translates'' the source code to
339 assembler code.  You would typically not use this
340 program directly;
341 instead, the @command{gcc} or @command{gfortran} driver
342 programs will call it for you.
343 @end itemize
346 @c ---------------------------------------------------------------------
347 @c GNU Fortran and GCC
348 @c ---------------------------------------------------------------------
350 @node GNU Fortran and GCC
351 @section GNU Fortran and GCC
352 @cindex GNU Compiler Collection
353 @cindex GCC
355 GNU Fortran is a part of GCC, the @dfn{GNU Compiler Collection}.  GCC
356 consists of a collection of front ends for various languages, which
357 translate the source code into a language-independent form called
358 @dfn{GENERIC}.  This is then processed by a common middle end which
359 provides optimization, and then passed to one of a collection of back
360 ends which generate code for different computer architectures and
361 operating systems.
363 Functionally, this is implemented with a driver program (@command{gcc})
364 which provides the command-line interface for the compiler.  It calls
365 the relevant compiler front-end program (e.g., @command{f951} for
366 Fortran) for each file in the source code, and then calls the assembler
367 and linker as appropriate to produce the compiled output.  In a copy of
368 GCC which has been compiled with Fortran language support enabled,
369 @command{gcc} will recognize files with @file{.f}, @file{.for}, @file{.ftn},
370 @file{.f90}, @file{.f95}, @file{.f03} and @file{.f08} extensions as
371 Fortran source code, and compile it accordingly.  A @command{gfortran}
372 driver program is also provided, which is identical to @command{gcc}
373 except that it automatically links the Fortran runtime libraries into the
374 compiled program.
376 Source files with @file{.f}, @file{.for}, @file{.fpp}, @file{.ftn}, @file{.F},
377 @file{.FOR}, @file{.FPP}, and @file{.FTN} extensions are treated as fixed form.
378 Source files with @file{.f90}, @file{.f95}, @file{.f03}, @file{.f08},
379 @file{.F90}, @file{.F95}, @file{.F03} and @file{.F08} extensions are
380 treated as free form.  The capitalized versions of either form are run
381 through preprocessing.  Source files with the lower case @file{.fpp}
382 extension are also run through preprocessing.
384 This manual specifically documents the Fortran front end, which handles
385 the programming language's syntax and semantics.  The aspects of GCC
386 which relate to the optimization passes and the back-end code generation
387 are documented in the GCC manual; see 
388 @ref{Top,,Introduction,gcc,Using the GNU Compiler Collection (GCC)}.
389 The two manuals together provide a complete reference for the GNU
390 Fortran compiler.
393 @c ---------------------------------------------------------------------
394 @c Preprocessing and conditional compilation
395 @c ---------------------------------------------------------------------
397 @node Preprocessing and conditional compilation
398 @section Preprocessing and conditional compilation
399 @cindex CPP
400 @cindex FPP
401 @cindex Conditional compilation
402 @cindex Preprocessing
403 @cindex preprocessor, include file handling
405 Many Fortran compilers including GNU Fortran allow passing the source code
406 through a C preprocessor (CPP; sometimes also called the Fortran preprocessor,
407 FPP) to allow for conditional compilation.  In the case of GNU Fortran,
408 this is the GNU C Preprocessor in the traditional mode.  On systems with
409 case-preserving file names, the preprocessor is automatically invoked if the
410 filename extension is @file{.F}, @file{.FOR}, @file{.FTN}, @file{.fpp},
411 @file{.FPP}, @file{.F90}, @file{.F95}, @file{.F03} or @file{.F08}.  To manually
412 invoke the preprocessor on any file, use @option{-cpp}, to disable
413 preprocessing on files where the preprocessor is run automatically, use
414 @option{-nocpp}.
416 If a preprocessed file includes another file with the Fortran @code{INCLUDE}
417 statement, the included file is not preprocessed.  To preprocess included
418 files, use the equivalent preprocessor statement @code{#include}.
420 If GNU Fortran invokes the preprocessor, @code{__GFORTRAN__}
421 is defined and @code{__GNUC__}, @code{__GNUC_MINOR__} and
422 @code{__GNUC_PATCHLEVEL__} can be used to determine the version of the
423 compiler.  See @ref{Top,,Overview,cpp,The C Preprocessor} for details.
425 While CPP is the de-facto standard for preprocessing Fortran code,
426 Part 3 of the Fortran 95 standard (ISO/IEC 1539-3:1998) defines
427 Conditional Compilation, which is not widely used and not directly
428 supported by the GNU Fortran compiler.  You can use the program coco
429 to preprocess such files (@uref{http://www.daniellnagle.com/coco.html}).
432 @c ---------------------------------------------------------------------
433 @c GNU Fortran and G77
434 @c ---------------------------------------------------------------------
436 @node GNU Fortran and G77
437 @section GNU Fortran and G77
438 @cindex Fortran 77
439 @cindex @command{g77}
441 The GNU Fortran compiler is the successor to @command{g77}, the Fortran 
442 77 front end included in GCC prior to version 4.  It is an entirely new 
443 program that has been designed to provide Fortran 95 support and 
444 extensibility for future Fortran language standards, as well as providing 
445 backwards compatibility for Fortran 77 and nearly all of the GNU language 
446 extensions supported by @command{g77}.
449 @c ---------------------------------------------------------------------
450 @c Project Status
451 @c ---------------------------------------------------------------------
453 @node Project Status
454 @section Project Status
456 @quotation
457 As soon as @command{gfortran} can parse all of the statements correctly,
458 it will be in the ``larva'' state.
459 When we generate code, the ``puppa'' state.
460 When @command{gfortran} is done,
461 we'll see if it will be a beautiful butterfly,
462 or just a big bug....
464 --Andy Vaught, April 2000
465 @end quotation
467 The start of the GNU Fortran 95 project was announced on
468 the GCC homepage in March 18, 2000
469 (even though Andy had already been working on it for a while,
470 of course).
472 The GNU Fortran compiler is able to compile nearly all
473 standard-compliant Fortran 95, Fortran 90, and Fortran 77 programs,
474 including a number of standard and non-standard extensions, and can be
475 used on real-world programs.  In particular, the supported extensions
476 include OpenMP, Cray-style pointers, some old vendor extensions, and several
477 Fortran 2003 and Fortran 2008 features, including TR 15581.  However, it is
478 still under development and has a few remaining rough edges.
479 There also is initial support for OpenACC.
480 Note that this is an experimental feature, incomplete, and subject to
481 change in future versions of GCC.  See
482 @uref{https://gcc.gnu.org/wiki/OpenACC} for more information.
484 At present, the GNU Fortran compiler passes the
485 @uref{http://www.fortran-2000.com/ArnaudRecipes/fcvs21_f95.html, 
486 NIST Fortran 77 Test Suite}, and produces acceptable results on the
487 @uref{http://www.netlib.org/lapack/faq.html#1.21, LAPACK Test Suite}.
488 It also provides respectable performance on 
489 the @uref{http://www.polyhedron.com/fortran-compiler-comparisons/polyhedron-benchmark-suite,
490 Polyhedron Fortran
491 compiler benchmarks} and the
492 @uref{http://www.netlib.org/benchmark/livermore,
493 Livermore Fortran Kernels test}.  It has been used to compile a number of
494 large real-world programs, including
495 @uref{http://hirlam.org/, the HARMONIE and HIRLAM weather forecasting code} and
496 @uref{http://physical-chemistry.scb.uwa.edu.au/tonto/wiki/index.php/Main_Page,
497 the Tonto quantum chemistry package}; see
498 @url{https://gcc.gnu.org/@/wiki/@/GfortranApps} for an extended list.
500 Among other things, the GNU Fortran compiler is intended as a replacement
501 for G77.  At this point, nearly all programs that could be compiled with
502 G77 can be compiled with GNU Fortran, although there are a few minor known
503 regressions.
505 The primary work remaining to be done on GNU Fortran falls into three
506 categories: bug fixing (primarily regarding the treatment of invalid
507 code and providing useful error messages), improving the compiler
508 optimizations and the performance of compiled code, and extending the
509 compiler to support future standards---in particular, Fortran 2003,
510 Fortran 2008 and Fortran 2018.
513 @c ---------------------------------------------------------------------
514 @c Standards
515 @c ---------------------------------------------------------------------
517 @node Standards
518 @section Standards
519 @cindex Standards
521 @menu
522 * Varying Length Character Strings::
523 @end menu
525 The GNU Fortran compiler implements
526 ISO/IEC 1539:1997 (Fortran 95).  As such, it can also compile essentially all
527 standard-compliant Fortran 90 and Fortran 77 programs.   It also supports
528 the ISO/IEC TR-15581 enhancements to allocatable arrays.
530 GNU Fortran also have a partial support for ISO/IEC 1539-1:2004
531 (Fortran 2003), ISO/IEC 1539-1:2010 (Fortran 2008), the Technical
532 Specification @code{Further Interoperability of Fortran with C}
533 (ISO/IEC TS 29113:2012).  Full support of those standards and future
534 Fortran standards is planned.  The current status of the support is
535 can be found in the @ref{Fortran 2003 status}, @ref{Fortran 2008
536 status} and @ref{Fortran 2018 status} sections of the documentation.
538 Additionally, the GNU Fortran compilers supports the OpenMP specification
539 (version 4.0 and most of the features of the 4.5 version,
540 @url{http://openmp.org/@/wp/@/openmp-specifications/}).
541 There also is initial support for the OpenACC specification (targeting
542 version 2.0, @uref{http://www.openacc.org/}).
543 Note that this is an experimental feature, incomplete, and subject to
544 change in future versions of GCC.  See
545 @uref{https://gcc.gnu.org/wiki/OpenACC} for more information.
547 @node Varying Length Character Strings
548 @subsection Varying Length Character Strings
549 @cindex Varying length character strings
550 @cindex Varying length strings
551 @cindex strings, varying length
553 The Fortran 95 standard specifies in Part 2 (ISO/IEC 1539-2:2000)
554 varying length character strings.  While GNU Fortran currently does not
555 support such strings directly, there exist two Fortran implementations
556 for them, which work with GNU Fortran.  They can be found at
557 @uref{http://www.fortran.com/@/iso_varying_string.f95} and at
558 @uref{ftp://ftp.nag.co.uk/@/sc22wg5/@/ISO_VARYING_STRING/}.
560 Deferred-length character strings of Fortran 2003 supports part of
561 the features of @code{ISO_VARYING_STRING} and should be considered as
562 replacement. (Namely, allocatable or pointers of the type
563 @code{character(len=:)}.)
566 @c =====================================================================
567 @c PART I: INVOCATION REFERENCE
568 @c =====================================================================
570 @tex
571 \part{I}{Invoking GNU Fortran}
572 @end tex
574 @c ---------------------------------------------------------------------
575 @c Compiler Options
576 @c ---------------------------------------------------------------------
578 @include invoke.texi
581 @c ---------------------------------------------------------------------
582 @c Runtime
583 @c ---------------------------------------------------------------------
585 @node Runtime
586 @chapter Runtime:  Influencing runtime behavior with environment variables
587 @cindex environment variable
589 The behavior of the @command{gfortran} can be influenced by
590 environment variables.
592 Malformed environment variables are silently ignored.
594 @menu
595 * TMPDIR:: Directory for scratch files
596 * GFORTRAN_STDIN_UNIT:: Unit number for standard input
597 * GFORTRAN_STDOUT_UNIT:: Unit number for standard output
598 * GFORTRAN_STDERR_UNIT:: Unit number for standard error
599 * GFORTRAN_UNBUFFERED_ALL:: Do not buffer I/O for all units.
600 * GFORTRAN_UNBUFFERED_PRECONNECTED:: Do not buffer I/O for preconnected units.
601 * GFORTRAN_SHOW_LOCUS::  Show location for runtime errors
602 * GFORTRAN_OPTIONAL_PLUS:: Print leading + where permitted
603 * GFORTRAN_LIST_SEPARATOR::  Separator for list output
604 * GFORTRAN_CONVERT_UNIT::  Set endianness for unformatted I/O
605 * GFORTRAN_ERROR_BACKTRACE:: Show backtrace on run-time errors
606 @end menu
608 @node TMPDIR
609 @section @env{TMPDIR}---Directory for scratch files
611 When opening a file with @code{STATUS='SCRATCH'}, GNU Fortran tries to
612 create the file in one of the potential directories by testing each
613 directory in the order below.
615 @enumerate
616 @item
617 The environment variable @env{TMPDIR}, if it exists.
619 @item
620 On the MinGW target, the directory returned by the @code{GetTempPath}
621 function. Alternatively, on the Cygwin target, the @env{TMP} and
622 @env{TEMP} environment variables, if they exist, in that order.
624 @item
625 The @code{P_tmpdir} macro if it is defined, otherwise the directory
626 @file{/tmp}.
627 @end enumerate
629 @node GFORTRAN_STDIN_UNIT
630 @section @env{GFORTRAN_STDIN_UNIT}---Unit number for standard input
632 This environment variable can be used to select the unit number
633 preconnected to standard input.  This must be a positive integer.
634 The default value is 5.
636 @node GFORTRAN_STDOUT_UNIT
637 @section @env{GFORTRAN_STDOUT_UNIT}---Unit number for standard output
639 This environment variable can be used to select the unit number
640 preconnected to standard output.  This must be a positive integer.
641 The default value is 6.
643 @node GFORTRAN_STDERR_UNIT
644 @section @env{GFORTRAN_STDERR_UNIT}---Unit number for standard error
646 This environment variable can be used to select the unit number
647 preconnected to standard error.  This must be a positive integer.
648 The default value is 0.
650 @node GFORTRAN_UNBUFFERED_ALL
651 @section @env{GFORTRAN_UNBUFFERED_ALL}---Do not buffer I/O on all units
653 This environment variable controls whether all I/O is unbuffered.  If
654 the first letter is @samp{y}, @samp{Y} or @samp{1}, all I/O is
655 unbuffered.  This will slow down small sequential reads and writes.  If
656 the first letter is @samp{n}, @samp{N} or @samp{0}, I/O is buffered.
657 This is the default.
659 @node GFORTRAN_UNBUFFERED_PRECONNECTED
660 @section @env{GFORTRAN_UNBUFFERED_PRECONNECTED}---Do not buffer I/O on preconnected units
662 The environment variable named @env{GFORTRAN_UNBUFFERED_PRECONNECTED} controls
663 whether I/O on a preconnected unit (i.e.@: STDOUT or STDERR) is unbuffered.  If 
664 the first letter is @samp{y}, @samp{Y} or @samp{1}, I/O is unbuffered.  This
665 will slow down small sequential reads and writes.  If the first letter
666 is @samp{n}, @samp{N} or @samp{0}, I/O is buffered.  This is the default.
668 @node GFORTRAN_SHOW_LOCUS
669 @section @env{GFORTRAN_SHOW_LOCUS}---Show location for runtime errors
671 If the first letter is @samp{y}, @samp{Y} or @samp{1}, filename and
672 line numbers for runtime errors are printed.  If the first letter is
673 @samp{n}, @samp{N} or @samp{0}, do not print filename and line numbers
674 for runtime errors.  The default is to print the location.
676 @node GFORTRAN_OPTIONAL_PLUS
677 @section @env{GFORTRAN_OPTIONAL_PLUS}---Print leading + where permitted
679 If the first letter is @samp{y}, @samp{Y} or @samp{1},
680 a plus sign is printed
681 where permitted by the Fortran standard.  If the first letter
682 is @samp{n}, @samp{N} or @samp{0}, a plus sign is not printed
683 in most cases.  Default is not to print plus signs.
685 @node GFORTRAN_LIST_SEPARATOR
686 @section @env{GFORTRAN_LIST_SEPARATOR}---Separator for list output
688 This environment variable specifies the separator when writing
689 list-directed output.  It may contain any number of spaces and
690 at most one comma.  If you specify this on the command line,
691 be sure to quote spaces, as in
692 @smallexample
693 $ GFORTRAN_LIST_SEPARATOR='  ,  ' ./a.out
694 @end smallexample
695 when @command{a.out} is the compiled Fortran program that you want to run.
696 Default is a single space.
698 @node GFORTRAN_CONVERT_UNIT
699 @section @env{GFORTRAN_CONVERT_UNIT}---Set endianness for unformatted I/O
701 By setting the @env{GFORTRAN_CONVERT_UNIT} variable, it is possible
702 to change the representation of data for unformatted files.
703 The syntax for the @env{GFORTRAN_CONVERT_UNIT} variable is:
704 @smallexample
705 GFORTRAN_CONVERT_UNIT: mode | mode ';' exception | exception ;
706 mode: 'native' | 'swap' | 'big_endian' | 'little_endian' ;
707 exception: mode ':' unit_list | unit_list ;
708 unit_list: unit_spec | unit_list unit_spec ;
709 unit_spec: INTEGER | INTEGER '-' INTEGER ;
710 @end smallexample
711 The variable consists of an optional default mode, followed by
712 a list of optional exceptions, which are separated by semicolons
713 from the preceding default and each other.  Each exception consists
714 of a format and a comma-separated list of units.  Valid values for
715 the modes are the same as for the @code{CONVERT} specifier:
717 @itemize @w{}
718 @item @code{NATIVE} Use the native format.  This is the default.
719 @item @code{SWAP} Swap between little- and big-endian.
720 @item @code{LITTLE_ENDIAN} Use the little-endian format
721 for unformatted files.
722 @item @code{BIG_ENDIAN} Use the big-endian format for unformatted files.
723 @end itemize
724 A missing mode for an exception is taken to mean @code{BIG_ENDIAN}.
725 Examples of values for @env{GFORTRAN_CONVERT_UNIT} are:
726 @itemize @w{}
727 @item @code{'big_endian'}  Do all unformatted I/O in big_endian mode.
728 @item @code{'little_endian;native:10-20,25'}  Do all unformatted I/O 
729 in little_endian mode, except for units 10 to 20 and 25, which are in
730 native format.
731 @item @code{'10-20'}  Units 10 to 20 are big-endian, the rest is native.
732 @end itemize
734 Setting the environment variables should be done on the command
735 line or via the @command{export}
736 command for @command{sh}-compatible shells and via @command{setenv}
737 for @command{csh}-compatible shells.
739 Example for @command{sh}:
740 @smallexample
741 $ gfortran foo.f90
742 $ GFORTRAN_CONVERT_UNIT='big_endian;native:10-20' ./a.out
743 @end smallexample
745 Example code for @command{csh}:
746 @smallexample
747 % gfortran foo.f90
748 % setenv GFORTRAN_CONVERT_UNIT 'big_endian;native:10-20'
749 % ./a.out
750 @end smallexample
752 Using anything but the native representation for unformatted data
753 carries a significant speed overhead.  If speed in this area matters
754 to you, it is best if you use this only for data that needs to be
755 portable.
757 @xref{CONVERT specifier}, for an alternative way to specify the
758 data representation for unformatted files.  @xref{Runtime Options}, for
759 setting a default data representation for the whole program.  The
760 @code{CONVERT} specifier overrides the @option{-fconvert} compile options.
762 @emph{Note that the values specified via the GFORTRAN_CONVERT_UNIT
763 environment variable will override the CONVERT specifier in the
764 open statement}.  This is to give control over data formats to
765 users who do not have the source code of their program available.
767 @node GFORTRAN_ERROR_BACKTRACE
768 @section @env{GFORTRAN_ERROR_BACKTRACE}---Show backtrace on run-time errors
770 If the @env{GFORTRAN_ERROR_BACKTRACE} variable is set to @samp{y},
771 @samp{Y} or @samp{1} (only the first letter is relevant) then a
772 backtrace is printed when a serious run-time error occurs.  To disable
773 the backtracing, set the variable to @samp{n}, @samp{N}, @samp{0}.
774 Default is to print a backtrace unless the @option{-fno-backtrace}
775 compile option was used.
777 @c =====================================================================
778 @c PART II: LANGUAGE REFERENCE
779 @c =====================================================================
781 @tex
782 \part{II}{Language Reference}
783 @end tex
785 @c ---------------------------------------------------------------------
786 @c Fortran standards status
787 @c ---------------------------------------------------------------------
789 @node Fortran standards status
790 @chapter Fortran standards status
792 @menu
793 * Fortran 2003 status::
794 * Fortran 2008 status::
795 * Fortran 2018 status::
796 @end menu
798 @node Fortran 2003 status
799 @section Fortran 2003 status
801 GNU Fortran supports several Fortran 2003 features; an incomplete
802 list can be found below.  See also the
803 @uref{https://gcc.gnu.org/wiki/Fortran2003, wiki page} about Fortran 2003.
805 @itemize
806 @item Procedure pointers including procedure-pointer components with
807 @code{PASS} attribute.
809 @item Procedures which are bound to a derived type (type-bound procedures)
810 including @code{PASS}, @code{PROCEDURE} and @code{GENERIC}, and
811 operators bound to a type.
813 @item Abstract interfaces and type extension with the possibility to
814 override type-bound procedures or to have deferred binding.
816 @item Polymorphic entities (``@code{CLASS}'') for derived types and unlimited
817 polymorphism (``@code{CLASS(*)}'') -- including @code{SAME_TYPE_AS},
818 @code{EXTENDS_TYPE_OF} and @code{SELECT TYPE} for scalars and arrays and
819 finalization.
821 @item Generic interface names, which have the same name as derived types,
822 are now supported. This allows one to write constructor functions.  Note
823 that Fortran does not support static constructor functions.  For static
824 variables, only default initialization or structure-constructor
825 initialization are available.
827 @item The @code{ASSOCIATE} construct.
829 @item Interoperability with C including enumerations, 
831 @item In structure constructors the components with default values may be
832 omitted.
834 @item Extensions to the @code{ALLOCATE} statement, allowing for a
835 type-specification with type parameter and for allocation and initialization
836 from a @code{SOURCE=} expression; @code{ALLOCATE} and @code{DEALLOCATE}
837 optionally return an error message string via @code{ERRMSG=}.
839 @item Reallocation on assignment: If an intrinsic assignment is
840 used, an allocatable variable on the left-hand side is automatically allocated
841 (if unallocated) or reallocated (if the shape is different). Currently, scalar
842 deferred character length left-hand sides are correctly handled but arrays
843 are not yet fully implemented.
845 @item Deferred-length character variables and scalar deferred-length character
846 components of derived types are supported. (Note that array-valued compoents
847 are not yet implemented.)
849 @item Transferring of allocations via @code{MOVE_ALLOC}.
851 @item The @code{PRIVATE} and @code{PUBLIC} attributes may be given individually
852 to derived-type components.
854 @item In pointer assignments, the lower bound may be specified and
855 the remapping of elements is supported.
857 @item For pointers an @code{INTENT} may be specified which affect the
858 association status not the value of the pointer target.
860 @item Intrinsics @code{command_argument_count}, @code{get_command},
861 @code{get_command_argument}, and @code{get_environment_variable}.
863 @item Support for Unicode characters (ISO 10646) and UTF-8, including
864 the @code{SELECTED_CHAR_KIND} and @code{NEW_LINE} intrinsic functions.
866 @item Support for binary, octal and hexadecimal (BOZ) constants in the
867 intrinsic functions @code{INT}, @code{REAL}, @code{CMPLX} and @code{DBLE}.
869 @item Support for namelist variables with allocatable and pointer
870 attribute and nonconstant length type parameter.
872 @item
873 @cindex array, constructors
874 @cindex @code{[...]}
875 Array constructors using square brackets.  That is, @code{[...]} rather
876 than @code{(/.../)}.  Type-specification for array constructors like
877 @code{(/ some-type :: ... /)}.
879 @item Extensions to the specification and initialization expressions,
880 including the support for intrinsics with real and complex arguments.
882 @item Support for the asynchronous input/output.
884 @item
885 @cindex @code{FLUSH} statement
886 @cindex statement, @code{FLUSH}
887 @code{FLUSH} statement.
889 @item
890 @cindex @code{IOMSG=} specifier
891 @code{IOMSG=} specifier for I/O statements.
893 @item
894 @cindex @code{ENUM} statement
895 @cindex @code{ENUMERATOR} statement
896 @cindex statement, @code{ENUM}
897 @cindex statement, @code{ENUMERATOR}
898 @opindex @code{fshort-enums}
899 Support for the declaration of enumeration constants via the
900 @code{ENUM} and @code{ENUMERATOR} statements.  Interoperability with
901 @command{gcc} is guaranteed also for the case where the
902 @command{-fshort-enums} command line option is given.
904 @item
905 @cindex TR 15581
906 TR 15581:
907 @itemize
908 @item
909 @cindex @code{ALLOCATABLE} dummy arguments
910 @code{ALLOCATABLE} dummy arguments.
911 @item
912 @cindex @code{ALLOCATABLE} function results
913 @code{ALLOCATABLE} function results
914 @item
915 @cindex @code{ALLOCATABLE} components of derived types
916 @code{ALLOCATABLE} components of derived types
917 @end itemize
919 @item
920 @cindex @code{STREAM} I/O
921 @cindex @code{ACCESS='STREAM'} I/O
922 The @code{OPEN} statement supports the @code{ACCESS='STREAM'} specifier,
923 allowing I/O without any record structure.
925 @item
926 Namelist input/output for internal files.
928 @item Minor I/O features: Rounding during formatted output, using of
929 a decimal comma instead of a decimal point, setting whether a plus sign
930 should appear for positive numbers. On systems where @code{strtod} honours
931 the rounding mode, the rounding mode is also supported for input.
933 @item
934 @cindex @code{PROTECTED} statement
935 @cindex statement, @code{PROTECTED}
936 The @code{PROTECTED} statement and attribute.
938 @item
939 @cindex @code{VALUE} statement
940 @cindex statement, @code{VALUE}
941 The @code{VALUE} statement and attribute.
943 @item
944 @cindex @code{VOLATILE} statement
945 @cindex statement, @code{VOLATILE}
946 The @code{VOLATILE} statement and attribute.
948 @item
949 @cindex @code{IMPORT} statement
950 @cindex statement, @code{IMPORT}
951 The @code{IMPORT} statement, allowing to import
952 host-associated derived types.
954 @item The intrinsic modules @code{ISO_FORTRAN_ENVIRONMENT} is supported,
955 which contains parameters of the I/O units, storage sizes. Additionally,
956 procedures for C interoperability are available in the @code{ISO_C_BINDING}
957 module.
959 @item
960 @cindex @code{USE, INTRINSIC} statement
961 @cindex statement, @code{USE, INTRINSIC}
962 @cindex @code{ISO_FORTRAN_ENV} statement
963 @cindex statement, @code{ISO_FORTRAN_ENV}
964 @code{USE} statement with @code{INTRINSIC} and @code{NON_INTRINSIC}
965 attribute; supported intrinsic modules: @code{ISO_FORTRAN_ENV},
966 @code{ISO_C_BINDING}, @code{OMP_LIB} and @code{OMP_LIB_KINDS},
967 and @code{OPENACC}.
969 @item
970 Renaming of operators in the @code{USE} statement.
972 @end itemize
975 @node Fortran 2008 status
976 @section Fortran 2008 status
978 The latest version of the Fortran standard is ISO/IEC 1539-1:2010, informally
979 known as Fortran 2008.  The official version is available from International
980 Organization for Standardization (ISO) or its national member organizations.
981 The the final draft (FDIS) can be downloaded free of charge from
982 @url{http://www.nag.co.uk/@/sc22wg5/@/links.html}.  Fortran is developed by the
983 Working Group 5 of Sub-Committee 22 of the Joint Technical Committee 1 of the
984 International Organization for Standardization and the International
985 Electrotechnical Commission (IEC).  This group is known as
986 @uref{http://www.nag.co.uk/sc22wg5/, WG5}.
988 The GNU Fortran compiler supports several of the new features of Fortran 2008;
989 the @uref{https://gcc.gnu.org/wiki/Fortran2008Status, wiki} has some information
990 about the current Fortran 2008 implementation status.  In particular, the
991 following is implemented.
993 @itemize
994 @item The @option{-std=f2008} option and support for the file extensions 
995 @file{.f08} and @file{.F08}.
997 @item The @code{OPEN} statement now supports the @code{NEWUNIT=} option,
998 which returns a unique file unit, thus preventing inadvertent use of the
999 same unit in different parts of the program.
1001 @item The @code{g0} format descriptor and unlimited format items.
1003 @item The mathematical intrinsics @code{ASINH}, @code{ACOSH}, @code{ATANH},
1004 @code{ERF}, @code{ERFC}, @code{GAMMA}, @code{LOG_GAMMA}, @code{BESSEL_J0},
1005 @code{BESSEL_J1}, @code{BESSEL_JN}, @code{BESSEL_Y0}, @code{BESSEL_Y1},
1006 @code{BESSEL_YN}, @code{HYPOT}, @code{NORM2}, and @code{ERFC_SCALED}.
1008 @item Using complex arguments with @code{TAN}, @code{SINH}, @code{COSH},
1009 @code{TANH}, @code{ASIN}, @code{ACOS}, and @code{ATAN} is now possible;
1010 @code{ATAN}(@var{Y},@var{X}) is now an alias for @code{ATAN2}(@var{Y},@var{X}).
1012 @item Support of the @code{PARITY} intrinsic functions.
1014 @item The following bit intrinsics: @code{LEADZ} and @code{TRAILZ} for
1015 counting the number of leading and trailing zero bits, @code{POPCNT} and
1016 @code{POPPAR} for counting the number of one bits and returning the parity;
1017 @code{BGE}, @code{BGT}, @code{BLE}, and @code{BLT} for bitwise comparisons;
1018 @code{DSHIFTL} and @code{DSHIFTR} for combined left and right shifts,
1019 @code{MASKL} and @code{MASKR} for simple left and right justified masks,
1020 @code{MERGE_BITS} for a bitwise merge using a mask, @code{SHIFTA},
1021 @code{SHIFTL} and @code{SHIFTR} for shift operations, and the
1022 transformational bit intrinsics @code{IALL}, @code{IANY} and @code{IPARITY}.
1024 @item Support of the @code{EXECUTE_COMMAND_LINE} intrinsic subroutine.
1026 @item Support for the @code{STORAGE_SIZE} intrinsic inquiry function.
1028 @item The @code{INT@{8,16,32@}} and @code{REAL@{32,64,128@}} kind type
1029 parameters and the array-valued named constants @code{INTEGER_KINDS},
1030 @code{LOGICAL_KINDS}, @code{REAL_KINDS} and @code{CHARACTER_KINDS} of
1031 the intrinsic module @code{ISO_FORTRAN_ENV}.
1033 @item The module procedures @code{C_SIZEOF} of the intrinsic module
1034 @code{ISO_C_BINDINGS} and @code{COMPILER_VERSION} and @code{COMPILER_OPTIONS}
1035 of @code{ISO_FORTRAN_ENV}.
1037 @item Coarray support for serial programs with @option{-fcoarray=single} flag
1038 and experimental support for multiple images with the @option{-fcoarray=lib}
1039 flag.
1041 @item Submodules are supported. It should noted that @code{MODULEs} do not
1042 produce the smod file needed by the descendent @code{SUBMODULEs} unless they
1043 contain at least one @code{MODULE PROCEDURE} interface. The reason for this is
1044 that @code{SUBMODULEs} are useless without @code{MODULE PROCEDUREs}. See
1045 http://j3-fortran.org/doc/meeting/207/15-209.txt for a discussion and a draft
1046 interpretation. Adopting this interpretation has the advantage that code that
1047 does not use submodules does not generate smod files.
1049 @item The @code{DO CONCURRENT} construct is supported.
1051 @item The @code{BLOCK} construct is supported.
1053 @item The @code{STOP} and the new @code{ERROR STOP} statements now
1054 support all constant expressions. Both show the signals which were signaling
1055 at termination.
1057 @item Support for the @code{CONTIGUOUS} attribute.
1059 @item Support for @code{ALLOCATE} with @code{MOLD}.
1061 @item Support for the @code{IMPURE} attribute for procedures, which
1062 allows for @code{ELEMENTAL} procedures without the restrictions of
1063 @code{PURE}.
1065 @item Null pointers (including @code{NULL()}) and not-allocated variables
1066 can be used as actual argument to optional non-pointer, non-allocatable
1067 dummy arguments, denoting an absent argument.
1069 @item Non-pointer variables with @code{TARGET} attribute can be used as
1070 actual argument to @code{POINTER} dummies with @code{INTENT(IN)}.
1072 @item Pointers including procedure pointers and those in a derived
1073 type (pointer components) can now be initialized by a target instead
1074 of only by @code{NULL}.
1076 @item The @code{EXIT} statement (with construct-name) can be now be
1077 used to leave not only the @code{DO} but also the @code{ASSOCIATE},
1078 @code{BLOCK}, @code{IF}, @code{SELECT CASE} and @code{SELECT TYPE}
1079 constructs.
1081 @item Internal procedures can now be used as actual argument.
1083 @item Minor features: obsolesce diagnostics for @code{ENTRY} with
1084 @option{-std=f2008}; a line may start with a semicolon; for internal
1085 and module procedures @code{END} can be used instead of
1086 @code{END SUBROUTINE} and @code{END FUNCTION}; @code{SELECTED_REAL_KIND}
1087 now also takes a @code{RADIX} argument; intrinsic types are supported
1088 for @code{TYPE}(@var{intrinsic-type-spec}); multiple type-bound procedures
1089 can be declared in a single @code{PROCEDURE} statement; implied-shape
1090 arrays are supported for named constants (@code{PARAMETER}).
1091 @end itemize
1095 @node Fortran 2018 status
1096 @section Status of Fortran 2018 support
1098 So far very little work has been done to support Fortran 2018.
1100 @itemize
1101 @item ERROR STOP in a PURE procedure
1102 An @code{ERROR STOP} statement is permitted in a @code{PURE}
1103 procedure.
1105 @item IMPLICIT NONE with a spec-list
1106 Support the @code{IMPLICIT NONE} statement with an
1107 @code{implicit-none-spec-list}.
1109 @item Behavior of INQUIRE with the RECL= specifier
1111 The behavior of the @code{INQUIRE} statement with the @code{RECL=}
1112 specifier now conforms to Fortran 2018.
1114 @end itemize
1117 @subsection TS 29113 Status (Further Interoperability with C)
1119 GNU Fortran supports some of the new features of the Technical
1120 Specification (TS) 29113 on Further Interoperability of Fortran with C.
1121 The @uref{https://gcc.gnu.org/wiki/TS29113Status, wiki} has some information
1122 about the current TS 29113 implementation status.  In particular, the
1123 following is implemented.
1125 See also @ref{Further Interoperability of Fortran with C}.
1127 @itemize
1128 @item The @code{OPTIONAL} attribute is allowed for dummy arguments
1129 of @code{BIND(C) procedures.}
1131 @item The @code{RANK} intrinsic is supported.
1133 @item GNU Fortran's implementation for variables with @code{ASYNCHRONOUS}
1134 attribute is compatible with TS 29113.
1136 @item Assumed types (@code{TYPE(*)}).
1138 @item Assumed-rank (@code{DIMENSION(..)}). However, the array descriptor
1139 of the TS is not yet supported.
1140 @end itemize
1144 @subsection TS 18508 Status (Additional Parallel Features)
1146 GNU Fortran supports the following new features of the Technical
1147 Specification 18508 on Additional Parallel Features in Fortran:
1149 @itemize
1150 @item The new atomic ADD, CAS, FETCH and ADD/OR/XOR, OR and XOR intrinsics.
1152 @item The @code{CO_MIN} and @code{CO_MAX} and @code{SUM} reduction intrinsics.
1153 And the @code{CO_BROADCAST} and @code{CO_REDUCE} intrinsic, except that those
1154 do not support polymorphic types or types with allocatable, pointer or
1155 polymorphic components.
1157 @item Events (@code{EVENT POST}, @code{EVENT WAIT}, @code{EVENT_QUERY})
1159 @item Failed images (@code{FAIL IMAGE}, @code{IMAGE_STATUS},
1160 @code{FAILED_IMAGES}, @code{STOPPED_IMAGES})
1162 @end itemize
1165 @c ---------------------------------------------------------------------
1166 @c Compiler Characteristics
1167 @c ---------------------------------------------------------------------
1169 @node Compiler Characteristics
1170 @chapter Compiler Characteristics
1172 This chapter describes certain characteristics of the GNU Fortran
1173 compiler, that are not specified by the Fortran standard, but which
1174 might in some way or another become visible to the programmer.
1176 @menu
1177 * KIND Type Parameters::
1178 * Internal representation of LOGICAL variables::
1179 * Evaluation of logical expressions::
1180 * MAX and MIN intrinsics with REAL NaN arguments::
1181 * Thread-safety of the runtime library::
1182 * Data consistency and durability::
1183 * Files opened without an explicit ACTION= specifier::
1184 * File operations on symbolic links::
1185 * File format of unformatted sequential files::
1186 * Asynchronous I/O::
1187 @end menu
1190 @node KIND Type Parameters
1191 @section KIND Type Parameters
1192 @cindex kind
1194 The @code{KIND} type parameters supported by GNU Fortran for the primitive
1195 data types are:
1197 @table @code
1199 @item INTEGER
1200 1, 2, 4, 8*, 16*, default: 4**
1202 @item LOGICAL
1203 1, 2, 4, 8*, 16*, default: 4**
1205 @item REAL
1206 4, 8, 10*, 16*, default: 4***
1208 @item COMPLEX
1209 4, 8, 10*, 16*, default: 4***
1211 @item DOUBLE PRECISION
1212 4, 8, 10*, 16*, default: 8***
1214 @item CHARACTER
1215 1, 4, default: 1
1217 @end table
1219 @noindent
1220 * not available on all systems @*
1221 ** unless @option{-fdefault-integer-8} is used @*
1222 *** unless @option{-fdefault-real-8} is used (see @ref{Fortran Dialect Options})
1224 @noindent
1225 The @code{KIND} value matches the storage size in bytes, except for
1226 @code{COMPLEX} where the storage size is twice as much (or both real and
1227 imaginary part are a real value of the given size).  It is recommended to use
1228 the @ref{SELECTED_CHAR_KIND}, @ref{SELECTED_INT_KIND} and
1229 @ref{SELECTED_REAL_KIND} intrinsics or the @code{INT8}, @code{INT16},
1230 @code{INT32}, @code{INT64}, @code{REAL32}, @code{REAL64}, and @code{REAL128}
1231 parameters of the @code{ISO_FORTRAN_ENV} module instead of the concrete values.
1232 The available kind parameters can be found in the constant arrays
1233 @code{CHARACTER_KINDS}, @code{INTEGER_KINDS}, @code{LOGICAL_KINDS} and
1234 @code{REAL_KINDS} in the @ref{ISO_FORTRAN_ENV} module.  For C interoperability,
1235 the kind parameters of the @ref{ISO_C_BINDING} module should be used.
1238 @node Internal representation of LOGICAL variables
1239 @section Internal representation of LOGICAL variables
1240 @cindex logical, variable representation
1242 The Fortran standard does not specify how variables of @code{LOGICAL}
1243 type are represented, beyond requiring that @code{LOGICAL} variables
1244 of default kind have the same storage size as default @code{INTEGER}
1245 and @code{REAL} variables.  The GNU Fortran internal representation is
1246 as follows.
1248 A @code{LOGICAL(KIND=N)} variable is represented as an
1249 @code{INTEGER(KIND=N)} variable, however, with only two permissible
1250 values: @code{1} for @code{.TRUE.} and @code{0} for
1251 @code{.FALSE.}.  Any other integer value results in undefined behavior.
1253 See also @ref{Argument passing conventions} and @ref{Interoperability with C}.
1256 @node Evaluation of logical expressions
1257 @section Evaluation of logical expressions
1259 The Fortran standard does not require the compiler to evaluate all parts of an
1260 expression, if they do not contribute to the final result.  For logical
1261 expressions with @code{.AND.} or @code{.OR.} operators, in particular, GNU
1262 Fortran will optimize out function calls (even to impure functions) if the
1263 result of the expression can be established without them.  However, since not
1264 all compilers do that, and such an optimization can potentially modify the
1265 program flow and subsequent results, GNU Fortran throws warnings for such
1266 situations with the @option{-Wfunction-elimination} flag.
1269 @node MAX and MIN intrinsics with REAL NaN arguments
1270 @section MAX and MIN intrinsics with REAL NaN arguments
1271 @cindex MAX, MIN, NaN
1273 The Fortran standard does not specify what the result of the
1274 @code{MAX} and @code{MIN} intrinsics are if one of the arguments is a
1275 @code{NaN}.  Accordingly, the GNU Fortran compiler does not specify
1276 that either, as this allows for faster and more compact code to be
1277 generated.  If the programmer wishes to take some specific action in
1278 case one of the arguments is a @code{NaN}, it is necessary to
1279 explicitly test the arguments before calling @code{MAX} or @code{MIN},
1280 e.g. with the @code{IEEE_IS_NAN} function from the intrinsic module
1281 @code{IEEE_ARITHMETIC}.
1284 @node Thread-safety of the runtime library
1285 @section Thread-safety of the runtime library
1286 @cindex thread-safety, threads
1288 GNU Fortran can be used in programs with multiple threads, e.g.@: by
1289 using OpenMP, by calling OS thread handling functions via the
1290 @code{ISO_C_BINDING} facility, or by GNU Fortran compiled library code
1291 being called from a multi-threaded program.
1293 The GNU Fortran runtime library, (@code{libgfortran}), supports being
1294 called concurrently from multiple threads with the following
1295 exceptions. 
1297 During library initialization, the C @code{getenv} function is used,
1298 which need not be thread-safe.  Similarly, the @code{getenv}
1299 function is used to implement the @code{GET_ENVIRONMENT_VARIABLE} and
1300 @code{GETENV} intrinsics.  It is the responsibility of the user to
1301 ensure that the environment is not being updated concurrently when any
1302 of these actions are taking place.
1304 The @code{EXECUTE_COMMAND_LINE} and @code{SYSTEM} intrinsics are
1305 implemented with the @code{system} function, which need not be
1306 thread-safe.  It is the responsibility of the user to ensure that
1307 @code{system} is not called concurrently.
1309 For platforms not supporting thread-safe POSIX functions, further
1310 functionality might not be thread-safe.  For details, please consult
1311 the documentation for your operating system.
1313 The GNU Fortran runtime library uses various C library functions that
1314 depend on the locale, such as @code{strtod} and @code{snprintf}.  In
1315 order to work correctly in locale-aware programs that set the locale
1316 using @code{setlocale}, the locale is reset to the default ``C''
1317 locale while executing a formatted @code{READ} or @code{WRITE}
1318 statement.  On targets supporting the POSIX 2008 per-thread locale
1319 functions (e.g. @code{newlocale}, @code{uselocale},
1320 @code{freelocale}), these are used and thus the global locale set
1321 using @code{setlocale} or the per-thread locales in other threads are
1322 not affected.  However, on targets lacking this functionality, the
1323 global LC_NUMERIC locale is set to ``C'' during the formatted I/O.
1324 Thus, on such targets it's not safe to call @code{setlocale}
1325 concurrently from another thread while a Fortran formatted I/O
1326 operation is in progress.  Also, other threads doing something
1327 dependent on the LC_NUMERIC locale might not work correctly if a
1328 formatted I/O operation is in progress in another thread.
1330 @node Data consistency and durability
1331 @section Data consistency and durability
1332 @cindex consistency, durability
1334 This section contains a brief overview of data and metadata
1335 consistency and durability issues when doing I/O.
1337 With respect to durability, GNU Fortran makes no effort to ensure that
1338 data is committed to stable storage. If this is required, the GNU
1339 Fortran programmer can use the intrinsic @code{FNUM} to retrieve the
1340 low level file descriptor corresponding to an open Fortran unit. Then,
1341 using e.g. the @code{ISO_C_BINDING} feature, one can call the
1342 underlying system call to flush dirty data to stable storage, such as
1343 @code{fsync} on POSIX, @code{_commit} on MingW, or @code{fcntl(fd,
1344 F_FULLSYNC, 0)} on Mac OS X. The following example shows how to call
1345 fsync:
1347 @smallexample
1348   ! Declare the interface for POSIX fsync function
1349   interface
1350     function fsync (fd) bind(c,name="fsync")
1351     use iso_c_binding, only: c_int
1352       integer(c_int), value :: fd
1353       integer(c_int) :: fsync
1354     end function fsync
1355   end interface
1357   ! Variable declaration
1358   integer :: ret
1360   ! Opening unit 10
1361   open (10,file="foo")
1363   ! ...
1364   ! Perform I/O on unit 10
1365   ! ...
1367   ! Flush and sync
1368   flush(10)
1369   ret = fsync(fnum(10))
1371   ! Handle possible error
1372   if (ret /= 0) stop "Error calling FSYNC"
1373 @end smallexample
1375 With respect to consistency, for regular files GNU Fortran uses
1376 buffered I/O in order to improve performance. This buffer is flushed
1377 automatically when full and in some other situations, e.g. when
1378 closing a unit. It can also be explicitly flushed with the
1379 @code{FLUSH} statement. Also, the buffering can be turned off with the
1380 @code{GFORTRAN_UNBUFFERED_ALL} and
1381 @code{GFORTRAN_UNBUFFERED_PRECONNECTED} environment variables. Special
1382 files, such as terminals and pipes, are always unbuffered. Sometimes,
1383 however, further things may need to be done in order to allow other
1384 processes to see data that GNU Fortran has written, as follows.
1386 The Windows platform supports a relaxed metadata consistency model,
1387 where file metadata is written to the directory lazily. This means
1388 that, for instance, the @code{dir} command can show a stale size for a
1389 file. One can force a directory metadata update by closing the unit,
1390 or by calling @code{_commit} on the file descriptor. Note, though,
1391 that @code{_commit} will force all dirty data to stable storage, which
1392 is often a very slow operation.
1394 The Network File System (NFS) implements a relaxed consistency model
1395 called open-to-close consistency. Closing a file forces dirty data and
1396 metadata to be flushed to the server, and opening a file forces the
1397 client to contact the server in order to revalidate cached
1398 data. @code{fsync} will also force a flush of dirty data and metadata
1399 to the server. Similar to @code{open} and @code{close}, acquiring and
1400 releasing @code{fcntl} file locks, if the server supports them, will
1401 also force cache validation and flushing dirty data and metadata.
1404 @node Files opened without an explicit ACTION= specifier
1405 @section Files opened without an explicit ACTION= specifier
1406 @cindex open, action
1408 The Fortran standard says that if an @code{OPEN} statement is executed
1409 without an explicit @code{ACTION=} specifier, the default value is
1410 processor dependent.  GNU Fortran behaves as follows:
1412 @enumerate
1413 @item Attempt to open the file with @code{ACTION='READWRITE'}
1414 @item If that fails, try to open with @code{ACTION='READ'}
1415 @item If that fails, try to open with @code{ACTION='WRITE'}
1416 @item If that fails, generate an error
1417 @end enumerate
1420 @node File operations on symbolic links
1421 @section File operations on symbolic links
1422 @cindex file, symbolic link
1424 This section documents the behavior of GNU Fortran for file operations on
1425 symbolic links, on systems that support them. 
1427 @itemize
1429 @item Results of INQUIRE statements of the ``inquire by file'' form will
1430 relate to the target of the symbolic link. For example,
1431 @code{INQUIRE(FILE="foo",EXIST=ex)} will set @var{ex} to @var{.true.} if
1432 @var{foo} is a symbolic link pointing to an existing file, and @var{.false.}
1433 if @var{foo} points to an non-existing file (``dangling'' symbolic link).
1435 @item Using the @code{OPEN} statement with a @code{STATUS="NEW"} specifier
1436 on a symbolic link will result in an error condition, whether the symbolic
1437 link points to an existing target or is dangling.
1439 @item If a symbolic link was connected, using the @code{CLOSE} statement
1440 with a @code{STATUS="DELETE"} specifier will cause the symbolic link itself
1441 to be deleted, not its target.
1443 @end itemize
1445 @node File format of unformatted sequential files
1446 @section File format of unformatted sequential files
1447 @cindex file, unformatted sequential
1448 @cindex unformatted sequential
1449 @cindex sequential, unformatted
1450 @cindex record marker
1451 @cindex subrecord
1453 Unformatted sequential files are stored as logical records using
1454 record markers.  Each logical record consists of one of more
1455 subrecords.
1457 Each subrecord consists of a leading record marker, the data written
1458 by the user program, and a trailing record marker.  The record markers
1459 are four-byte integers by default, and eight-byte integers if the
1460 @option{-fmax-subrecord-length=8} option (which exists for backwards
1461 compability only) is in effect.
1463 The representation of the record markers is that of unformatted files
1464 given with the @option{-fconvert} option, the @xref{CONVERT specifier}
1465 on the open statement or the @xref{GFORTRAN_CONVERT_UNIT} environment
1466 variable.
1468 The maximum number of bytes of user data in a subrecord is 2147483639
1469 (2 GiB - 9) for a four-byte record marker.  This limit can be lowered
1470 with the @option{-fmax-subrecord-length} option, altough this is
1471 rarely useful. If the length of a logical record exceeds this limit,
1472 the data is distributed among several subrecords.
1474 The absolute of the number stored in the record markers is the number
1475 of bytes of user data in the corresponding subrecord.  If the leading
1476 record marker of a subrecord contains a negative number, another
1477 subrecord follows the current one.  If the trailing record marker
1478 contains a negative number, then there is a preceding subrecord.
1480 In the most simple case, with only one subrecord per logical record,
1481 both record markers contain the number of bytes of user data in the
1482 record,
1484 The format for unformatted sequential data can be duplicated using
1485 unformatted stream, as shown in the example program for an unformatted
1486 record containing a single subrecord:
1488 @smallexample
1489 program main
1490   use iso_fortran_env, only: int32
1491   implicit none
1492   integer(int32) :: i 
1493   real, dimension(10) :: a, b
1494   call random_number(a)
1495   open (10,file='test.dat',form='unformatted',access='stream')
1496   inquire (iolength=i) a
1497   write (10) i, a, i
1498   close (10)
1499   open (10,file='test.dat',form='unformatted')
1500   read (10) b
1501   if (all (a == b)) print *,'success!'
1502 end program main
1503 @end smallexample
1505 @node Asynchronous I/O
1506 @section Asynchronous I/O
1507 @cindex input/output, asynchronous
1508 @cindex asynchronous I/O
1510 Asynchronous I/O is supported if the program is linked against the
1511 POSIX thread library. If that is not the case, all I/O is performed
1512 as synchronous. On systems which do not support pthread condition
1513 variables, such as AIX, I/O is also performed as synchronous.
1515 On some systems, such as Darwin or Solaris, the POSIX thread library
1516 is always linked in, so asynchronous I/O is always performed. On other
1517 sytems, such as Linux, it is necessary to specify @option{-pthread},
1518 @option{-lpthread} or @option{-fopenmp} during the linking step.
1520 @c ---------------------------------------------------------------------
1521 @c Extensions
1522 @c ---------------------------------------------------------------------
1524 @c Maybe this chapter should be merged with the 'Standards' section,
1525 @c whenever that is written :-)
1527 @node Extensions
1528 @chapter Extensions
1529 @cindex extensions
1531 The two sections below detail the extensions to standard Fortran that are
1532 implemented in GNU Fortran, as well as some of the popular or
1533 historically important extensions that are not (or not yet) implemented.
1534 For the latter case, we explain the alternatives available to GNU Fortran
1535 users, including replacement by standard-conforming code or GNU
1536 extensions.
1538 @menu
1539 * Extensions implemented in GNU Fortran::
1540 * Extensions not implemented in GNU Fortran::
1541 @end menu
1544 @node Extensions implemented in GNU Fortran
1545 @section Extensions implemented in GNU Fortran
1546 @cindex extensions, implemented
1548 GNU Fortran implements a number of extensions over standard Fortran.
1549 This chapter contains information on their syntax and meaning.  There
1550 are currently two categories of GNU Fortran extensions, those that
1551 provide functionality beyond that provided by any standard, and those
1552 that are supported by GNU Fortran purely for backward compatibility
1553 with legacy compilers.  By default, @option{-std=gnu} allows the
1554 compiler to accept both types of extensions, but to warn about the use
1555 of the latter.  Specifying either @option{-std=f95},
1556 @option{-std=f2003}, @option{-std=f2008}, or @option{-std=f2018}
1557 disables both types of extensions, and @option{-std=legacy} allows
1558 both without warning.  The special compile flag @option{-fdec} enables
1559 additional compatibility extensions along with those enabled by
1560 @option{-std=legacy}.
1562 @menu
1563 * Old-style kind specifications::
1564 * Old-style variable initialization::
1565 * Extensions to namelist::
1566 * X format descriptor without count field::
1567 * Commas in FORMAT specifications::
1568 * Missing period in FORMAT specifications::
1569 * I/O item lists::
1570 * @code{Q} exponent-letter::
1571 * BOZ literal constants::
1572 * Real array indices::
1573 * Unary operators::
1574 * Implicitly convert LOGICAL and INTEGER values::
1575 * Hollerith constants support::
1576 * Cray pointers::
1577 * CONVERT specifier::
1578 * OpenMP::
1579 * OpenACC::
1580 * Argument list functions::
1581 * Read/Write after EOF marker::
1582 * STRUCTURE and RECORD::
1583 * UNION and MAP::
1584 * Type variants for integer intrinsics::
1585 * AUTOMATIC and STATIC attributes::
1586 * Extended math intrinsics::
1587 * Form feed as whitespace::
1588 * TYPE as an alias for PRINT::
1589 * %LOC as an rvalue::
1590 * .XOR. operator::
1591 * Bitwise logical operators::
1592 * Extended I/O specifiers::
1593 * Legacy PARAMETER statements::
1594 * Default exponents::
1595 @end menu
1597 @node Old-style kind specifications
1598 @subsection Old-style kind specifications
1599 @cindex kind, old-style
1601 GNU Fortran allows old-style kind specifications in declarations.  These
1602 look like:
1603 @smallexample
1604       TYPESPEC*size x,y,z
1605 @end smallexample
1606 @noindent
1607 where @code{TYPESPEC} is a basic type (@code{INTEGER}, @code{REAL},
1608 etc.), and where @code{size} is a byte count corresponding to the
1609 storage size of a valid kind for that type.  (For @code{COMPLEX}
1610 variables, @code{size} is the total size of the real and imaginary
1611 parts.)  The statement then declares @code{x}, @code{y} and @code{z} to
1612 be of type @code{TYPESPEC} with the appropriate kind.  This is
1613 equivalent to the standard-conforming declaration
1614 @smallexample
1615       TYPESPEC(k) x,y,z
1616 @end smallexample
1617 @noindent
1618 where @code{k} is the kind parameter suitable for the intended precision.  As
1619 kind parameters are implementation-dependent, use the @code{KIND},
1620 @code{SELECTED_INT_KIND} and @code{SELECTED_REAL_KIND} intrinsics to retrieve
1621 the correct value, for instance @code{REAL*8 x} can be replaced by:
1622 @smallexample
1623 INTEGER, PARAMETER :: dbl = KIND(1.0d0)
1624 REAL(KIND=dbl) :: x
1625 @end smallexample
1627 @node Old-style variable initialization
1628 @subsection Old-style variable initialization
1630 GNU Fortran allows old-style initialization of variables of the
1631 form:
1632 @smallexample
1633       INTEGER i/1/,j/2/
1634       REAL x(2,2) /3*0.,1./
1635 @end smallexample
1636 The syntax for the initializers is as for the @code{DATA} statement, but
1637 unlike in a @code{DATA} statement, an initializer only applies to the
1638 variable immediately preceding the initialization.  In other words,
1639 something like @code{INTEGER I,J/2,3/} is not valid.  This style of
1640 initialization is only allowed in declarations without double colons
1641 (@code{::}); the double colons were introduced in Fortran 90, which also
1642 introduced a standard syntax for initializing variables in type
1643 declarations.
1645 Examples of standard-conforming code equivalent to the above example
1646 are:
1647 @smallexample
1648 ! Fortran 90
1649       INTEGER :: i = 1, j = 2
1650       REAL :: x(2,2) = RESHAPE((/0.,0.,0.,1./),SHAPE(x))
1651 ! Fortran 77
1652       INTEGER i, j
1653       REAL x(2,2)
1654       DATA i/1/, j/2/, x/3*0.,1./
1655 @end smallexample
1657 Note that variables which are explicitly initialized in declarations
1658 or in @code{DATA} statements automatically acquire the @code{SAVE}
1659 attribute.
1661 @node Extensions to namelist
1662 @subsection Extensions to namelist
1663 @cindex Namelist
1665 GNU Fortran fully supports the Fortran 95 standard for namelist I/O
1666 including array qualifiers, substrings and fully qualified derived types.
1667 The output from a namelist write is compatible with namelist read.  The
1668 output has all names in upper case and indentation to column 1 after the
1669 namelist name.  Two extensions are permitted:
1671 Old-style use of @samp{$} instead of @samp{&}
1672 @smallexample
1673 $MYNML
1674  X(:)%Y(2) = 1.0 2.0 3.0
1675  CH(1:4) = "abcd"
1676 $END
1677 @end smallexample
1679 It should be noted that the default terminator is @samp{/} rather than
1680 @samp{&END}.
1682 Querying of the namelist when inputting from stdin.  After at least
1683 one space, entering @samp{?} sends to stdout the namelist name and the names of
1684 the variables in the namelist:
1685 @smallexample
1688 &mynml
1690  x%y
1691  ch
1692 &end
1693 @end smallexample
1695 Entering @samp{=?} outputs the namelist to stdout, as if
1696 @code{WRITE(*,NML = mynml)} had been called:
1697 @smallexample
1700 &MYNML
1701  X(1)%Y=  0.000000    ,  1.000000    ,  0.000000    ,
1702  X(2)%Y=  0.000000    ,  2.000000    ,  0.000000    ,
1703  X(3)%Y=  0.000000    ,  3.000000    ,  0.000000    ,
1704  CH=abcd,  /
1705 @end smallexample
1707 To aid this dialog, when input is from stdin, errors send their
1708 messages to stderr and execution continues, even if @code{IOSTAT} is set.
1710 @code{PRINT} namelist is permitted.  This causes an error if
1711 @option{-std=f95} is used.
1712 @smallexample
1713 PROGRAM test_print
1714   REAL, dimension (4)  ::  x = (/1.0, 2.0, 3.0, 4.0/)
1715   NAMELIST /mynml/ x
1716   PRINT mynml
1717 END PROGRAM test_print
1718 @end smallexample
1720 Expanded namelist reads are permitted.  This causes an error if 
1721 @option{-std=f95} is used.  In the following example, the first element
1722 of the array will be given the value 0.00 and the two succeeding
1723 elements will be given the values 1.00 and 2.00.
1724 @smallexample
1725 &MYNML
1726   X(1,1) = 0.00 , 1.00 , 2.00
1728 @end smallexample
1730 When writing a namelist, if no @code{DELIM=} is specified, by default a
1731 double quote is used to delimit character strings. If -std=F95, F2003,
1732 or F2008, etc, the delim status is set to 'none'.  Defaulting to
1733 quotes ensures that namelists with character strings can be subsequently
1734 read back in accurately.
1736 @node X format descriptor without count field
1737 @subsection @code{X} format descriptor without count field
1739 To support legacy codes, GNU Fortran permits the count field of the
1740 @code{X} edit descriptor in @code{FORMAT} statements to be omitted.
1741 When omitted, the count is implicitly assumed to be one.
1743 @smallexample
1744        PRINT 10, 2, 3
1745 10     FORMAT (I1, X, I1)
1746 @end smallexample
1748 @node Commas in FORMAT specifications
1749 @subsection Commas in @code{FORMAT} specifications
1751 To support legacy codes, GNU Fortran allows the comma separator
1752 to be omitted immediately before and after character string edit
1753 descriptors in @code{FORMAT} statements.
1755 @smallexample
1756        PRINT 10, 2, 3
1757 10     FORMAT ('FOO='I1' BAR='I2)
1758 @end smallexample
1761 @node Missing period in FORMAT specifications
1762 @subsection Missing period in @code{FORMAT} specifications
1764 To support legacy codes, GNU Fortran allows missing periods in format
1765 specifications if and only if @option{-std=legacy} is given on the
1766 command line.  This is considered non-conforming code and is
1767 discouraged.
1769 @smallexample
1770        REAL :: value
1771        READ(*,10) value
1772 10     FORMAT ('F4')
1773 @end smallexample
1775 @node I/O item lists
1776 @subsection I/O item lists
1777 @cindex I/O item lists
1779 To support legacy codes, GNU Fortran allows the input item list
1780 of the @code{READ} statement, and the output item lists of the
1781 @code{WRITE} and @code{PRINT} statements, to start with a comma.
1783 @node @code{Q} exponent-letter
1784 @subsection @code{Q} exponent-letter
1785 @cindex @code{Q} exponent-letter
1787 GNU Fortran accepts real literal constants with an exponent-letter
1788 of @code{Q}, for example, @code{1.23Q45}.  The constant is interpreted
1789 as a @code{REAL(16)} entity on targets that support this type.  If
1790 the target does not support @code{REAL(16)} but has a @code{REAL(10)}
1791 type, then the real-literal-constant will be interpreted as a
1792 @code{REAL(10)} entity.  In the absence of @code{REAL(16)} and
1793 @code{REAL(10)}, an error will occur.
1795 @node BOZ literal constants
1796 @subsection BOZ literal constants
1797 @cindex BOZ literal constants
1799 Besides decimal constants, Fortran also supports binary (@code{b}),
1800 octal (@code{o}) and hexadecimal (@code{z}) integer constants.  The
1801 syntax is: @samp{prefix quote digits quote}, were the prefix is
1802 either @code{b}, @code{o} or @code{z}, quote is either @code{'} or
1803 @code{"} and the digits are for binary @code{0} or @code{1}, for
1804 octal between @code{0} and @code{7}, and for hexadecimal between
1805 @code{0} and @code{F}.  (Example: @code{b'01011101'}.)
1807 Up to Fortran 95, BOZ literals were only allowed to initialize
1808 integer variables in DATA statements.  Since Fortran 2003 BOZ literals
1809 are also allowed as argument of @code{REAL}, @code{DBLE}, @code{INT}
1810 and @code{CMPLX}; the result is the same as if the integer BOZ
1811 literal had been converted by @code{TRANSFER} to, respectively,
1812 @code{real}, @code{double precision}, @code{integer} or @code{complex}.
1813 As GNU Fortran extension the intrinsic procedures @code{FLOAT},
1814 @code{DFLOAT}, @code{COMPLEX} and @code{DCMPLX} are treated alike.
1816 As an extension, GNU Fortran allows hexadecimal BOZ literal constants to
1817 be specified using the @code{X} prefix, in addition to the standard
1818 @code{Z} prefix.  The BOZ literal can also be specified by adding a
1819 suffix to the string, for example, @code{Z'ABC'} and @code{'ABC'Z} are
1820 equivalent.
1822 Furthermore, GNU Fortran allows using BOZ literal constants outside
1823 DATA statements and the four intrinsic functions allowed by Fortran 2003.
1824 In DATA statements, in direct assignments, where the right-hand side
1825 only contains a BOZ literal constant, and for old-style initializers of
1826 the form @code{integer i /o'0173'/}, the constant is transferred
1827 as if @code{TRANSFER} had been used; for @code{COMPLEX} numbers, only
1828 the real part is initialized unless @code{CMPLX} is used.  In all other
1829 cases, the BOZ literal constant is converted to an @code{INTEGER} value with
1830 the largest decimal representation.  This value is then converted
1831 numerically to the type and kind of the variable in question.
1832 (For instance, @code{real :: r = b'0000001' + 1} initializes @code{r}
1833 with @code{2.0}.) As different compilers implement the extension
1834 differently, one should be careful when doing bitwise initialization
1835 of non-integer variables.
1837 Note that initializing an @code{INTEGER} variable with a statement such
1838 as @code{DATA i/Z'FFFFFFFF'/} will give an integer overflow error rather
1839 than the desired result of @math{-1} when @code{i} is a 32-bit integer
1840 on a system that supports 64-bit integers.  The @samp{-fno-range-check}
1841 option can be used as a workaround for legacy code that initializes
1842 integers in this manner.
1844 @node Real array indices
1845 @subsection Real array indices
1846 @cindex array, indices of type real
1848 As an extension, GNU Fortran allows the use of @code{REAL} expressions
1849 or variables as array indices.
1851 @node Unary operators
1852 @subsection Unary operators
1853 @cindex operators, unary
1855 As an extension, GNU Fortran allows unary plus and unary minus operators
1856 to appear as the second operand of binary arithmetic operators without
1857 the need for parenthesis.
1859 @smallexample
1860        X = Y * -Z
1861 @end smallexample
1863 @node Implicitly convert LOGICAL and INTEGER values
1864 @subsection Implicitly convert @code{LOGICAL} and @code{INTEGER} values
1865 @cindex conversion, to integer
1866 @cindex conversion, to logical
1868 As an extension for backwards compatibility with other compilers, GNU
1869 Fortran allows the implicit conversion of @code{LOGICAL} values to
1870 @code{INTEGER} values and vice versa.  When converting from a
1871 @code{LOGICAL} to an @code{INTEGER}, @code{.FALSE.} is interpreted as
1872 zero, and @code{.TRUE.} is interpreted as one.  When converting from
1873 @code{INTEGER} to @code{LOGICAL}, the value zero is interpreted as
1874 @code{.FALSE.} and any nonzero value is interpreted as @code{.TRUE.}.
1876 @smallexample
1877         LOGICAL :: l
1878         l = 1
1879 @end smallexample
1880 @smallexample
1881         INTEGER :: i
1882         i = .TRUE.
1883 @end smallexample
1885 However, there is no implicit conversion of @code{INTEGER} values in
1886 @code{if}-statements, nor of @code{LOGICAL} or @code{INTEGER} values
1887 in I/O operations.
1889 @node Hollerith constants support
1890 @subsection Hollerith constants support
1891 @cindex Hollerith constants
1893 GNU Fortran supports Hollerith constants in assignments, function
1894 arguments, and @code{DATA} and @code{ASSIGN} statements.  A Hollerith
1895 constant is written as a string of characters preceded by an integer
1896 constant indicating the character count, and the letter @code{H} or
1897 @code{h}, and stored in bytewise fashion in a numeric (@code{INTEGER},
1898 @code{REAL}, or @code{complex}) or @code{LOGICAL} variable.  The
1899 constant will be padded or truncated to fit the size of the variable in
1900 which it is stored.
1902 Examples of valid uses of Hollerith constants:
1903 @smallexample
1904       complex*16 x(2)
1905       data x /16Habcdefghijklmnop, 16Hqrstuvwxyz012345/
1906       x(1) = 16HABCDEFGHIJKLMNOP
1907       call foo (4h abc)
1908 @end smallexample
1910 Invalid Hollerith constants examples:
1911 @smallexample
1912       integer*4 a
1913       a = 8H12345678 ! Valid, but the Hollerith constant will be truncated.
1914       a = 0H         ! At least one character is needed.
1915 @end smallexample
1917 In general, Hollerith constants were used to provide a rudimentary
1918 facility for handling character strings in early Fortran compilers,
1919 prior to the introduction of @code{CHARACTER} variables in Fortran 77;
1920 in those cases, the standard-compliant equivalent is to convert the
1921 program to use proper character strings.  On occasion, there may be a
1922 case where the intent is specifically to initialize a numeric variable
1923 with a given byte sequence.  In these cases, the same result can be
1924 obtained by using the @code{TRANSFER} statement, as in this example.
1925 @smallexample
1926       INTEGER(KIND=4) :: a
1927       a = TRANSFER ("abcd", a)     ! equivalent to: a = 4Habcd
1928 @end smallexample
1931 @node Cray pointers
1932 @subsection Cray pointers
1933 @cindex pointer, Cray
1935 Cray pointers are part of a non-standard extension that provides a
1936 C-like pointer in Fortran.  This is accomplished through a pair of
1937 variables: an integer "pointer" that holds a memory address, and a
1938 "pointee" that is used to dereference the pointer.
1940 Pointer/pointee pairs are declared in statements of the form:
1941 @smallexample
1942         pointer ( <pointer> , <pointee> )
1943 @end smallexample
1945 @smallexample
1946         pointer ( <pointer1> , <pointee1> ), ( <pointer2> , <pointee2> ), ...
1947 @end smallexample
1948 The pointer is an integer that is intended to hold a memory address.
1949 The pointee may be an array or scalar.
1950 If an assumed-size array is permitted within the scoping unit, a
1951 pointee can be an assumed-size array.
1952 That is, the last dimension may be left unspecified by using a @code{*}
1953 in place of a value. A pointee cannot be an assumed shape array.
1954 No space is allocated for the pointee.
1956 The pointee may have its type declared before or after the pointer
1957 statement, and its array specification (if any) may be declared
1958 before, during, or after the pointer statement.  The pointer may be
1959 declared as an integer prior to the pointer statement.  However, some
1960 machines have default integer sizes that are different than the size
1961 of a pointer, and so the following code is not portable:
1962 @smallexample
1963         integer ipt
1964         pointer (ipt, iarr)
1965 @end smallexample
1966 If a pointer is declared with a kind that is too small, the compiler
1967 will issue a warning; the resulting binary will probably not work
1968 correctly, because the memory addresses stored in the pointers may be
1969 truncated.  It is safer to omit the first line of the above example;
1970 if explicit declaration of ipt's type is omitted, then the compiler
1971 will ensure that ipt is an integer variable large enough to hold a
1972 pointer.
1974 Pointer arithmetic is valid with Cray pointers, but it is not the same
1975 as C pointer arithmetic.  Cray pointers are just ordinary integers, so
1976 the user is responsible for determining how many bytes to add to a
1977 pointer in order to increment it.  Consider the following example:
1978 @smallexample
1979         real target(10)
1980         real pointee(10)
1981         pointer (ipt, pointee)
1982         ipt = loc (target)
1983         ipt = ipt + 1       
1984 @end smallexample
1985 The last statement does not set @code{ipt} to the address of
1986 @code{target(1)}, as it would in C pointer arithmetic.  Adding @code{1}
1987 to @code{ipt} just adds one byte to the address stored in @code{ipt}.
1989 Any expression involving the pointee will be translated to use the
1990 value stored in the pointer as the base address.
1992 To get the address of elements, this extension provides an intrinsic
1993 function @code{LOC()}.  The @code{LOC()} function is equivalent to the
1994 @code{&} operator in C, except the address is cast to an integer type:
1995 @smallexample
1996         real ar(10)
1997         pointer(ipt, arpte(10))
1998         real arpte
1999         ipt = loc(ar)  ! Makes arpte is an alias for ar
2000         arpte(1) = 1.0 ! Sets ar(1) to 1.0
2001 @end smallexample
2002 The pointer can also be set by a call to the @code{MALLOC} intrinsic
2003 (see @ref{MALLOC}).
2005 Cray pointees often are used to alias an existing variable.  For
2006 example:
2007 @smallexample
2008         integer target(10)
2009         integer iarr(10)
2010         pointer (ipt, iarr)
2011         ipt = loc(target)
2012 @end smallexample
2013 As long as @code{ipt} remains unchanged, @code{iarr} is now an alias for
2014 @code{target}.  The optimizer, however, will not detect this aliasing, so
2015 it is unsafe to use @code{iarr} and @code{target} simultaneously.  Using
2016 a pointee in any way that violates the Fortran aliasing rules or
2017 assumptions is illegal.  It is the user's responsibility to avoid doing
2018 this; the compiler works under the assumption that no such aliasing
2019 occurs.
2021 Cray pointers will work correctly when there is no aliasing (i.e., when
2022 they are used to access a dynamically allocated block of memory), and
2023 also in any routine where a pointee is used, but any variable with which
2024 it shares storage is not used.  Code that violates these rules may not
2025 run as the user intends.  This is not a bug in the optimizer; any code
2026 that violates the aliasing rules is illegal.  (Note that this is not
2027 unique to GNU Fortran; any Fortran compiler that supports Cray pointers
2028 will ``incorrectly'' optimize code with illegal aliasing.)
2030 There are a number of restrictions on the attributes that can be applied
2031 to Cray pointers and pointees.  Pointees may not have the
2032 @code{ALLOCATABLE}, @code{INTENT}, @code{OPTIONAL}, @code{DUMMY},
2033 @code{TARGET}, @code{INTRINSIC}, or @code{POINTER} attributes.  Pointers
2034 may not have the @code{DIMENSION}, @code{POINTER}, @code{TARGET},
2035 @code{ALLOCATABLE}, @code{EXTERNAL}, or @code{INTRINSIC} attributes, nor
2036 may they be function results.  Pointees may not occur in more than one
2037 pointer statement.  A pointee cannot be a pointer.  Pointees cannot occur
2038 in equivalence, common, or data statements.
2040 A Cray pointer may also point to a function or a subroutine.  For
2041 example, the following excerpt is valid:
2042 @smallexample
2043   implicit none
2044   external sub
2045   pointer (subptr,subpte)
2046   external subpte
2047   subptr = loc(sub)
2048   call subpte()
2049   [...]
2050   subroutine sub
2051   [...]
2052   end subroutine sub
2053 @end smallexample
2055 A pointer may be modified during the course of a program, and this
2056 will change the location to which the pointee refers.  However, when
2057 pointees are passed as arguments, they are treated as ordinary
2058 variables in the invoked function.  Subsequent changes to the pointer
2059 will not change the base address of the array that was passed.
2061 @node CONVERT specifier
2062 @subsection @code{CONVERT} specifier
2063 @cindex @code{CONVERT} specifier
2065 GNU Fortran allows the conversion of unformatted data between little-
2066 and big-endian representation to facilitate moving of data
2067 between different systems.  The conversion can be indicated with
2068 the @code{CONVERT} specifier on the @code{OPEN} statement.
2069 @xref{GFORTRAN_CONVERT_UNIT}, for an alternative way of specifying
2070 the data format via an environment variable.
2072 Valid values for @code{CONVERT} are:
2073 @itemize @w{}
2074 @item @code{CONVERT='NATIVE'} Use the native format.  This is the default.
2075 @item @code{CONVERT='SWAP'} Swap between little- and big-endian.
2076 @item @code{CONVERT='LITTLE_ENDIAN'} Use the little-endian representation
2077 for unformatted files.
2078 @item @code{CONVERT='BIG_ENDIAN'} Use the big-endian representation for
2079 unformatted files.
2080 @end itemize
2082 Using the option could look like this:
2083 @smallexample
2084   open(file='big.dat',form='unformatted',access='sequential', &
2085        convert='big_endian')
2086 @end smallexample
2088 The value of the conversion can be queried by using
2089 @code{INQUIRE(CONVERT=ch)}.  The values returned are
2090 @code{'BIG_ENDIAN'} and @code{'LITTLE_ENDIAN'}.
2092 @code{CONVERT} works between big- and little-endian for
2093 @code{INTEGER} values of all supported kinds and for @code{REAL}
2094 on IEEE systems of kinds 4 and 8.  Conversion between different
2095 ``extended double'' types on different architectures such as
2096 m68k and x86_64, which GNU Fortran
2097 supports as @code{REAL(KIND=10)} and @code{REAL(KIND=16)}, will
2098 probably not work.
2100 @emph{Note that the values specified via the GFORTRAN_CONVERT_UNIT
2101 environment variable will override the CONVERT specifier in the
2102 open statement}.  This is to give control over data formats to
2103 users who do not have the source code of their program available.
2105 Using anything but the native representation for unformatted data
2106 carries a significant speed overhead.  If speed in this area matters
2107 to you, it is best if you use this only for data that needs to be
2108 portable.
2110 @node OpenMP
2111 @subsection OpenMP
2112 @cindex OpenMP
2114 OpenMP (Open Multi-Processing) is an application programming
2115 interface (API) that supports multi-platform shared memory 
2116 multiprocessing programming in C/C++ and Fortran on many 
2117 architectures, including Unix and Microsoft Windows platforms.
2118 It consists of a set of compiler directives, library routines,
2119 and environment variables that influence run-time behavior.
2121 GNU Fortran strives to be compatible to the 
2122 @uref{http://openmp.org/wp/openmp-specifications/,
2123 OpenMP Application Program Interface v4.5}.
2125 To enable the processing of the OpenMP directive @code{!$omp} in
2126 free-form source code; the @code{c$omp}, @code{*$omp} and @code{!$omp}
2127 directives in fixed form; the @code{!$} conditional compilation sentinels
2128 in free form; and the @code{c$}, @code{*$} and @code{!$} sentinels
2129 in fixed form, @command{gfortran} needs to be invoked with the
2130 @option{-fopenmp}.  This also arranges for automatic linking of the
2131 GNU Offloading and Multi Processing Runtime Library
2132 @ref{Top,,libgomp,libgomp,GNU Offloading and Multi Processing Runtime
2133 Library}.
2135 The OpenMP Fortran runtime library routines are provided both in a
2136 form of a Fortran 90 module named @code{omp_lib} and in a form of
2137 a Fortran @code{include} file named @file{omp_lib.h}.
2139 An example of a parallelized loop taken from Appendix A.1 of
2140 the OpenMP Application Program Interface v2.5:
2141 @smallexample
2142 SUBROUTINE A1(N, A, B)
2143   INTEGER I, N
2144   REAL B(N), A(N)
2145 !$OMP PARALLEL DO !I is private by default
2146   DO I=2,N
2147     B(I) = (A(I) + A(I-1)) / 2.0
2148   ENDDO
2149 !$OMP END PARALLEL DO
2150 END SUBROUTINE A1
2151 @end smallexample
2153 Please note:
2154 @itemize
2155 @item
2156 @option{-fopenmp} implies @option{-frecursive}, i.e., all local arrays
2157 will be allocated on the stack.  When porting existing code to OpenMP,
2158 this may lead to surprising results, especially to segmentation faults
2159 if the stacksize is limited.
2161 @item
2162 On glibc-based systems, OpenMP enabled applications cannot be statically
2163 linked due to limitations of the underlying pthreads-implementation.  It
2164 might be possible to get a working solution if 
2165 @command{-Wl,--whole-archive -lpthread -Wl,--no-whole-archive} is added
2166 to the command line.  However, this is not supported by @command{gcc} and
2167 thus not recommended.
2168 @end itemize
2170 @node OpenACC
2171 @subsection OpenACC
2172 @cindex OpenACC
2174 OpenACC is an application programming interface (API) that supports
2175 offloading of code to accelerator devices.  It consists of a set of
2176 compiler directives, library routines, and environment variables that
2177 influence run-time behavior.
2179 GNU Fortran strives to be compatible to the
2180 @uref{http://www.openacc.org/, OpenACC Application Programming
2181 Interface v2.0}.
2183 To enable the processing of the OpenACC directive @code{!$acc} in
2184 free-form source code; the @code{c$acc}, @code{*$acc} and @code{!$acc}
2185 directives in fixed form; the @code{!$} conditional compilation
2186 sentinels in free form; and the @code{c$}, @code{*$} and @code{!$}
2187 sentinels in fixed form, @command{gfortran} needs to be invoked with
2188 the @option{-fopenacc}.  This also arranges for automatic linking of
2189 the GNU Offloading and Multi Processing Runtime Library
2190 @ref{Top,,libgomp,libgomp,GNU Offloading and Multi Processing Runtime
2191 Library}.
2193 The OpenACC Fortran runtime library routines are provided both in a
2194 form of a Fortran 90 module named @code{openacc} and in a form of a
2195 Fortran @code{include} file named @file{openacc_lib.h}.
2197 Note that this is an experimental feature, incomplete, and subject to
2198 change in future versions of GCC.  See
2199 @uref{https://gcc.gnu.org/wiki/OpenACC} for more information.
2201 @node Argument list functions
2202 @subsection Argument list functions @code{%VAL}, @code{%REF} and @code{%LOC}
2203 @cindex argument list functions
2204 @cindex @code{%VAL}
2205 @cindex @code{%REF}
2206 @cindex @code{%LOC}
2208 GNU Fortran supports argument list functions @code{%VAL}, @code{%REF} 
2209 and @code{%LOC} statements, for backward compatibility with g77. 
2210 It is recommended that these should be used only for code that is 
2211 accessing facilities outside of GNU Fortran, such as operating system 
2212 or windowing facilities.  It is best to constrain such uses to isolated 
2213 portions of a program--portions that deal specifically and exclusively 
2214 with low-level, system-dependent facilities.  Such portions might well 
2215 provide a portable interface for use by the program as a whole, but are 
2216 themselves not portable, and should be thoroughly tested each time they 
2217 are rebuilt using a new compiler or version of a compiler.
2219 @code{%VAL} passes a scalar argument by value, @code{%REF} passes it by 
2220 reference and @code{%LOC} passes its memory location.  Since gfortran 
2221 already passes scalar arguments by reference, @code{%REF} is in effect 
2222 a do-nothing.  @code{%LOC} has the same effect as a Fortran pointer.
2224 An example of passing an argument by value to a C subroutine foo.:
2225 @smallexample
2227 C prototype      void foo_ (float x);
2229       external foo
2230       real*4 x
2231       x = 3.14159
2232       call foo (%VAL (x))
2233       end
2234 @end smallexample
2236 For details refer to the g77 manual
2237 @uref{https://gcc.gnu.org/@/onlinedocs/@/gcc-3.4.6/@/g77/@/index.html#Top}.
2239 Also, @code{c_by_val.f} and its partner @code{c_by_val.c} of the
2240 GNU Fortran testsuite are worth a look.
2242 @node Read/Write after EOF marker
2243 @subsection Read/Write after EOF marker
2244 @cindex @code{EOF}
2245 @cindex @code{BACKSPACE}
2246 @cindex @code{REWIND}
2248 Some legacy codes rely on allowing @code{READ} or @code{WRITE} after the
2249 EOF file marker in order to find the end of a file. GNU Fortran normally
2250 rejects these codes with a run-time error message and suggests the user
2251 consider @code{BACKSPACE} or @code{REWIND} to properly position
2252 the file before the EOF marker.  As an extension, the run-time error may
2253 be disabled using -std=legacy.
2256 @node STRUCTURE and RECORD
2257 @subsection @code{STRUCTURE} and @code{RECORD}
2258 @cindex @code{STRUCTURE}
2259 @cindex @code{RECORD}
2261 Record structures are a pre-Fortran-90 vendor extension to create
2262 user-defined aggregate data types.  Support for record structures in GNU
2263 Fortran can be enabled with the @option{-fdec-structure} compile flag.
2264 If you have a choice, you should instead use Fortran 90's ``derived types'',
2265 which have a different syntax.
2267 In many cases, record structures can easily be converted to derived types.
2268 To convert, replace @code{STRUCTURE /}@var{structure-name}@code{/}
2269 by @code{TYPE} @var{type-name}.  Additionally, replace
2270 @code{RECORD /}@var{structure-name}@code{/} by
2271 @code{TYPE(}@var{type-name}@code{)}. Finally, in the component access,
2272 replace the period (@code{.}) by the percent sign (@code{%}).
2274 Here is an example of code using the non portable record structure syntax:
2276 @example
2277 ! Declaring a structure named ``item'' and containing three fields:
2278 ! an integer ID, an description string and a floating-point price.
2279 STRUCTURE /item/
2280   INTEGER id
2281   CHARACTER(LEN=200) description
2282   REAL price
2283 END STRUCTURE
2285 ! Define two variables, an single record of type ``item''
2286 ! named ``pear'', and an array of items named ``store_catalog''
2287 RECORD /item/ pear, store_catalog(100)
2289 ! We can directly access the fields of both variables
2290 pear.id = 92316
2291 pear.description = "juicy D'Anjou pear"
2292 pear.price = 0.15
2293 store_catalog(7).id = 7831
2294 store_catalog(7).description = "milk bottle"
2295 store_catalog(7).price = 1.2
2297 ! We can also manipulate the whole structure
2298 store_catalog(12) = pear
2299 print *, store_catalog(12)
2300 @end example
2302 @noindent
2303 This code can easily be rewritten in the Fortran 90 syntax as following:
2305 @example
2306 ! ``STRUCTURE /name/ ... END STRUCTURE'' becomes
2307 ! ``TYPE name ... END TYPE''
2308 TYPE item
2309   INTEGER id
2310   CHARACTER(LEN=200) description
2311   REAL price
2312 END TYPE
2314 ! ``RECORD /name/ variable'' becomes ``TYPE(name) variable''
2315 TYPE(item) pear, store_catalog(100)
2317 ! Instead of using a dot (.) to access fields of a record, the
2318 ! standard syntax uses a percent sign (%)
2319 pear%id = 92316
2320 pear%description = "juicy D'Anjou pear"
2321 pear%price = 0.15
2322 store_catalog(7)%id = 7831
2323 store_catalog(7)%description = "milk bottle"
2324 store_catalog(7)%price = 1.2
2326 ! Assignments of a whole variable do not change
2327 store_catalog(12) = pear
2328 print *, store_catalog(12)
2329 @end example
2331 @noindent
2332 GNU Fortran implements STRUCTURES like derived types with the following
2333 rules and exceptions:
2335 @itemize @bullet
2336 @item Structures act like derived types with the @code{SEQUENCE} attribute.
2337 Otherwise they may contain no specifiers.
2339 @item Structures may contain a special field with the name @code{%FILL}.
2340 This will create an anonymous component which cannot be accessed but occupies
2341 space just as if a component of the same type was declared in its place, useful
2342 for alignment purposes.  As an example, the following structure will consist
2343 of at least sixteen bytes:
2345 @smallexample
2346 structure /padded/
2347   character(4) start
2348   character(8) %FILL
2349   character(4) end
2350 end structure
2351 @end smallexample
2353 @item Structures may share names with other symbols. For example, the following
2354 is invalid for derived types, but valid for structures:
2356 @smallexample
2357 structure /header/
2358   ! ...
2359 end structure
2360 record /header/ header
2361 @end smallexample
2363 @item Structure types may be declared nested within another parent structure.
2364 The syntax is:
2365 @smallexample
2366 structure /type-name/
2367     ...
2368     structure [/<type-name>/] <field-list>
2370 @end smallexample
2372 The type name may be ommitted, in which case the structure type itself is
2373 anonymous, and other structures of the same type cannot be instantiated. The
2374 following shows some examples:
2376 @example
2377 structure /appointment/
2378   ! nested structure definition: app_time is an array of two 'time'
2379   structure /time/ app_time (2) 
2380     integer(1) hour, minute
2381   end structure
2382   character(10) memo
2383 end structure
2385 ! The 'time' structure is still usable
2386 record /time/ now
2387 now = time(5, 30)
2391 structure /appointment/
2392   ! anonymous nested structure definition
2393   structure start, end
2394     integer(1) hour, minute
2395   end structure
2396   character(10) memo
2397 end structure
2398 @end example
2400 @item Structures may contain @code{UNION} blocks. For more detail see the
2401 section on @ref{UNION and MAP}.
2403 @item Structures support old-style initialization of components, like
2404 those described in @ref{Old-style variable initialization}. For array
2405 initializers, an initializer may contain a repeat specification of the form
2406 @code{<literal-integer> * <constant-initializer>}. The value of the integer
2407 indicates the number of times to repeat the constant initializer when expanding
2408 the initializer list.
2409 @end itemize
2411 @node UNION and MAP
2412 @subsection @code{UNION} and @code{MAP}
2413 @cindex @code{UNION}
2414 @cindex @code{MAP}
2416 Unions are an old vendor extension which were commonly used with the
2417 non-standard @ref{STRUCTURE and RECORD} extensions. Use of @code{UNION} and
2418 @code{MAP} is automatically enabled with @option{-fdec-structure}.
2420 A @code{UNION} declaration occurs within a structure; within the definition of
2421 each union is a number of @code{MAP} blocks. Each @code{MAP} shares storage
2422 with its sibling maps (in the same union), and the size of the union is the
2423 size of the largest map within it, just as with unions in C. The major
2424 difference is that component references do not indicate which union or map the
2425 component is in (the compiler gets to figure that out).
2427 Here is a small example:
2428 @smallexample
2429 structure /myunion/
2430 union
2431   map
2432     character(2) w0, w1, w2
2433   end map
2434   map
2435     character(6) long
2436   end map
2437 end union
2438 end structure
2440 record /myunion/ rec
2441 ! After this assignment...
2442 rec.long = 'hello!'
2444 ! The following is true:
2445 ! rec.w0 === 'he'
2446 ! rec.w1 === 'll'
2447 ! rec.w2 === 'o!'
2448 @end smallexample
2450 The two maps share memory, and the size of the union is ultimately six bytes:
2452 @example
2453 0    1    2    3    4   5   6     Byte offset
2454 -------------------------------
2455 |    |    |    |    |    |    |
2456 -------------------------------
2458 ^    W0   ^    W1   ^    W2   ^
2459  \-------/ \-------/ \-------/
2461 ^             LONG            ^
2462  \---------------------------/
2463 @end example
2465 Following is an example mirroring the layout of an Intel x86_64 register:
2467 @example
2468 structure /reg/
2469   union ! U0                ! rax
2470     map
2471       character(16) rx
2472     end map
2473     map
2474       character(8) rh         ! rah
2475       union ! U1
2476         map
2477           character(8) rl     ! ral
2478         end map
2479         map
2480           character(8) ex     ! eax
2481         end map
2482         map
2483           character(4) eh     ! eah
2484           union ! U2
2485             map
2486               character(4) el ! eal
2487             end map
2488             map
2489               character(4) x  ! ax
2490             end map
2491             map
2492               character(2) h  ! ah
2493               character(2) l  ! al
2494             end map
2495           end union
2496         end map
2497       end union
2498     end map
2499   end union
2500 end structure
2501 record /reg/ a
2503 ! After this assignment...
2504 a.rx     =     'AAAAAAAA.BBB.C.D'
2506 ! The following is true:
2507 a.rx === 'AAAAAAAA.BBB.C.D'
2508 a.rh === 'AAAAAAAA'
2509 a.rl ===         '.BBB.C.D'
2510 a.ex ===         '.BBB.C.D'
2511 a.eh ===         '.BBB'
2512 a.el ===             '.C.D'
2513 a.x  ===             '.C.D'
2514 a.h  ===             '.C'
2515 a.l  ===               '.D'
2516 @end example
2518 @node Type variants for integer intrinsics
2519 @subsection Type variants for integer intrinsics
2520 @cindex intrinsics, integer
2522 Similar to the D/C prefixes to real functions to specify the input/output
2523 types, GNU Fortran offers B/I/J/K prefixes to integer functions for
2524 compatibility with DEC programs. The types implied by each are:
2526 @example
2527 @code{B} - @code{INTEGER(kind=1)}
2528 @code{I} - @code{INTEGER(kind=2)}
2529 @code{J} - @code{INTEGER(kind=4)}
2530 @code{K} - @code{INTEGER(kind=8)}
2531 @end example
2533 GNU Fortran supports these with the flag @option{-fdec-intrinsic-ints}.
2534 Intrinsics for which prefixed versions are available and in what form are noted
2535 in @ref{Intrinsic Procedures}. The complete list of supported intrinsics is
2536 here:
2538 @multitable @columnfractions .2 .2 .2 .2 .2
2540 @headitem Intrinsic @tab B @tab I @tab J @tab K
2542 @item @code{@ref{ABS}}
2543   @tab @code{BABS} @tab @code{IIABS} @tab @code{JIABS} @tab @code{KIABS}
2544 @item @code{@ref{BTEST}}
2545   @tab @code{BBTEST} @tab @code{BITEST} @tab @code{BJTEST} @tab @code{BKTEST}
2546 @item @code{@ref{IAND}}
2547   @tab @code{BIAND} @tab @code{IIAND} @tab @code{JIAND} @tab @code{KIAND}
2548 @item @code{@ref{IBCLR}}
2549   @tab @code{BBCLR} @tab @code{IIBCLR} @tab @code{JIBCLR} @tab @code{KIBCLR}
2550 @item @code{@ref{IBITS}}
2551   @tab @code{BBITS} @tab @code{IIBITS} @tab @code{JIBITS} @tab @code{KIBITS}
2552 @item @code{@ref{IBSET}}
2553   @tab @code{BBSET} @tab @code{IIBSET} @tab @code{JIBSET} @tab @code{KIBSET}
2554 @item @code{@ref{IEOR}}
2555   @tab @code{BIEOR} @tab @code{IIEOR} @tab @code{JIEOR} @tab @code{KIEOR}
2556 @item @code{@ref{IOR}}
2557   @tab @code{BIOR} @tab @code{IIOR} @tab @code{JIOR} @tab @code{KIOR}
2558 @item @code{@ref{ISHFT}}
2559   @tab @code{BSHFT} @tab @code{IISHFT} @tab @code{JISHFT} @tab @code{KISHFT}
2560 @item @code{@ref{ISHFTC}}
2561   @tab @code{BSHFTC} @tab @code{IISHFTC} @tab @code{JISHFTC} @tab @code{KISHFTC}
2562 @item @code{@ref{MOD}}
2563   @tab @code{BMOD} @tab @code{IMOD} @tab @code{JMOD} @tab @code{KMOD}
2564 @item @code{@ref{NOT}}
2565   @tab @code{BNOT} @tab @code{INOT} @tab @code{JNOT} @tab @code{KNOT}
2566 @item @code{@ref{REAL}}
2567   @tab @code{--} @tab @code{FLOATI} @tab @code{FLOATJ} @tab @code{FLOATK}
2568 @end multitable
2570 @node AUTOMATIC and STATIC attributes
2571 @subsection @code{AUTOMATIC} and @code{STATIC} attributes
2572 @cindex variable attributes
2573 @cindex @code{AUTOMATIC}
2574 @cindex @code{STATIC}
2576 With @option{-fdec-static} GNU Fortran supports the DEC extended attributes
2577 @code{STATIC} and @code{AUTOMATIC} to provide explicit specification of entity
2578 storage.  These follow the syntax of the Fortran standard @code{SAVE} attribute.
2580 @code{STATIC} is exactly equivalent to @code{SAVE}, and specifies that
2581 an entity should be allocated in static memory.  As an example, @code{STATIC}
2582 local variables will retain their values across multiple calls to a function.
2584 Entities marked @code{AUTOMATIC} will be stack automatic whenever possible.
2585 @code{AUTOMATIC} is the default for local variables smaller than
2586 @option{-fmax-stack-var-size}, unless @option{-fno-automatic} is given.  This
2587 attribute overrides @option{-fno-automatic}, @option{-fmax-stack-var-size}, and
2588 blanket @code{SAVE} statements.
2591 Examples:
2593 @example
2594 subroutine f
2595   integer, automatic :: i  ! automatic variable
2596   integer x, y             ! static variables
2597   save
2598   ...
2599 endsubroutine
2600 @end example
2601 @example
2602 subroutine f
2603   integer a, b, c, x, y, z
2604   static :: x
2605   save y
2606   automatic z, c
2607   ! a, b, c, and z are automatic
2608   ! x and y are static
2609 endsubroutine
2610 @end example
2611 @example
2612 ! Compiled with -fno-automatic
2613 subroutine f
2614   integer a, b, c, d
2615   automatic :: a
2616   ! a is automatic; b, c, and d are static
2617 endsubroutine
2618 @end example
2620 @node Extended math intrinsics
2621 @subsection Extended math intrinsics
2622 @cindex intrinsics, math
2623 @cindex intrinsics, trigonometric functions
2625 GNU Fortran supports an extended list of mathematical intrinsics with the
2626 compile flag @option{-fdec-math} for compatability with legacy code.
2627 These intrinsics are described fully in @ref{Intrinsic Procedures} where it is
2628 noted that they are extensions and should be avoided whenever possible.
2630 Specifically, @option{-fdec-math} enables the @ref{COTAN} intrinsic, and
2631 trigonometric intrinsics which accept or produce values in degrees instead of
2632 radians.  Here is a summary of the new intrinsics:
2634 @multitable @columnfractions .5 .5
2635 @headitem Radians @tab Degrees
2636 @item @code{@ref{ACOS}}   @tab @code{@ref{ACOSD}}*
2637 @item @code{@ref{ASIN}}   @tab @code{@ref{ASIND}}*
2638 @item @code{@ref{ATAN}}   @tab @code{@ref{ATAND}}*
2639 @item @code{@ref{ATAN2}}  @tab @code{@ref{ATAN2D}}*
2640 @item @code{@ref{COS}}    @tab @code{@ref{COSD}}*
2641 @item @code{@ref{COTAN}}* @tab @code{@ref{COTAND}}*
2642 @item @code{@ref{SIN}}    @tab @code{@ref{SIND}}*
2643 @item @code{@ref{TAN}}    @tab @code{@ref{TAND}}*
2644 @end multitable
2646 * Enabled with @option{-fdec-math}.
2648 For advanced users, it may be important to know the implementation of these
2649 functions. They are simply wrappers around the standard radian functions, which
2650 have more accurate builtin versions. These functions convert their arguments
2651 (or results) to degrees (or radians) by taking the value modulus 360 (or 2*pi)
2652 and then multiplying it by a constant radian-to-degree (or degree-to-radian)
2653 factor, as appropriate. The factor is computed at compile-time as 180/pi (or
2654 pi/180).
2656 @node Form feed as whitespace
2657 @subsection Form feed as whitespace
2658 @cindex form feed whitespace
2660 Historically, legacy compilers allowed insertion of form feed characters ('\f',
2661 ASCII 0xC) at the beginning of lines for formatted output to line printers,
2662 though the Fortran standard does not mention this. GNU Fortran supports the
2663 interpretation of form feed characters in source as whitespace for
2664 compatibility.
2666 @node TYPE as an alias for PRINT
2667 @subsection TYPE as an alias for PRINT
2668 @cindex type alias print
2669 For compatibility, GNU Fortran will interpret @code{TYPE} statements as
2670 @code{PRINT} statements with the flag @option{-fdec}.  With this flag asserted,
2671 the following two examples are equivalent:
2673 @smallexample
2674 TYPE *, 'hello world'
2675 @end smallexample
2677 @smallexample
2678 PRINT *, 'hello world'
2679 @end smallexample
2681 @node %LOC as an rvalue
2682 @subsection %LOC as an rvalue
2683 @cindex LOC
2684 Normally @code{%LOC} is allowed only in parameter lists.  However the intrinsic
2685 function @code{LOC} does the same thing, and is usable as the right-hand-side of
2686 assignments. For compatibility, GNU Fortran supports the use of @code{%LOC} as
2687 an alias for the builtin @code{LOC} with @option{-std=legacy}.  With this
2688 feature enabled the following two examples are equivalent:
2690 @smallexample
2691 integer :: i, l
2692 l = %loc(i)
2693 call sub(l)
2694 @end smallexample
2696 @smallexample
2697 integer :: i
2698 call sub(%loc(i))
2699 @end smallexample
2701 @node .XOR. operator
2702 @subsection .XOR. operator
2703 @cindex operators, xor
2705 GNU Fortran supports @code{.XOR.} as a logical operator with @code{-std=legacy}
2706 for compatibility with legacy code. @code{.XOR.} is equivalent to
2707 @code{.NEQV.}. That is, the output is true if and only if the inputs differ.
2709 @node Bitwise logical operators
2710 @subsection Bitwise logical operators
2711 @cindex logical, bitwise
2713 With @option{-fdec}, GNU Fortran relaxes the type constraints on
2714 logical operators to allow integer operands, and performs the corresponding
2715 bitwise operation instead.  This flag is for compatibility only, and should be
2716 avoided in new code.  Consider:
2718 @smallexample
2719   INTEGER :: i, j
2720   i = z'33'
2721   j = z'cc'
2722   print *, i .AND. j
2723 @end smallexample
2725 In this example, compiled with @option{-fdec}, GNU Fortran will
2726 replace the @code{.AND.} operation with a call to the intrinsic
2727 @code{@ref{IAND}} function, yielding the bitwise-and of @code{i} and @code{j}.
2729 Note that this conversion will occur if at least one operand is of integral
2730 type.  As a result, a logical operand will be converted to an integer when the
2731 other operand is an integer in a logical operation.  In this case,
2732 @code{.TRUE.} is converted to @code{1} and @code{.FALSE.} to @code{0}.
2734 Here is the mapping of logical operator to bitwise intrinsic used with
2735 @option{-fdec}:
2737 @multitable @columnfractions .25 .25 .5
2738 @headitem Operator @tab Intrinsic @tab Bitwise operation
2739 @item @code{.NOT.} @tab @code{@ref{NOT}} @tab complement
2740 @item @code{.AND.} @tab @code{@ref{IAND}} @tab intersection
2741 @item @code{.OR.} @tab @code{@ref{IOR}} @tab union
2742 @item @code{.NEQV.} @tab @code{@ref{IEOR}} @tab exclusive or
2743 @item @code{.EQV.} @tab @code{@ref{NOT}(@ref{IEOR})} @tab complement of exclusive or
2744 @end multitable
2746 @node Extended I/O specifiers
2747 @subsection Extended I/O specifiers
2748 @cindex @code{CARRIAGECONTROL}
2749 @cindex @code{READONLY}
2750 @cindex @code{SHARE}
2751 @cindex @code{SHARED}
2752 @cindex @code{NOSHARED}
2753 @cindex I/O specifiers
2755 GNU Fortran supports the additional legacy I/O specifiers
2756 @code{CARRIAGECONTROL}, @code{READONLY}, and @code{SHARE} with the
2757 compile flag @option{-fdec}, for compatibility.
2759 @table @code
2760 @item CARRIAGECONTROL
2761 The @code{CARRIAGECONTROL} specifier allows a user to control line
2762 termination settings between output records for an I/O unit. The specifier has
2763 no meaning for readonly files. When @code{CARRAIGECONTROL} is specified upon
2764 opening a unit for formatted writing, the exact @code{CARRIAGECONTROL} setting
2765 determines what characters to write between output records. The syntax is:
2767 @smallexample
2768 OPEN(..., CARRIAGECONTROL=cc)
2769 @end smallexample
2771 Where @emph{cc} is a character expression that evaluates to one of the
2772 following values:
2774 @multitable @columnfractions .2 .8
2775 @item @code{'LIST'} @tab One line feed between records (default)
2776 @item @code{'FORTRAN'} @tab Legacy interpretation of the first character (see below)
2777 @item @code{'NONE'} @tab No separator between records
2778 @end multitable
2780 With @code{CARRIAGECONTROL='FORTRAN'}, when a record is written, the first
2781 character of the input record is not written, and instead determines the output
2782 record separator as follows:
2784 @multitable @columnfractions .3 .3 .4
2785 @headitem Leading character @tab Meaning @tab Output separating character(s)
2786 @item @code{'+'} @tab Overprinting @tab Carriage return only
2787 @item @code{'-'} @tab New line @tab Line feed and carriage return
2788 @item @code{'0'} @tab Skip line @tab Two line feeds and carriage return
2789 @item @code{'1'} @tab New page @tab Form feed and carriage return
2790 @item @code{'$'} @tab Prompting @tab Line feed (no carriage return)
2791 @item @code{CHAR(0)} @tab Overprinting (no advance) @tab None
2792 @end multitable
2794 @item READONLY
2795 The @code{READONLY} specifier may be given upon opening a unit, and is
2796 equivalent to specifying @code{ACTION='READ'}, except that the file may not be
2797 deleted on close (i.e. @code{CLOSE} with @code{STATUS="DELETE"}). The syntax
2800 @smallexample
2801 @code{OPEN(..., READONLY)}
2802 @end smallexample
2804 @item SHARE
2805 The @code{SHARE} specifier allows system-level locking on a unit upon opening
2806 it for controlled access from multiple processes/threads. The @code{SHARE}
2807 specifier has several forms:
2809 @smallexample
2810 OPEN(..., SHARE=sh)
2811 OPEN(..., SHARED)
2812 OPEN(..., NOSHARED)
2813 @end smallexample
2815 Where @emph{sh} in the first form is a character expression that evaluates to
2816 a value as seen in the table below. The latter two forms are aliases
2817 for particular values of @emph{sh}:
2819 @multitable @columnfractions .3 .3 .4
2820 @headitem Explicit form @tab Short form @tab Meaning
2821 @item @code{SHARE='DENYRW'} @tab @code{NOSHARED} @tab Exclusive (write) lock
2822 @item @code{SHARE='DENYNONE'} @tab @code{SHARED} @tab Shared (read) lock
2823 @end multitable
2825 In general only one process may hold an exclusive (write) lock for a given file
2826 at a time, whereas many processes may hold shared (read) locks for the same
2827 file.
2829 The behavior of locking may vary with your operating system. On POSIX systems,
2830 locking is implemented with @code{fcntl}. Consult your corresponding operating
2831 system's manual pages for further details. Locking via @code{SHARE=} is not
2832 supported on other systems.
2834 @end table
2836 @node Legacy PARAMETER statements
2837 @subsection Legacy PARAMETER statements
2838 @cindex PARAMETER
2840 For compatibility, GNU Fortran supports legacy PARAMETER statements without
2841 parentheses with @option{-std=legacy}.  A warning is emitted if used with
2842 @option{-std=gnu}, and an error is acknowledged with a real Fortran standard
2843 flag (@option{-std=f95}, etc...).  These statements take the following form:
2845 @smallexample
2846 implicit real (E)
2847 parameter e = 2.718282
2848 real c
2849 parameter c = 3.0e8
2850 @end smallexample
2852 @node Default exponents
2853 @subsection Default exponents
2854 @cindex exponent
2856 For compatibility, GNU Fortran supports a default exponent of zero in real
2857 constants with @option{-fdec}.  For example, @code{9e} would be
2858 interpreted as @code{9e0}, rather than an error.
2861 @node Extensions not implemented in GNU Fortran
2862 @section Extensions not implemented in GNU Fortran
2863 @cindex extensions, not implemented
2865 The long history of the Fortran language, its wide use and broad
2866 userbase, the large number of different compiler vendors and the lack of
2867 some features crucial to users in the first standards have lead to the
2868 existence of a number of important extensions to the language.  While
2869 some of the most useful or popular extensions are supported by the GNU
2870 Fortran compiler, not all existing extensions are supported.  This section
2871 aims at listing these extensions and offering advice on how best make
2872 code that uses them running with the GNU Fortran compiler.
2874 @c More can be found here:
2875 @c   -- https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-3.4.6/g77/Missing-Features.html
2876 @c   -- the list of Fortran and libgfortran bugs closed as WONTFIX:
2877 @c      http://tinyurl.com/2u4h5y
2879 @menu
2880 * ENCODE and DECODE statements::
2881 * Variable FORMAT expressions::
2882 @c * Q edit descriptor::
2883 @c * TYPE and ACCEPT I/O Statements::
2884 @c * DEFAULTFILE, DISPOSE and RECORDTYPE I/O specifiers::
2885 @c * Omitted arguments in procedure call::
2886 * Alternate complex function syntax::
2887 * Volatile COMMON blocks::
2888 * OPEN( ... NAME=)::
2889 @end menu
2891 @node ENCODE and DECODE statements
2892 @subsection @code{ENCODE} and @code{DECODE} statements
2893 @cindex @code{ENCODE}
2894 @cindex @code{DECODE}
2896 GNU Fortran does not support the @code{ENCODE} and @code{DECODE}
2897 statements.  These statements are best replaced by @code{READ} and
2898 @code{WRITE} statements involving internal files (@code{CHARACTER}
2899 variables and arrays), which have been part of the Fortran standard since
2900 Fortran 77.  For example, replace a code fragment like
2902 @smallexample
2903       INTEGER*1 LINE(80)
2904       REAL A, B, C
2905 c     ... Code that sets LINE
2906       DECODE (80, 9000, LINE) A, B, C
2907  9000 FORMAT (1X, 3(F10.5))
2908 @end smallexample
2910 @noindent
2911 with the following:
2913 @smallexample
2914       CHARACTER(LEN=80) LINE
2915       REAL A, B, C
2916 c     ... Code that sets LINE
2917       READ (UNIT=LINE, FMT=9000) A, B, C
2918  9000 FORMAT (1X, 3(F10.5))
2919 @end smallexample
2921 Similarly, replace a code fragment like
2923 @smallexample
2924       INTEGER*1 LINE(80)
2925       REAL A, B, C
2926 c     ... Code that sets A, B and C
2927       ENCODE (80, 9000, LINE) A, B, C
2928  9000 FORMAT (1X, 'OUTPUT IS ', 3(F10.5))
2929 @end smallexample
2931 @noindent
2932 with the following:
2934 @smallexample
2935       CHARACTER(LEN=80) LINE
2936       REAL A, B, C
2937 c     ... Code that sets A, B and C
2938       WRITE (UNIT=LINE, FMT=9000) A, B, C
2939  9000 FORMAT (1X, 'OUTPUT IS ', 3(F10.5))
2940 @end smallexample
2943 @node Variable FORMAT expressions
2944 @subsection Variable @code{FORMAT} expressions
2945 @cindex @code{FORMAT}
2947 A variable @code{FORMAT} expression is format statement which includes
2948 angle brackets enclosing a Fortran expression: @code{FORMAT(I<N>)}.  GNU
2949 Fortran does not support this legacy extension.  The effect of variable
2950 format expressions can be reproduced by using the more powerful (and
2951 standard) combination of internal output and string formats.  For example,
2952 replace a code fragment like this:
2954 @smallexample
2955       WRITE(6,20) INT1
2956  20   FORMAT(I<N+1>)
2957 @end smallexample
2959 @noindent
2960 with the following:
2962 @smallexample
2963 c     Variable declaration
2964       CHARACTER(LEN=20) FMT
2965 c     
2966 c     Other code here...
2968       WRITE(FMT,'("(I", I0, ")")') N+1
2969       WRITE(6,FMT) INT1
2970 @end smallexample
2972 @noindent
2973 or with:
2975 @smallexample
2976 c     Variable declaration
2977       CHARACTER(LEN=20) FMT
2978 c     
2979 c     Other code here...
2981       WRITE(FMT,*) N+1
2982       WRITE(6,"(I" // ADJUSTL(FMT) // ")") INT1
2983 @end smallexample
2986 @node Alternate complex function syntax
2987 @subsection Alternate complex function syntax
2988 @cindex Complex function
2990 Some Fortran compilers, including @command{g77}, let the user declare
2991 complex functions with the syntax @code{COMPLEX FUNCTION name*16()}, as
2992 well as @code{COMPLEX*16 FUNCTION name()}.  Both are non-standard, legacy
2993 extensions.  @command{gfortran} accepts the latter form, which is more
2994 common, but not the former.
2997 @node Volatile COMMON blocks
2998 @subsection Volatile @code{COMMON} blocks
2999 @cindex @code{VOLATILE}
3000 @cindex @code{COMMON}
3002 Some Fortran compilers, including @command{g77}, let the user declare
3003 @code{COMMON} with the @code{VOLATILE} attribute. This is
3004 invalid standard Fortran syntax and is not supported by
3005 @command{gfortran}.  Note that @command{gfortran} accepts
3006 @code{VOLATILE} variables in @code{COMMON} blocks since revision 4.3.
3009 @node OPEN( ... NAME=)
3010 @subsection @code{OPEN( ... NAME=)}
3011 @cindex @code{NAM}
3013 Some Fortran compilers, including @command{g77}, let the user declare
3014 @code{OPEN( ... NAME=)}. This is
3015 invalid standard Fortran syntax and is not supported by
3016 @command{gfortran}.  @code{OPEN( ... NAME=)} should be replaced
3017 with @code{OPEN( ... FILE=)}.
3021 @c ---------------------------------------------------------------------
3022 @c ---------------------------------------------------------------------
3023 @c Mixed-Language Programming
3024 @c ---------------------------------------------------------------------
3026 @node Mixed-Language Programming
3027 @chapter Mixed-Language Programming
3028 @cindex Interoperability
3029 @cindex Mixed-language programming
3031 @menu
3032 * Interoperability with C::
3033 * GNU Fortran Compiler Directives::
3034 * Non-Fortran Main Program::
3035 * Naming and argument-passing conventions::
3036 @end menu
3038 This chapter is about mixed-language interoperability, but also applies
3039 if one links Fortran code compiled by different compilers.  In most cases,
3040 use of the C Binding features of the Fortran 2003 standard is sufficient,
3041 and their use is highly recommended.
3044 @node Interoperability with C
3045 @section Interoperability with C
3047 @menu
3048 * Intrinsic Types::
3049 * Derived Types and struct::
3050 * Interoperable Global Variables::
3051 * Interoperable Subroutines and Functions::
3052 * Working with Pointers::
3053 * Further Interoperability of Fortran with C::
3054 @end menu
3056 Since Fortran 2003 (ISO/IEC 1539-1:2004(E)) there is a
3057 standardized way to generate procedure and derived-type
3058 declarations and global variables which are interoperable with C
3059 (ISO/IEC 9899:1999).  The @code{bind(C)} attribute has been added
3060 to inform the compiler that a symbol shall be interoperable with C;
3061 also, some constraints are added.  Note, however, that not
3062 all C features have a Fortran equivalent or vice versa.  For instance,
3063 neither C's unsigned integers nor C's functions with variable number
3064 of arguments have an equivalent in Fortran.
3066 Note that array dimensions are reversely ordered in C and that arrays in
3067 C always start with index 0 while in Fortran they start by default with
3068 1.  Thus, an array declaration @code{A(n,m)} in Fortran matches
3069 @code{A[m][n]} in C and accessing the element @code{A(i,j)} matches
3070 @code{A[j-1][i-1]}.  The element following @code{A(i,j)} (C: @code{A[j-1][i-1]};
3071 assuming @math{i < n}) in memory is @code{A(i+1,j)} (C: @code{A[j-1][i]}).
3073 @node Intrinsic Types
3074 @subsection Intrinsic Types
3076 In order to ensure that exactly the same variable type and kind is used
3077 in C and Fortran, the named constants shall be used which are defined in the
3078 @code{ISO_C_BINDING} intrinsic module.  That module contains named constants
3079 for kind parameters and character named constants for the escape sequences
3080 in C.  For a list of the constants, see @ref{ISO_C_BINDING}.
3082 For logical types, please note that the Fortran standard only guarantees
3083 interoperability between C99's @code{_Bool} and Fortran's @code{C_Bool}-kind
3084 logicals and C99 defines that @code{true} has the value 1 and @code{false}
3085 the value 0.  Using any other integer value with GNU Fortran's @code{LOGICAL}
3086 (with any kind parameter) gives an undefined result.  (Passing other integer
3087 values than 0 and 1 to GCC's @code{_Bool} is also undefined, unless the
3088 integer is explicitly or implicitly casted to @code{_Bool}.)
3092 @node Derived Types and struct
3093 @subsection Derived Types and struct
3095 For compatibility of derived types with @code{struct}, one needs to use
3096 the @code{BIND(C)} attribute in the type declaration.  For instance, the
3097 following type declaration
3099 @smallexample
3100  USE ISO_C_BINDING
3101  TYPE, BIND(C) :: myType
3102    INTEGER(C_INT) :: i1, i2
3103    INTEGER(C_SIGNED_CHAR) :: i3
3104    REAL(C_DOUBLE) :: d1
3105    COMPLEX(C_FLOAT_COMPLEX) :: c1
3106    CHARACTER(KIND=C_CHAR) :: str(5)
3107  END TYPE
3108 @end smallexample
3110 matches the following @code{struct} declaration in C
3112 @smallexample
3113  struct @{
3114    int i1, i2;
3115    /* Note: "char" might be signed or unsigned.  */
3116    signed char i3;
3117    double d1;
3118    float _Complex c1;
3119    char str[5];
3120  @} myType;
3121 @end smallexample
3123 Derived types with the C binding attribute shall not have the @code{sequence}
3124 attribute, type parameters, the @code{extends} attribute, nor type-bound
3125 procedures.  Every component must be of interoperable type and kind and may not
3126 have the @code{pointer} or @code{allocatable} attribute.  The names of the
3127 components are irrelevant for interoperability.
3129 As there exist no direct Fortran equivalents, neither unions nor structs
3130 with bit field or variable-length array members are interoperable.
3132 @node Interoperable Global Variables
3133 @subsection Interoperable Global Variables
3135 Variables can be made accessible from C using the C binding attribute,
3136 optionally together with specifying a binding name.  Those variables
3137 have to be declared in the declaration part of a @code{MODULE},
3138 be of interoperable type, and have neither the @code{pointer} nor
3139 the @code{allocatable} attribute.
3141 @smallexample
3142   MODULE m
3143     USE myType_module
3144     USE ISO_C_BINDING
3145     integer(C_INT), bind(C, name="_MyProject_flags") :: global_flag
3146     type(myType), bind(C) :: tp
3147   END MODULE
3148 @end smallexample
3150 Here, @code{_MyProject_flags} is the case-sensitive name of the variable
3151 as seen from C programs while @code{global_flag} is the case-insensitive
3152 name as seen from Fortran.  If no binding name is specified, as for
3153 @var{tp}, the C binding name is the (lowercase) Fortran binding name.
3154 If a binding name is specified, only a single variable may be after the
3155 double colon.  Note of warning: You cannot use a global variable to
3156 access @var{errno} of the C library as the C standard allows it to be
3157 a macro.  Use the @code{IERRNO} intrinsic (GNU extension) instead.
3159 @node Interoperable Subroutines and Functions
3160 @subsection Interoperable Subroutines and Functions
3162 Subroutines and functions have to have the @code{BIND(C)} attribute to
3163 be compatible with C.  The dummy argument declaration is relatively
3164 straightforward.  However, one needs to be careful because C uses
3165 call-by-value by default while Fortran behaves usually similar to
3166 call-by-reference.  Furthermore, strings and pointers are handled
3167 differently.  Note that in Fortran 2003 and 2008 only explicit size
3168 and assumed-size arrays are supported but not assumed-shape or
3169 deferred-shape (i.e. allocatable or pointer) arrays.  However, those
3170 are allowed since the Technical Specification 29113, see
3171 @ref{Further Interoperability of Fortran with C}
3173 To pass a variable by value, use the @code{VALUE} attribute.
3174 Thus, the following C prototype
3176 @smallexample
3177 @code{int func(int i, int *j)}
3178 @end smallexample
3180 matches the Fortran declaration
3182 @smallexample
3183   integer(c_int) function func(i,j)
3184     use iso_c_binding, only: c_int
3185     integer(c_int), VALUE :: i
3186     integer(c_int) :: j
3187 @end smallexample
3189 Note that pointer arguments also frequently need the @code{VALUE} attribute,
3190 see @ref{Working with Pointers}.
3192 Strings are handled quite differently in C and Fortran.  In C a string
3193 is a @code{NUL}-terminated array of characters while in Fortran each string
3194 has a length associated with it and is thus not terminated (by e.g.
3195 @code{NUL}).  For example, if one wants to use the following C function,
3197 @smallexample
3198   #include <stdio.h>
3199   void print_C(char *string) /* equivalent: char string[]  */
3200   @{
3201      printf("%s\n", string);
3202   @}
3203 @end smallexample
3205 to print ``Hello World'' from Fortran, one can call it using
3207 @smallexample
3208   use iso_c_binding, only: C_CHAR, C_NULL_CHAR
3209   interface
3210     subroutine print_c(string) bind(C, name="print_C")
3211       use iso_c_binding, only: c_char
3212       character(kind=c_char) :: string(*)
3213     end subroutine print_c
3214   end interface
3215   call print_c(C_CHAR_"Hello World"//C_NULL_CHAR)
3216 @end smallexample
3218 As the example shows, one needs to ensure that the
3219 string is @code{NUL} terminated.  Additionally, the dummy argument
3220 @var{string} of @code{print_C} is a length-one assumed-size
3221 array; using @code{character(len=*)} is not allowed.  The example
3222 above uses @code{c_char_"Hello World"} to ensure the string
3223 literal has the right type; typically the default character
3224 kind and @code{c_char} are the same and thus @code{"Hello World"}
3225 is equivalent.  However, the standard does not guarantee this.
3227 The use of strings is now further illustrated using the C library
3228 function @code{strncpy}, whose prototype is
3230 @smallexample
3231   char *strncpy(char *restrict s1, const char *restrict s2, size_t n);
3232 @end smallexample
3234 The function @code{strncpy} copies at most @var{n} characters from
3235 string @var{s2} to @var{s1} and returns @var{s1}.  In the following
3236 example, we ignore the return value:
3238 @smallexample
3239   use iso_c_binding
3240   implicit none
3241   character(len=30) :: str,str2
3242   interface
3243     ! Ignore the return value of strncpy -> subroutine
3244     ! "restrict" is always assumed if we do not pass a pointer
3245     subroutine strncpy(dest, src, n) bind(C)
3246       import
3247       character(kind=c_char),  intent(out) :: dest(*)
3248       character(kind=c_char),  intent(in)  :: src(*)
3249       integer(c_size_t), value, intent(in) :: n
3250     end subroutine strncpy
3251   end interface
3252   str = repeat('X',30) ! Initialize whole string with 'X'
3253   call strncpy(str, c_char_"Hello World"//C_NULL_CHAR, &
3254                len(c_char_"Hello World",kind=c_size_t))
3255   print '(a)', str ! prints: "Hello WorldXXXXXXXXXXXXXXXXXXX"
3256   end
3257 @end smallexample
3259 The intrinsic procedures are described in @ref{Intrinsic Procedures}.
3261 @node Working with Pointers
3262 @subsection Working with Pointers
3264 C pointers are represented in Fortran via the special opaque derived type
3265 @code{type(c_ptr)} (with private components).  Thus one needs to
3266 use intrinsic conversion procedures to convert from or to C pointers.
3268 For some applications, using an assumed type (@code{TYPE(*)}) can be an
3269 alternative to a C pointer; see
3270 @ref{Further Interoperability of Fortran with C}.
3272 For example,
3274 @smallexample
3275   use iso_c_binding
3276   type(c_ptr) :: cptr1, cptr2
3277   integer, target :: array(7), scalar
3278   integer, pointer :: pa(:), ps
3279   cptr1 = c_loc(array(1)) ! The programmer needs to ensure that the
3280                           ! array is contiguous if required by the C
3281                           ! procedure
3282   cptr2 = c_loc(scalar)
3283   call c_f_pointer(cptr2, ps)
3284   call c_f_pointer(cptr2, pa, shape=[7])
3285 @end smallexample
3287 When converting C to Fortran arrays, the one-dimensional @code{SHAPE} argument
3288 has to be passed.
3290 If a pointer is a dummy-argument of an interoperable procedure, it usually
3291 has to be declared using the @code{VALUE} attribute.  @code{void*}
3292 matches @code{TYPE(C_PTR), VALUE}, while @code{TYPE(C_PTR)} alone
3293 matches @code{void**}.
3295 Procedure pointers are handled analogously to pointers; the C type is
3296 @code{TYPE(C_FUNPTR)} and the intrinsic conversion procedures are
3297 @code{C_F_PROCPOINTER} and @code{C_FUNLOC}.
3299 Let us consider two examples of actually passing a procedure pointer from
3300 C to Fortran and vice versa.  Note that these examples are also very
3301 similar to passing ordinary pointers between both languages. First,
3302 consider this code in C:
3304 @smallexample
3305 /* Procedure implemented in Fortran.  */
3306 void get_values (void (*)(double));
3308 /* Call-back routine we want called from Fortran.  */
3309 void
3310 print_it (double x)
3312   printf ("Number is %f.\n", x);
3315 /* Call Fortran routine and pass call-back to it.  */
3316 void
3317 foobar ()
3319   get_values (&print_it);
3321 @end smallexample
3323 A matching implementation for @code{get_values} in Fortran, that correctly
3324 receives the procedure pointer from C and is able to call it, is given
3325 in the following @code{MODULE}:
3327 @smallexample
3328 MODULE m
3329   IMPLICIT NONE
3331   ! Define interface of call-back routine.
3332   ABSTRACT INTERFACE
3333     SUBROUTINE callback (x)
3334       USE, INTRINSIC :: ISO_C_BINDING
3335       REAL(KIND=C_DOUBLE), INTENT(IN), VALUE :: x
3336     END SUBROUTINE callback
3337   END INTERFACE
3339 CONTAINS
3341   ! Define C-bound procedure.
3342   SUBROUTINE get_values (cproc) BIND(C)
3343     USE, INTRINSIC :: ISO_C_BINDING
3344     TYPE(C_FUNPTR), INTENT(IN), VALUE :: cproc
3346     PROCEDURE(callback), POINTER :: proc
3348     ! Convert C to Fortran procedure pointer.
3349     CALL C_F_PROCPOINTER (cproc, proc)
3351     ! Call it.
3352     CALL proc (1.0_C_DOUBLE)
3353     CALL proc (-42.0_C_DOUBLE)
3354     CALL proc (18.12_C_DOUBLE)
3355   END SUBROUTINE get_values
3357 END MODULE m
3358 @end smallexample
3360 Next, we want to call a C routine that expects a procedure pointer argument
3361 and pass it a Fortran procedure (which clearly must be interoperable!).
3362 Again, the C function may be:
3364 @smallexample
3366 call_it (int (*func)(int), int arg)
3368   return func (arg);
3370 @end smallexample
3372 It can be used as in the following Fortran code:
3374 @smallexample
3375 MODULE m
3376   USE, INTRINSIC :: ISO_C_BINDING
3377   IMPLICIT NONE
3379   ! Define interface of C function.
3380   INTERFACE
3381     INTEGER(KIND=C_INT) FUNCTION call_it (func, arg) BIND(C)
3382       USE, INTRINSIC :: ISO_C_BINDING
3383       TYPE(C_FUNPTR), INTENT(IN), VALUE :: func
3384       INTEGER(KIND=C_INT), INTENT(IN), VALUE :: arg
3385     END FUNCTION call_it
3386   END INTERFACE
3388 CONTAINS
3390   ! Define procedure passed to C function.
3391   ! It must be interoperable!
3392   INTEGER(KIND=C_INT) FUNCTION double_it (arg) BIND(C)
3393     INTEGER(KIND=C_INT), INTENT(IN), VALUE :: arg
3394     double_it = arg + arg
3395   END FUNCTION double_it
3397   ! Call C function.
3398   SUBROUTINE foobar ()
3399     TYPE(C_FUNPTR) :: cproc
3400     INTEGER(KIND=C_INT) :: i
3402     ! Get C procedure pointer.
3403     cproc = C_FUNLOC (double_it)
3405     ! Use it.
3406     DO i = 1_C_INT, 10_C_INT
3407       PRINT *, call_it (cproc, i)
3408     END DO
3409   END SUBROUTINE foobar
3411 END MODULE m
3412 @end smallexample
3414 @node Further Interoperability of Fortran with C
3415 @subsection Further Interoperability of Fortran with C
3417 The Technical Specification ISO/IEC TS 29113:2012 on further
3418 interoperability of Fortran with C extends the interoperability support
3419 of Fortran 2003 and Fortran 2008. Besides removing some restrictions
3420 and constraints, it adds assumed-type (@code{TYPE(*)}) and assumed-rank
3421 (@code{dimension}) variables and allows for interoperability of
3422 assumed-shape, assumed-rank and deferred-shape arrays, including
3423 allocatables and pointers.
3425 Note: Currently, GNU Fortran does not support the array descriptor
3426 (dope vector) as specified in the Technical Specification, but uses
3427 an array descriptor with different fields. The Chasm Language
3428 Interoperability Tools, @url{http://chasm-interop.sourceforge.net/},
3429 provide an interface to GNU Fortran's array descriptor.
3431 The Technical Specification adds the following new features, which
3432 are supported by GNU Fortran:
3434 @itemize @bullet
3436 @item The @code{ASYNCHRONOUS} attribute has been clarified and
3437 extended to allow its use with asynchronous communication in
3438 user-provided libraries such as in implementations of the
3439 Message Passing Interface specification.
3441 @item Many constraints have been relaxed, in particular for
3442 the @code{C_LOC} and @code{C_F_POINTER} intrinsics.
3444 @item The @code{OPTIONAL} attribute is now allowed for dummy
3445 arguments; an absent argument matches a @code{NULL} pointer.
3447 @item Assumed types (@code{TYPE(*)}) have been added, which may
3448 only be used for dummy arguments.  They are unlimited polymorphic
3449 but contrary to @code{CLASS(*)} they do not contain any type
3450 information, similar to C's @code{void *} pointers.  Expressions
3451 of any type and kind can be passed; thus, it can be used as
3452 replacement for @code{TYPE(C_PTR)}, avoiding the use of
3453 @code{C_LOC} in the caller.
3455 Note, however, that @code{TYPE(*)} only accepts scalar arguments,
3456 unless the @code{DIMENSION} is explicitly specified.  As
3457 @code{DIMENSION(*)} only supports array (including array elements) but
3458 no scalars, it is not a full replacement for @code{C_LOC}.  On the
3459 other hand, assumed-type assumed-rank dummy arguments
3460 (@code{TYPE(*), DIMENSION(..)}) allow for both scalars and arrays, but
3461 require special code on the callee side to handle the array descriptor.
3463 @item Assumed-rank arrays (@code{DIMENSION(..)}) as dummy argument
3464 allow that scalars and arrays of any rank can be passed as actual
3465 argument. As the Technical Specification does not provide for direct
3466 means to operate with them, they have to be used either from the C side
3467 or be converted using @code{C_LOC} and @code{C_F_POINTER} to scalars
3468 or arrays of a specific rank. The rank can be determined using the
3469 @code{RANK} intrinisic.
3470 @end itemize
3473 Currently unimplemented:
3475 @itemize @bullet
3477 @item GNU Fortran always uses an array descriptor, which does not
3478 match the one of the Technical Specification. The
3479 @code{ISO_Fortran_binding.h} header file and the C functions it
3480 specifies are not available.
3482 @item Using assumed-shape, assumed-rank and deferred-shape arrays in
3483 @code{BIND(C)} procedures is not fully supported. In particular,
3484 C interoperable strings of other length than one are not supported
3485 as this requires the new array descriptor.
3486 @end itemize
3489 @node GNU Fortran Compiler Directives
3490 @section GNU Fortran Compiler Directives
3492 @menu
3493 * ATTRIBUTES directive::
3494 * UNROLL directive::
3495 @end menu
3497 @node ATTRIBUTES directive
3498 @subsection ATTRIBUTES directive
3500 The Fortran standard describes how a conforming program shall
3501 behave; however, the exact implementation is not standardized.  In order
3502 to allow the user to choose specific implementation details, compiler
3503 directives can be used to set attributes of variables and procedures
3504 which are not part of the standard.  Whether a given attribute is
3505 supported and its exact effects depend on both the operating system and
3506 on the processor; see
3507 @ref{Top,,C Extensions,gcc,Using the GNU Compiler Collection (GCC)}
3508 for details.
3510 For procedures and procedure pointers, the following attributes can
3511 be used to change the calling convention:
3513 @itemize
3514 @item @code{CDECL} -- standard C calling convention
3515 @item @code{STDCALL} -- convention where the called procedure pops the stack
3516 @item @code{FASTCALL} -- part of the arguments are passed via registers
3517 instead using the stack
3518 @end itemize
3520 Besides changing the calling convention, the attributes also influence
3521 the decoration of the symbol name, e.g., by a leading underscore or by
3522 a trailing at-sign followed by the number of bytes on the stack.  When
3523 assigning a procedure to a procedure pointer, both should use the same
3524 calling convention.
3526 On some systems, procedures and global variables (module variables and
3527 @code{COMMON} blocks) need special handling to be accessible when they
3528 are in a shared library.  The following attributes are available:
3530 @itemize
3531 @item @code{DLLEXPORT} -- provide a global pointer to a pointer in the DLL
3532 @item @code{DLLIMPORT} -- reference the function or variable using a
3533 global pointer
3534 @end itemize
3536 For dummy arguments, the @code{NO_ARG_CHECK} attribute can be used; in
3537 other compilers, it is also known as @code{IGNORE_TKR}.  For dummy arguments
3538 with this attribute actual arguments of any type and kind (similar to
3539 @code{TYPE(*)}), scalars and arrays of any rank (no equivalent
3540 in Fortran standard) are accepted.  As with @code{TYPE(*)}, the argument
3541 is unlimited polymorphic and no type information is available.
3542 Additionally, the argument may only be passed to dummy arguments
3543 with the @code{NO_ARG_CHECK} attribute and as argument to the
3544 @code{PRESENT} intrinsic function and to @code{C_LOC} of the
3545 @code{ISO_C_BINDING} module.
3547 Variables with @code{NO_ARG_CHECK} attribute shall be of assumed-type
3548 (@code{TYPE(*)}; recommended) or of type @code{INTEGER}, @code{LOGICAL},
3549 @code{REAL} or @code{COMPLEX}. They shall not have the @code{ALLOCATE},
3550 @code{CODIMENSION}, @code{INTENT(OUT)}, @code{POINTER} or @code{VALUE}
3551 attribute; furthermore, they shall be either scalar or of assumed-size
3552 (@code{dimension(*)}). As @code{TYPE(*)}, the @code{NO_ARG_CHECK} attribute
3553 requires an explicit interface.
3555 @itemize
3556 @item @code{NO_ARG_CHECK} -- disable the type, kind and rank checking
3557 @end itemize
3560 The attributes are specified using the syntax
3562 @code{!GCC$ ATTRIBUTES} @var{attribute-list} @code{::} @var{variable-list}
3564 where in free-form source code only whitespace is allowed before @code{!GCC$}
3565 and in fixed-form source code @code{!GCC$}, @code{cGCC$} or @code{*GCC$} shall
3566 start in the first column.
3568 For procedures, the compiler directives shall be placed into the body
3569 of the procedure; for variables and procedure pointers, they shall be in
3570 the same declaration part as the variable or procedure pointer.
3573 @node UNROLL directive
3574 @subsection UNROLL directive
3576 The syntax of the directive is
3578 @code{!GCC$ unroll N}
3580 You can use this directive to control how many times a loop should be unrolled.
3581 It must be placed immediately before a @code{DO} loop and applies only to the
3582 loop that follows.  N is an integer constant specifying the unrolling factor.
3583 The values of 0 and 1 block any unrolling of the loop.
3587 @node Non-Fortran Main Program
3588 @section Non-Fortran Main Program
3590 @menu
3591 * _gfortran_set_args:: Save command-line arguments
3592 * _gfortran_set_options:: Set library option flags
3593 * _gfortran_set_convert:: Set endian conversion
3594 * _gfortran_set_record_marker:: Set length of record markers
3595 * _gfortran_set_fpe:: Set when a Floating Point Exception should be raised
3596 * _gfortran_set_max_subrecord_length:: Set subrecord length
3597 @end menu
3599 Even if you are doing mixed-language programming, it is very
3600 likely that you do not need to know or use the information in this
3601 section.  Since it is about the internal structure of GNU Fortran,
3602 it may also change in GCC minor releases.
3604 When you compile a @code{PROGRAM} with GNU Fortran, a function
3605 with the name @code{main} (in the symbol table of the object file)
3606 is generated, which initializes the libgfortran library and then
3607 calls the actual program which uses the name @code{MAIN__}, for
3608 historic reasons.  If you link GNU Fortran compiled procedures
3609 to, e.g., a C or C++ program or to a Fortran program compiled by
3610 a different compiler, the libgfortran library is not initialized
3611 and thus a few intrinsic procedures do not work properly, e.g.
3612 those for obtaining the command-line arguments.
3614 Therefore, if your @code{PROGRAM} is not compiled with
3615 GNU Fortran and the GNU Fortran compiled procedures require
3616 intrinsics relying on the library initialization, you need to
3617 initialize the library yourself.  Using the default options,
3618 gfortran calls @code{_gfortran_set_args} and
3619 @code{_gfortran_set_options}.  The initialization of the former
3620 is needed if the called procedures access the command line
3621 (and for backtracing); the latter sets some flags based on the
3622 standard chosen or to enable backtracing.  In typical programs,
3623 it is not necessary to call any initialization function.
3625 If your @code{PROGRAM} is compiled with GNU Fortran, you shall
3626 not call any of the following functions.  The libgfortran
3627 initialization functions are shown in C syntax but using C
3628 bindings they are also accessible from Fortran.
3631 @node _gfortran_set_args
3632 @subsection @code{_gfortran_set_args} --- Save command-line arguments
3633 @fnindex _gfortran_set_args
3634 @cindex libgfortran initialization, set_args
3636 @table @asis
3637 @item @emph{Description}:
3638 @code{_gfortran_set_args} saves the command-line arguments; this
3639 initialization is required if any of the command-line intrinsics
3640 is called.  Additionally, it shall be called if backtracing is
3641 enabled (see @code{_gfortran_set_options}).
3643 @item @emph{Syntax}:
3644 @code{void _gfortran_set_args (int argc, char *argv[])}
3646 @item @emph{Arguments}:
3647 @multitable @columnfractions .15 .70
3648 @item @var{argc} @tab number of command line argument strings
3649 @item @var{argv} @tab the command-line argument strings; argv[0]
3650 is the pathname of the executable itself.
3651 @end multitable
3653 @item @emph{Example}:
3654 @smallexample
3655 int main (int argc, char *argv[])
3657   /* Initialize libgfortran.  */
3658   _gfortran_set_args (argc, argv);
3659   return 0;
3661 @end smallexample
3662 @end table
3665 @node _gfortran_set_options
3666 @subsection @code{_gfortran_set_options} --- Set library option flags
3667 @fnindex _gfortran_set_options
3668 @cindex libgfortran initialization, set_options
3670 @table @asis
3671 @item @emph{Description}:
3672 @code{_gfortran_set_options} sets several flags related to the Fortran
3673 standard to be used, whether backtracing should be enabled
3674 and whether range checks should be performed.  The syntax allows for
3675 upward compatibility since the number of passed flags is specified; for
3676 non-passed flags, the default value is used.  See also
3677 @pxref{Code Gen Options}.  Please note that not all flags are actually
3678 used.
3680 @item @emph{Syntax}:
3681 @code{void _gfortran_set_options (int num, int options[])}
3683 @item @emph{Arguments}:
3684 @multitable @columnfractions .15 .70
3685 @item @var{num} @tab number of options passed
3686 @item @var{argv} @tab The list of flag values
3687 @end multitable
3689 @item @emph{option flag list}:
3690 @multitable @columnfractions .15 .70
3691 @item @var{option}[0] @tab Allowed standard; can give run-time errors
3692 if e.g. an input-output edit descriptor is invalid in a given
3693 standard.  Possible values are (bitwise or-ed) @code{GFC_STD_F77} (1),
3694 @code{GFC_STD_F95_OBS} (2), @code{GFC_STD_F95_DEL} (4),
3695 @code{GFC_STD_F95} (8), @code{GFC_STD_F2003} (16), @code{GFC_STD_GNU}
3696 (32), @code{GFC_STD_LEGACY} (64), @code{GFC_STD_F2008} (128),
3697 @code{GFC_STD_F2008_OBS} (256), @code{GFC_STD_F2008_TS} (512),
3698 @code{GFC_STD_F2018} (1024), @code{GFC_STD_F2018_OBS} (2048), and
3699 @code{GFC_STD=F2018_DEL} (4096). Default: @code{GFC_STD_F95_OBS |
3700 GFC_STD_F95_DEL | GFC_STD_F95 | GFC_STD_F2003 | GFC_STD_F2008 |
3701 GFC_STD_F2008_TS | GFC_STD_F2008_OBS | GFC_STD_F77 | GFC_STD_F2018 |
3702 GFC_STD_F2018_OBS | GFC_STD_F2018_DEL | GFC_STD_GNU | GFC_STD_LEGACY}.
3703 @item @var{option}[1] @tab Standard-warning flag; prints a warning to
3704 standard error.  Default: @code{GFC_STD_F95_DEL | GFC_STD_LEGACY}.
3705 @item @var{option}[2] @tab If non zero, enable pedantic checking.
3706 Default: off.
3707 @item @var{option}[3] @tab Unused.
3708 @item @var{option}[4] @tab If non zero, enable backtracing on run-time
3709 errors.  Default: off. (Default in the compiler: on.)
3710 Note: Installs a signal handler and requires command-line
3711 initialization using @code{_gfortran_set_args}.
3712 @item @var{option}[5] @tab If non zero, supports signed zeros.
3713 Default: enabled.
3714 @item @var{option}[6] @tab Enables run-time checking.  Possible values
3715 are (bitwise or-ed): GFC_RTCHECK_BOUNDS (1), GFC_RTCHECK_ARRAY_TEMPS (2),
3716 GFC_RTCHECK_RECURSION (4), GFC_RTCHECK_DO (16), GFC_RTCHECK_POINTER (32).
3717 Default: disabled.
3718 @item @var{option}[7] @tab Unused.
3719 @item @var{option}[8] @tab Show a warning when invoking @code{STOP} and
3720 @code{ERROR STOP} if a floating-point exception occurred. Possible values
3721 are (bitwise or-ed) @code{GFC_FPE_INVALID} (1), @code{GFC_FPE_DENORMAL} (2),
3722 @code{GFC_FPE_ZERO} (4), @code{GFC_FPE_OVERFLOW} (8),
3723 @code{GFC_FPE_UNDERFLOW} (16), @code{GFC_FPE_INEXACT} (32). Default: None (0).
3724 (Default in the compiler: @code{GFC_FPE_INVALID | GFC_FPE_DENORMAL |
3725 GFC_FPE_ZERO | GFC_FPE_OVERFLOW | GFC_FPE_UNDERFLOW}.)
3726 @end multitable
3728 @item @emph{Example}:
3729 @smallexample
3730   /* Use gfortran 4.9 default options.  */
3731   static int options[] = @{68, 511, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 31@};
3732   _gfortran_set_options (9, &options);
3733 @end smallexample
3734 @end table
3737 @node _gfortran_set_convert
3738 @subsection @code{_gfortran_set_convert} --- Set endian conversion
3739 @fnindex _gfortran_set_convert
3740 @cindex libgfortran initialization, set_convert
3742 @table @asis
3743 @item @emph{Description}:
3744 @code{_gfortran_set_convert} set the representation of data for
3745 unformatted files.
3747 @item @emph{Syntax}:
3748 @code{void _gfortran_set_convert (int conv)}
3750 @item @emph{Arguments}:
3751 @multitable @columnfractions .15 .70
3752 @item @var{conv} @tab Endian conversion, possible values:
3753 GFC_CONVERT_NATIVE (0, default), GFC_CONVERT_SWAP (1),
3754 GFC_CONVERT_BIG (2), GFC_CONVERT_LITTLE (3).
3755 @end multitable
3757 @item @emph{Example}:
3758 @smallexample
3759 int main (int argc, char *argv[])
3761   /* Initialize libgfortran.  */
3762   _gfortran_set_args (argc, argv);
3763   _gfortran_set_convert (1);
3764   return 0;
3766 @end smallexample
3767 @end table
3770 @node _gfortran_set_record_marker
3771 @subsection @code{_gfortran_set_record_marker} --- Set length of record markers
3772 @fnindex _gfortran_set_record_marker
3773 @cindex libgfortran initialization, set_record_marker
3775 @table @asis
3776 @item @emph{Description}:
3777 @code{_gfortran_set_record_marker} sets the length of record markers
3778 for unformatted files.
3780 @item @emph{Syntax}:
3781 @code{void _gfortran_set_record_marker (int val)}
3783 @item @emph{Arguments}:
3784 @multitable @columnfractions .15 .70
3785 @item @var{val} @tab Length of the record marker; valid values
3786 are 4 and 8.  Default is 4.
3787 @end multitable
3789 @item @emph{Example}:
3790 @smallexample
3791 int main (int argc, char *argv[])
3793   /* Initialize libgfortran.  */
3794   _gfortran_set_args (argc, argv);
3795   _gfortran_set_record_marker (8);
3796   return 0;
3798 @end smallexample
3799 @end table
3802 @node _gfortran_set_fpe
3803 @subsection @code{_gfortran_set_fpe} --- Enable floating point exception traps
3804 @fnindex _gfortran_set_fpe
3805 @cindex libgfortran initialization, set_fpe
3807 @table @asis
3808 @item @emph{Description}:
3809 @code{_gfortran_set_fpe} enables floating point exception traps for
3810 the specified exceptions.  On most systems, this will result in a
3811 SIGFPE signal being sent and the program being aborted.
3813 @item @emph{Syntax}:
3814 @code{void _gfortran_set_fpe (int val)}
3816 @item @emph{Arguments}:
3817 @multitable @columnfractions .15 .70
3818 @item @var{option}[0] @tab IEEE exceptions.  Possible values are
3819 (bitwise or-ed) zero (0, default) no trapping,
3820 @code{GFC_FPE_INVALID} (1), @code{GFC_FPE_DENORMAL} (2),
3821 @code{GFC_FPE_ZERO} (4), @code{GFC_FPE_OVERFLOW} (8),
3822 @code{GFC_FPE_UNDERFLOW} (16), and @code{GFC_FPE_INEXACT} (32).
3823 @end multitable
3825 @item @emph{Example}:
3826 @smallexample
3827 int main (int argc, char *argv[])
3829   /* Initialize libgfortran.  */
3830   _gfortran_set_args (argc, argv);
3831   /* FPE for invalid operations such as SQRT(-1.0).  */
3832   _gfortran_set_fpe (1);
3833   return 0;
3835 @end smallexample
3836 @end table
3839 @node _gfortran_set_max_subrecord_length
3840 @subsection @code{_gfortran_set_max_subrecord_length} --- Set subrecord length
3841 @fnindex _gfortran_set_max_subrecord_length
3842 @cindex libgfortran initialization, set_max_subrecord_length
3844 @table @asis
3845 @item @emph{Description}:
3846 @code{_gfortran_set_max_subrecord_length} set the maximum length
3847 for a subrecord.  This option only makes sense for testing and
3848 debugging of unformatted I/O.
3850 @item @emph{Syntax}:
3851 @code{void _gfortran_set_max_subrecord_length (int val)}
3853 @item @emph{Arguments}:
3854 @multitable @columnfractions .15 .70
3855 @item @var{val} @tab the maximum length for a subrecord;
3856 the maximum permitted value is 2147483639, which is also
3857 the default.
3858 @end multitable
3860 @item @emph{Example}:
3861 @smallexample
3862 int main (int argc, char *argv[])
3864   /* Initialize libgfortran.  */
3865   _gfortran_set_args (argc, argv);
3866   _gfortran_set_max_subrecord_length (8);
3867   return 0;
3869 @end smallexample
3870 @end table
3873 @node Naming and argument-passing conventions
3874 @section Naming and argument-passing conventions
3876 This section gives an overview about the naming convention of procedures
3877 and global variables and about the argument passing conventions used by
3878 GNU Fortran.  If a C binding has been specified, the naming convention
3879 and some of the argument-passing conventions change.  If possible,
3880 mixed-language and mixed-compiler projects should use the better defined
3881 C binding for interoperability.  See @pxref{Interoperability with C}.
3883 @menu
3884 * Naming conventions::
3885 * Argument passing conventions::
3886 @end menu
3889 @node Naming conventions
3890 @subsection Naming conventions
3892 According the Fortran standard, valid Fortran names consist of a letter
3893 between @code{A} to @code{Z}, @code{a} to @code{z}, digits @code{0},
3894 @code{1} to @code{9} and underscores (@code{_}) with the restriction
3895 that names may only start with a letter.  As vendor extension, the
3896 dollar sign (@code{$}) is additionally permitted with the option
3897 @option{-fdollar-ok}, but not as first character and only if the
3898 target system supports it.
3900 By default, the procedure name is the lower-cased Fortran name with an
3901 appended underscore (@code{_}); using @option{-fno-underscoring} no
3902 underscore is appended while @code{-fsecond-underscore} appends two
3903 underscores.  Depending on the target system and the calling convention,
3904 the procedure might be additionally dressed; for instance, on 32bit
3905 Windows with @code{stdcall}, an at-sign @code{@@} followed by an integer
3906 number is appended.  For the changing the calling convention, see
3907 @pxref{GNU Fortran Compiler Directives}.
3909 For common blocks, the same convention is used, i.e. by default an
3910 underscore is appended to the lower-cased Fortran name.  Blank commons
3911 have the name @code{__BLNK__}.
3913 For procedures and variables declared in the specification space of a
3914 module, the name is formed by @code{__}, followed by the lower-cased
3915 module name, @code{_MOD_}, and the lower-cased Fortran name.  Note that
3916 no underscore is appended.
3919 @node Argument passing conventions
3920 @subsection Argument passing conventions
3922 Subroutines do not return a value (matching C99's @code{void}) while
3923 functions either return a value as specified in the platform ABI or
3924 the result variable is passed as hidden argument to the function and
3925 no result is returned.  A hidden result variable is used when the
3926 result variable is an array or of type @code{CHARACTER}.
3928 Arguments are passed according to the platform ABI. In particular,
3929 complex arguments might not be compatible to a struct with two real
3930 components for the real and imaginary part. The argument passing
3931 matches the one of C99's @code{_Complex}.  Functions with scalar
3932 complex result variables return their value and do not use a
3933 by-reference argument.  Note that with the @option{-ff2c} option,
3934 the argument passing is modified and no longer completely matches
3935 the platform ABI.  Some other Fortran compilers use @code{f2c}
3936 semantic by default; this might cause problems with
3937 interoperablility.
3939 GNU Fortran passes most arguments by reference, i.e. by passing a
3940 pointer to the data.  Note that the compiler might use a temporary
3941 variable into which the actual argument has been copied, if required
3942 semantically (copy-in/copy-out).
3944 For arguments with @code{ALLOCATABLE} and @code{POINTER}
3945 attribute (including procedure pointers), a pointer to the pointer
3946 is passed such that the pointer address can be modified in the
3947 procedure.
3949 For dummy arguments with the @code{VALUE} attribute: Scalar arguments
3950 of the type @code{INTEGER}, @code{LOGICAL}, @code{REAL} and
3951 @code{COMPLEX} are passed by value according to the platform ABI.
3952 (As vendor extension and not recommended, using @code{%VAL()} in the
3953 call to a procedure has the same effect.) For @code{TYPE(C_PTR)} and
3954 procedure pointers, the pointer itself is passed such that it can be
3955 modified without affecting the caller.
3956 @c FIXME: Document how VALUE is handled for CHARACTER, TYPE,
3957 @c CLASS and arrays, i.e. whether the copy-in is done in the caller
3958 @c or in the callee.
3960 For Boolean (@code{LOGICAL}) arguments, please note that GCC expects
3961 only the integer value 0 and 1.  If a GNU Fortran @code{LOGICAL}
3962 variable contains another integer value, the result is undefined.
3963 As some other Fortran compilers use @math{-1} for @code{.TRUE.},
3964 extra care has to be taken -- such as passing the value as
3965 @code{INTEGER}.  (The same value restriction also applies to other
3966 front ends of GCC, e.g. to GCC's C99 compiler for @code{_Bool}
3967 or GCC's Ada compiler for @code{Boolean}.)
3969 For arguments of @code{CHARACTER} type, the character length is passed
3970 as a hidden argument at the end of the argument list.  For
3971 deferred-length strings, the value is passed by reference, otherwise
3972 by value.  The character length has the C type @code{size_t} (or
3973 @code{INTEGER(kind=C_SIZE_T)} in Fortran).  Note that this is
3974 different to older versions of the GNU Fortran compiler, where the
3975 type of the hidden character length argument was a C @code{int}.  In
3976 order to retain compatibility with older versions, one can e.g. for
3977 the following Fortran procedure
3979 @smallexample
3980 subroutine fstrlen (s, a)
3981    character(len=*) :: s
3982    integer :: a
3983    print*, len(s)
3984 end subroutine fstrlen
3985 @end smallexample
3987 define the corresponding C prototype as follows:
3989 @smallexample
3990 #if __GNUC__ > 7
3991 typedef size_t fortran_charlen_t;
3992 #else
3993 typedef int fortran_charlen_t;
3994 #endif
3996 void fstrlen_ (char*, int*, fortran_charlen_t);
3997 @end smallexample
3999 In order to avoid such compiler-specific details, for new code it is
4000 instead recommended to use the ISO_C_BINDING feature.
4002 Note with C binding, @code{CHARACTER(len=1)} result variables are
4003 returned according to the platform ABI and no hidden length argument
4004 is used for dummy arguments; with @code{VALUE}, those variables are
4005 passed by value.
4007 For @code{OPTIONAL} dummy arguments, an absent argument is denoted
4008 by a NULL pointer, except for scalar dummy arguments of type
4009 @code{INTEGER}, @code{LOGICAL}, @code{REAL} and @code{COMPLEX}
4010 which have the @code{VALUE} attribute.  For those, a hidden Boolean
4011 argument (@code{logical(kind=C_bool),value}) is used to indicate
4012 whether the argument is present.
4014 Arguments which are assumed-shape, assumed-rank or deferred-rank
4015 arrays or, with @option{-fcoarray=lib}, allocatable scalar coarrays use
4016 an array descriptor.  All other arrays pass the address of the
4017 first element of the array.  With @option{-fcoarray=lib}, the token
4018 and the offset belonging to nonallocatable coarrays dummy arguments
4019 are passed as hidden argument along the character length hidden
4020 arguments.  The token is an oparque pointer identifying the coarray
4021 and the offset is a passed-by-value integer of kind @code{C_PTRDIFF_T},
4022 denoting the byte offset between the base address of the coarray and
4023 the passed scalar or first element of the passed array.
4025 The arguments are passed in the following order
4026 @itemize @bullet
4027 @item Result variable, when the function result is passed by reference
4028 @item Character length of the function result, if it is a of type
4029 @code{CHARACTER} and no C binding is used
4030 @item The arguments in the order in which they appear in the Fortran
4031 declaration
4032 @item The the present status for optional arguments with value attribute,
4033 which are internally passed by value
4034 @item The character length and/or coarray token and offset for the first
4035 argument which is a @code{CHARACTER} or a nonallocatable coarray dummy
4036 argument, followed by the hidden arguments of the next dummy argument
4037 of such a type
4038 @end itemize
4041 @c ---------------------------------------------------------------------
4042 @c Coarray Programming
4043 @c ---------------------------------------------------------------------
4045 @node Coarray Programming
4046 @chapter Coarray Programming
4047 @cindex Coarrays
4049 @menu
4050 * Type and enum ABI Documentation::
4051 * Function ABI Documentation::
4052 @end menu
4055 @node Type and enum ABI Documentation
4056 @section Type and enum ABI Documentation
4058 @menu
4059 * caf_token_t::
4060 * caf_register_t::
4061 * caf_deregister_t::
4062 * caf_reference_t::
4063 * caf_team_t::
4064 @end menu
4066 @node caf_token_t
4067 @subsection @code{caf_token_t}
4069 Typedef of type @code{void *} on the compiler side. Can be any data
4070 type on the library side.
4072 @node caf_register_t
4073 @subsection @code{caf_register_t}
4075 Indicates which kind of coarray variable should be registered.
4077 @verbatim
4078 typedef enum caf_register_t {
4079   CAF_REGTYPE_COARRAY_STATIC,
4080   CAF_REGTYPE_COARRAY_ALLOC,
4081   CAF_REGTYPE_LOCK_STATIC,
4082   CAF_REGTYPE_LOCK_ALLOC,
4083   CAF_REGTYPE_CRITICAL,
4084   CAF_REGTYPE_EVENT_STATIC,
4085   CAF_REGTYPE_EVENT_ALLOC,
4086   CAF_REGTYPE_COARRAY_ALLOC_REGISTER_ONLY,
4087   CAF_REGTYPE_COARRAY_ALLOC_ALLOCATE_ONLY
4089 caf_register_t;
4090 @end verbatim
4092 The values @code{CAF_REGTYPE_COARRAY_ALLOC_REGISTER_ONLY} and
4093 @code{CAF_REGTYPE_COARRAY_ALLOC_ALLOCATE_ONLY} are for allocatable components
4094 in derived type coarrays only.  The first one sets up the token without
4095 allocating memory for allocatable component.  The latter one only allocates the
4096 memory for an allocatable component in a derived type coarray.  The token
4097 needs to be setup previously by the REGISTER_ONLY.  This allows to have
4098 allocatable components un-allocated on some images.  The status whether an
4099 allocatable component is allocated on a remote image can be queried by
4100 @code{_caf_is_present} which used internally by the @code{ALLOCATED}
4101 intrinsic.
4103 @node caf_deregister_t
4104 @subsection @code{caf_deregister_t}
4106 @verbatim
4107 typedef enum caf_deregister_t {
4108   CAF_DEREGTYPE_COARRAY_DEREGISTER,
4109   CAF_DEREGTYPE_COARRAY_DEALLOCATE_ONLY
4111 caf_deregister_t;
4112 @end verbatim
4114 Allows to specifiy the type of deregistration of a coarray object.  The
4115 @code{CAF_DEREGTYPE_COARRAY_DEALLOCATE_ONLY} flag is only allowed for
4116 allocatable components in derived type coarrays.
4118 @node caf_reference_t
4119 @subsection @code{caf_reference_t}
4121 The structure used for implementing arbitrary reference chains.
4122 A @code{CAF_REFERENCE_T} allows to specify a component reference or any kind
4123 of array reference of any rank supported by gfortran.  For array references all
4124 kinds as known by the compiler/Fortran standard are supported indicated by
4125 a @code{MODE}.
4127 @verbatim
4128 typedef enum caf_ref_type_t {
4129   /* Reference a component of a derived type, either regular one or an
4130      allocatable or pointer type.  For regular ones idx in caf_reference_t is
4131      set to -1.  */
4132   CAF_REF_COMPONENT,
4133   /* Reference an allocatable array.  */
4134   CAF_REF_ARRAY,
4135   /* Reference a non-allocatable/non-pointer array.  I.e., the coarray object
4136      has no array descriptor associated and the addressing is done
4137      completely using the ref.  */
4138   CAF_REF_STATIC_ARRAY
4139 } caf_ref_type_t;
4140 @end verbatim
4142 @verbatim
4143 typedef enum caf_array_ref_t {
4144   /* No array ref.  This terminates the array ref.  */
4145   CAF_ARR_REF_NONE = 0,
4146   /* Reference array elements given by a vector.  Only for this mode
4147      caf_reference_t.u.a.dim[i].v is valid.  */
4148   CAF_ARR_REF_VECTOR,
4149   /* A full array ref (:).  */
4150   CAF_ARR_REF_FULL,
4151   /* Reference a range on elements given by start, end and stride.  */
4152   CAF_ARR_REF_RANGE,
4153   /* Only a single item is referenced given in the start member.  */
4154   CAF_ARR_REF_SINGLE,
4155   /* An array ref of the kind (i:), where i is an arbitrary valid index in the
4156      array.  The index i is given in the start member.  */
4157   CAF_ARR_REF_OPEN_END,
4158   /* An array ref of the kind (:i), where the lower bound of the array ref
4159      is given by the remote side.  The index i is given in the end member.  */
4160   CAF_ARR_REF_OPEN_START
4161 } caf_array_ref_t;
4162 @end verbatim
4164 @verbatim
4165 /* References to remote components of a derived type.  */
4166 typedef struct caf_reference_t {
4167   /* A pointer to the next ref or NULL.  */
4168   struct caf_reference_t *next;
4169   /* The type of the reference.  */
4170   /* caf_ref_type_t, replaced by int to allow specification in fortran FE.  */
4171   int type;
4172   /* The size of an item referenced in bytes.  I.e. in an array ref this is
4173      the factor to advance the array pointer with to get to the next item.
4174      For component refs this gives just the size of the element referenced.  */
4175   size_t item_size;
4176   union {
4177     struct {
4178       /* The offset (in bytes) of the component in the derived type.
4179          Unused for allocatable or pointer components.  */
4180       ptrdiff_t offset;
4181       /* The offset (in bytes) to the caf_token associated with this
4182          component.  NULL, when not allocatable/pointer ref.  */
4183       ptrdiff_t caf_token_offset;
4184     } c;
4185     struct {
4186       /* The mode of the array ref.  See CAF_ARR_REF_*.  */
4187       /* caf_array_ref_t, replaced by unsigend char to allow specification in
4188          fortran FE.  */
4189      unsigned char mode[GFC_MAX_DIMENSIONS];
4190       /* The type of a static array.  Unset for array's with descriptors.  */
4191       int static_array_type;
4192       /* Subscript refs (s) or vector refs (v).  */
4193       union {
4194         struct {
4195           /* The start and end boundary of the ref and the stride.  */
4196           index_type start, end, stride;
4197         } s;
4198         struct {
4199           /* nvec entries of kind giving the elements to reference.  */
4200           void *vector;
4201           /* The number of entries in vector.  */
4202           size_t nvec;
4203           /* The integer kind used for the elements in vector.  */
4204           int kind;
4205         } v;
4206       } dim[GFC_MAX_DIMENSIONS];
4207     } a;
4208   } u;
4209 } caf_reference_t;
4210 @end verbatim
4212 The references make up a single linked list of reference operations.  The
4213 @code{NEXT} member links to the next reference or NULL to indicate the end of
4214 the chain.  Component and array refs can be arbitrarly mixed as long as they
4215 comply to the Fortran standard.
4217 @emph{NOTES}
4218 The member @code{STATIC_ARRAY_TYPE} is used only when the @code{TYPE} is
4219 @code{CAF_REF_STATIC_ARRAY}.  The member gives the type of the data referenced.
4220 Because no array descriptor is available for a descriptor-less array and
4221 type conversion still needs to take place the type is transported here.
4223 At the moment @code{CAF_ARR_REF_VECTOR} is not implemented in the front end for
4224 descriptor-less arrays.  The library caf_single has untested support for it.
4226 @node caf_team_t
4227 @subsection @code{caf_team_t}
4229 Opaque pointer to represent a team-handle.  This type is a stand-in for the
4230 future implementation of teams.  It is about to change without further notice.
4232 @node Function ABI Documentation
4233 @section Function ABI Documentation
4235 @menu
4236 * _gfortran_caf_init:: Initialiation function
4237 * _gfortran_caf_finish:: Finalization function
4238 * _gfortran_caf_this_image:: Querying the image number
4239 * _gfortran_caf_num_images:: Querying the maximal number of images
4240 * _gfortran_caf_image_status :: Query the status of an image
4241 * _gfortran_caf_failed_images :: Get an array of the indexes of the failed images
4242 * _gfortran_caf_stopped_images :: Get an array of the indexes of the stopped images
4243 * _gfortran_caf_register:: Registering coarrays
4244 * _gfortran_caf_deregister:: Deregistering coarrays
4245 * _gfortran_caf_is_present:: Query whether an allocatable or pointer component in a derived type coarray is allocated
4246 * _gfortran_caf_send:: Sending data from a local image to a remote image
4247 * _gfortran_caf_get:: Getting data from a remote image
4248 * _gfortran_caf_sendget:: Sending data between remote images
4249 * _gfortran_caf_send_by_ref:: Sending data from a local image to a remote image using enhanced references
4250 * _gfortran_caf_get_by_ref:: Getting data from a remote image using enhanced references
4251 * _gfortran_caf_sendget_by_ref:: Sending data between remote images using enhanced references
4252 * _gfortran_caf_lock:: Locking a lock variable
4253 * _gfortran_caf_unlock:: Unlocking a lock variable
4254 * _gfortran_caf_event_post:: Post an event
4255 * _gfortran_caf_event_wait:: Wait that an event occurred
4256 * _gfortran_caf_event_query:: Query event count
4257 * _gfortran_caf_sync_all:: All-image barrier
4258 * _gfortran_caf_sync_images:: Barrier for selected images
4259 * _gfortran_caf_sync_memory:: Wait for completion of segment-memory operations
4260 * _gfortran_caf_error_stop:: Error termination with exit code
4261 * _gfortran_caf_error_stop_str:: Error termination with string
4262 * _gfortran_caf_fail_image :: Mark the image failed and end its execution
4263 * _gfortran_caf_atomic_define:: Atomic variable assignment
4264 * _gfortran_caf_atomic_ref:: Atomic variable reference
4265 * _gfortran_caf_atomic_cas:: Atomic compare and swap
4266 * _gfortran_caf_atomic_op:: Atomic operation
4267 * _gfortran_caf_co_broadcast:: Sending data to all images
4268 * _gfortran_caf_co_max:: Collective maximum reduction
4269 * _gfortran_caf_co_min:: Collective minimum reduction
4270 * _gfortran_caf_co_sum:: Collective summing reduction
4271 * _gfortran_caf_co_reduce:: Generic collective reduction
4272 @end menu
4275 @node _gfortran_caf_init
4276 @subsection @code{_gfortran_caf_init} --- Initialiation function
4277 @cindex Coarray, _gfortran_caf_init
4279 @table @asis
4280 @item @emph{Description}:
4281 This function is called at startup of the program before the Fortran main
4282 program, if the latter has been compiled with @option{-fcoarray=lib}.
4283 It takes as arguments the command-line arguments of the program.  It is
4284 permitted to pass two @code{NULL} pointers as argument; if non-@code{NULL},
4285 the library is permitted to modify the arguments.
4287 @item @emph{Syntax}:
4288 @code{void _gfortran_caf_init (int *argc, char ***argv)}
4290 @item @emph{Arguments}:
4291 @multitable @columnfractions .15 .70
4292 @item @var{argc} @tab intent(inout) An integer pointer with the number of
4293 arguments passed to the program or @code{NULL}.
4294 @item @var{argv} @tab intent(inout) A pointer to an array of strings with the
4295 command-line arguments or @code{NULL}.
4296 @end multitable
4298 @item @emph{NOTES}
4299 The function is modelled after the initialization function of the Message
4300 Passing Interface (MPI) specification.  Due to the way coarray registration
4301 works, it might not be the first call to the library.  If the main program is
4302 not written in Fortran and only a library uses coarrays, it can happen that
4303 this function is never called.  Therefore, it is recommended that the library
4304 does not rely on the passed arguments and whether the call has been done.
4305 @end table
4308 @node _gfortran_caf_finish
4309 @subsection @code{_gfortran_caf_finish} --- Finalization function
4310 @cindex Coarray, _gfortran_caf_finish
4312 @table @asis
4313 @item @emph{Description}:
4314 This function is called at the end of the Fortran main program, if it has
4315 been compiled with the @option{-fcoarray=lib} option.
4317 @item @emph{Syntax}:
4318 @code{void _gfortran_caf_finish (void)}
4320 @item @emph{NOTES}
4321 For non-Fortran programs, it is recommended to call the function at the end
4322 of the main program.  To ensure that the shutdown is also performed for
4323 programs where this function is not explicitly invoked, for instance
4324 non-Fortran programs or calls to the system's exit() function, the library
4325 can use a destructor function.  Note that programs can also be terminated
4326 using the STOP and ERROR STOP statements; those use different library calls.
4327 @end table
4330 @node _gfortran_caf_this_image
4331 @subsection @code{_gfortran_caf_this_image} --- Querying the image number
4332 @cindex Coarray, _gfortran_caf_this_image
4334 @table @asis
4335 @item @emph{Description}:
4336 This function returns the current image number, which is a positive number.
4338 @item @emph{Syntax}:
4339 @code{int _gfortran_caf_this_image (int distance)}
4341 @item @emph{Arguments}:
4342 @multitable @columnfractions .15 .70
4343 @item @var{distance} @tab As specified for the @code{this_image} intrinsic
4344 in TS18508.  Shall be a non-negative number.
4345 @end multitable
4347 @item @emph{NOTES}
4348 If the Fortran intrinsic @code{this_image} is invoked without an argument, which
4349 is the only permitted form in Fortran 2008, GCC passes @code{0} as
4350 first argument.
4351 @end table
4354 @node _gfortran_caf_num_images
4355 @subsection @code{_gfortran_caf_num_images} --- Querying the maximal number of images
4356 @cindex Coarray, _gfortran_caf_num_images
4358 @table @asis
4359 @item @emph{Description}:
4360 This function returns the number of images in the current team, if
4361 @var{distance} is 0 or the number of images in the parent team at the specified
4362 distance. If failed is -1, the function returns the number of all images at
4363 the specified distance; if it is 0, the function returns the number of
4364 nonfailed images, and if it is 1, it returns the number of failed images.
4366 @item @emph{Syntax}:
4367 @code{int _gfortran_caf_num_images(int distance, int failed)}
4369 @item @emph{Arguments}:
4370 @multitable @columnfractions .15 .70
4371 @item @var{distance} @tab the distance from this image to the ancestor.
4372 Shall be positive.
4373 @item @var{failed} @tab shall be -1, 0, or 1
4374 @end multitable
4376 @item @emph{NOTES}
4377 This function follows TS18508. If the num_image intrinsic has no arguments,
4378 then the compiler passes @code{distance=0} and @code{failed=-1} to the function.
4379 @end table
4382 @node _gfortran_caf_image_status
4383 @subsection @code{_gfortran_caf_image_status} --- Query the status of an image
4384 @cindex Coarray, _gfortran_caf_image_status
4386 @table @asis
4387 @item @emph{Description}:
4388 Get the status of the image given by the id @var{image} of the team given by
4389 @var{team}.  Valid results are zero, for image is ok, @code{STAT_STOPPED_IMAGE}
4390 from the ISO_FORTRAN_ENV module to indicate that the image has been stopped and
4391 @code{STAT_FAILED_IMAGE} also from ISO_FORTRAN_ENV to indicate that the image
4392 has executed a @code{FAIL IMAGE} statement.
4394 @item @emph{Syntax}:
4395 @code{int _gfortran_caf_image_status (int image, caf_team_t * team)}
4397 @item @emph{Arguments}:
4398 @multitable @columnfractions .15 .70
4399 @item @var{image} @tab the positive scalar id of the image in the current TEAM.
4400 @item @var{team} @tab optional; team on the which the inquiry is to be
4401 performed.
4402 @end multitable
4404 @item @emph{NOTES}
4405 This function follows TS18508.  Because team-functionality is not yet
4406 implemented a null-pointer is passed for the @var{team} argument at the moment.
4407 @end table
4410 @node _gfortran_caf_failed_images
4411 @subsection @code{_gfortran_caf_failed_images} --- Get an array of the indexes of the failed images
4412 @cindex Coarray, _gfortran_caf_failed_images
4414 @table @asis
4415 @item @emph{Description}:
4416 Get an array of image indexes in the current @var{team} that have failed.  The
4417 array is sorted ascendingly.  When @var{team} is not provided the current team
4418 is to be used.  When @var{kind} is provided then the resulting array is of that
4419 integer kind else it is of default integer kind.  The returns an unallocated
4420 size zero array when no images have failed.
4422 @item @emph{Syntax}:
4423 @code{int _gfortran_caf_failed_images (caf_team_t * team, int * kind)}
4425 @item @emph{Arguments}:
4426 @multitable @columnfractions .15 .70
4427 @item @var{team} @tab optional; team on the which the inquiry is to be
4428 performed.
4429 @item @var{image} @tab optional; the kind of the resulting integer array.
4430 @end multitable
4432 @item @emph{NOTES}
4433 This function follows TS18508.  Because team-functionality is not yet
4434 implemented a null-pointer is passed for the @var{team} argument at the moment.
4435 @end table
4438 @node _gfortran_caf_stopped_images
4439 @subsection @code{_gfortran_caf_stopped_images} --- Get an array of the indexes of the stopped images
4440 @cindex Coarray, _gfortran_caf_stopped_images
4442 @table @asis
4443 @item @emph{Description}:
4444 Get an array of image indexes in the current @var{team} that have stopped.  The
4445 array is sorted ascendingly.  When @var{team} is not provided the current team
4446 is to be used.  When @var{kind} is provided then the resulting array is of that
4447 integer kind else it is of default integer kind.  The returns an unallocated
4448 size zero array when no images have failed.
4450 @item @emph{Syntax}:
4451 @code{int _gfortran_caf_stopped_images (caf_team_t * team, int * kind)}
4453 @item @emph{Arguments}:
4454 @multitable @columnfractions .15 .70
4455 @item @var{team} @tab optional; team on the which the inquiry is to be
4456 performed.
4457 @item @var{image} @tab optional; the kind of the resulting integer array.
4458 @end multitable
4460 @item @emph{NOTES}
4461 This function follows TS18508.  Because team-functionality is not yet
4462 implemented a null-pointer is passed for the @var{team} argument at the moment.
4463 @end table
4466 @node _gfortran_caf_register
4467 @subsection @code{_gfortran_caf_register} --- Registering coarrays
4468 @cindex Coarray, _gfortran_caf_register
4470 @table @asis
4471 @item @emph{Description}:
4472 Registers memory for a coarray and creates a token to identify the coarray.  The
4473 routine is called for both coarrays with @code{SAVE} attribute and using an
4474 explicit @code{ALLOCATE} statement.  If an error occurs and @var{STAT} is a
4475 @code{NULL} pointer, the function shall abort with printing an error message
4476 and starting the error termination.  If no error occurs and @var{STAT} is
4477 present, it shall be set to zero.  Otherwise, it shall be set to a positive
4478 value and, if not-@code{NULL}, @var{ERRMSG} shall be set to a string describing
4479 the failure.  The routine shall register the memory provided in the
4480 @code{DATA}-component of the array descriptor @var{DESC}, when that component
4481 is non-@code{NULL}, else it shall allocate sufficient memory and provide a
4482 pointer to it in the @code{DATA}-component of @var{DESC}.  The array descriptor
4483 has rank zero, when a scalar object is to be registered and the array
4484 descriptor may be invalid after the call to @code{_gfortran_caf_register}.
4485 When an array is to be allocated the descriptor persists.
4487 For @code{CAF_REGTYPE_COARRAY_STATIC} and @code{CAF_REGTYPE_COARRAY_ALLOC},
4488 the passed size is the byte size requested.  For @code{CAF_REGTYPE_LOCK_STATIC},
4489 @code{CAF_REGTYPE_LOCK_ALLOC} and @code{CAF_REGTYPE_CRITICAL} it is the array
4490 size or one for a scalar.
4492 When @code{CAF_REGTYPE_COARRAY_ALLOC_REGISTER_ONLY} is used, then only a token
4493 for an allocatable or pointer component is created.  The @code{SIZE} parameter
4494 is not used then.  On the contrary when
4495 @code{CAF_REGTYPE_COARRAY_ALLOC_ALLOCATE_ONLY} is specified, then the
4496 @var{token} needs to be registered by a previous call with regtype
4497 @code{CAF_REGTYPE_COARRAY_ALLOC_REGISTER_ONLY} and either the memory specified
4498 in the @var{DESC}'s data-ptr is registered or allocate when the data-ptr is
4499 @code{NULL}.
4501 @item @emph{Syntax}:
4502 @code{void caf_register (size_t size, caf_register_t type, caf_token_t *token,
4503 gfc_descriptor_t *desc, int *stat, char *errmsg, size_t errmsg_len)}
4505 @item @emph{Arguments}:
4506 @multitable @columnfractions .15 .70
4507 @item @var{size} @tab For normal coarrays, the byte size of the coarray to be
4508 allocated; for lock types and event types, the number of elements.
4509 @item @var{type} @tab one of the caf_register_t types.
4510 @item @var{token} @tab intent(out) An opaque pointer identifying the coarray.
4511 @item @var{desc} @tab intent(inout) The (pseudo) array descriptor.
4512 @item @var{stat} @tab intent(out) For allocatable coarrays, stores the STAT=;
4513 may be @code{NULL}
4514 @item @var{errmsg} @tab intent(out) When an error occurs, this will be set to
4515 an error message; may be @code{NULL}
4516 @item @var{errmsg_len} @tab the buffer size of errmsg.
4517 @end multitable
4519 @item @emph{NOTES}
4520 Nonallocatable coarrays have to be registered prior use from remote images.
4521 In order to guarantee this, they have to be registered before the main
4522 program. This can be achieved by creating constructor functions. That is what
4523 GCC does such that also for nonallocatable coarrays the memory is allocated and
4524 no static memory is used.  The token permits to identify the coarray; to the
4525 processor, the token is a nonaliasing pointer. The library can, for instance,
4526 store the base address of the coarray in the token, some handle or a more
4527 complicated struct.  The library may also store the array descriptor
4528 @var{DESC} when its rank is non-zero.
4530 For lock types, the value shall only be used for checking the allocation
4531 status. Note that for critical blocks, the locking is only required on one
4532 image; in the locking statement, the processor shall always pass an
4533 image index of one for critical-block lock variables
4534 (@code{CAF_REGTYPE_CRITICAL}). For lock types and critical-block variables,
4535 the initial value shall be unlocked (or, respecitively, not in critical
4536 section) such as the value false; for event types, the initial state should
4537 be no event, e.g. zero.
4538 @end table
4541 @node _gfortran_caf_deregister
4542 @subsection @code{_gfortran_caf_deregister} --- Deregistering coarrays
4543 @cindex Coarray, _gfortran_caf_deregister
4545 @table @asis
4546 @item @emph{Description}:
4547 Called to free or deregister the memory of a coarray; the processor calls this
4548 function for automatic and explicit deallocation.  In case of an error, this
4549 function shall fail with an error message, unless the @var{STAT} variable is
4550 not null.  The library is only expected to free memory it allocated itself
4551 during a call to @code{_gfortran_caf_register}.
4553 @item @emph{Syntax}:
4554 @code{void caf_deregister (caf_token_t *token, caf_deregister_t type,
4555 int *stat, char *errmsg, size_t errmsg_len)}
4557 @item @emph{Arguments}:
4558 @multitable @columnfractions .15 .70
4559 @item @var{token} @tab the token to free.
4560 @item @var{type} @tab the type of action to take for the coarray.  A
4561 @code{CAF_DEREGTYPE_COARRAY_DEALLOCATE_ONLY} is allowed only for allocatable or
4562 pointer components of derived type coarrays.  The action only deallocates the
4563 local memory without deleting the token.
4564 @item @var{stat} @tab intent(out) Stores the STAT=; may be NULL
4565 @item @var{errmsg} @tab intent(out) When an error occurs, this will be set
4566 to an error message; may be NULL
4567 @item @var{errmsg_len} @tab the buffer size of errmsg.
4568 @end multitable
4570 @item @emph{NOTES}
4571 For nonalloatable coarrays this function is never called.  If a cleanup is
4572 required, it has to be handled via the finish, stop and error stop functions,
4573 and via destructors.
4574 @end table
4577 @node _gfortran_caf_is_present
4578 @subsection @code{_gfortran_caf_is_present} --- Query whether an allocatable or pointer component in a derived type coarray is allocated
4579 @cindex Coarray, _gfortran_caf_is_present
4581 @table @asis
4582 @item @emph{Description}:
4583 Used to query the coarray library whether an allocatable component in a derived
4584 type coarray is allocated on a remote image.
4586 @item @emph{Syntax}:
4587 @code{void _gfortran_caf_is_present (caf_token_t token, int image_index,
4588 gfc_reference_t *ref)}
4590 @item @emph{Arguments}:
4591 @multitable @columnfractions .15 .70
4592 @item @var{token} @tab An opaque pointer identifying the coarray.
4593 @item @var{image_index} @tab The ID of the remote image; must be a positive
4594 number.
4595 @item @var{ref} @tab A chain of references to address the allocatable or
4596 pointer component in the derived type coarray.  The object reference needs to be
4597 a scalar or a full array reference, respectively.
4598 @end multitable
4600 @end table
4602 @node _gfortran_caf_send
4603 @subsection @code{_gfortran_caf_send} --- Sending data from a local image to a remote image
4604 @cindex Coarray, _gfortran_caf_send
4606 @table @asis
4607 @item @emph{Description}:
4608 Called to send a scalar, an array section or a whole array from a local
4609 to a remote image identified by the image_index.
4611 @item @emph{Syntax}:
4612 @code{void _gfortran_caf_send (caf_token_t token, size_t offset,
4613 int image_index, gfc_descriptor_t *dest, caf_vector_t *dst_vector,
4614 gfc_descriptor_t *src, int dst_kind, int src_kind, bool may_require_tmp,
4615 int *stat)}
4617 @item @emph{Arguments}:
4618 @multitable @columnfractions .15 .70
4619 @item @var{token} @tab intent(in)  An opaque pointer identifying the coarray.
4620 @item @var{offset} @tab intent(in)  By which amount of bytes the actual data is
4621 shifted compared to the base address of the coarray.
4622 @item @var{image_index} @tab intent(in)  The ID of the remote image; must be a
4623 positive number.
4624 @item @var{dest} @tab intent(in)  Array descriptor for the remote image for the
4625 bounds and the size.  The @code{base_addr} shall not be accessed.
4626 @item @var{dst_vector} @tab intent(in)  If not NULL, it contains the vector
4627 subscript of the destination array; the values are relative to the dimension
4628 triplet of the dest argument.
4629 @item @var{src} @tab intent(in)  Array descriptor of the local array to be
4630 transferred to the remote image
4631 @item @var{dst_kind} @tab intent(in)  Kind of the destination argument
4632 @item @var{src_kind} @tab intent(in)  Kind of the source argument
4633 @item @var{may_require_tmp} @tab intent(in)  The variable is @code{false} when
4634 it is known at compile time that the @var{dest} and @var{src} either cannot
4635 overlap or overlap (fully or partially) such that walking @var{src} and
4636 @var{dest} in element wise element order (honoring the stride value) will not
4637 lead to wrong results.  Otherwise, the value is @code{true}.
4638 @item @var{stat} @tab intent(out) when non-NULL give the result of the
4639 operation, i.e., zero on success and non-zero on error.  When NULL and an error
4640 occurs, then an error message is printed and the program is terminated.
4641 @end multitable
4643 @item @emph{NOTES}
4644 It is permitted to have @var{image_index} equal the current image; the memory
4645 of the send-to and the send-from might (partially) overlap in that case.  The
4646 implementation has to take care that it handles this case, e.g. using
4647 @code{memmove} which handles (partially) overlapping memory. If
4648 @var{may_require_tmp} is true, the library might additionally create a
4649 temporary variable, unless additional checks show that this is not required
4650 (e.g. because walking backward is possible or because both arrays are
4651 contiguous and @code{memmove} takes care of overlap issues).
4653 Note that the assignment of a scalar to an array is permitted. In addition,
4654 the library has to handle numeric-type conversion and for strings, padding
4655 and different character kinds.
4656 @end table
4659 @node _gfortran_caf_get
4660 @subsection @code{_gfortran_caf_get} --- Getting data from a remote image
4661 @cindex Coarray, _gfortran_caf_get
4663 @table @asis
4664 @item @emph{Description}:
4665 Called to get an array section or a whole array from a remote,
4666 image identified by the image_index.
4668 @item @emph{Syntax}:
4669 @code{void _gfortran_caf_get (caf_token_t token, size_t offset,
4670 int image_index, gfc_descriptor_t *src, caf_vector_t *src_vector,
4671 gfc_descriptor_t *dest, int src_kind, int dst_kind, bool may_require_tmp,
4672 int *stat)}
4674 @item @emph{Arguments}:
4675 @multitable @columnfractions .15 .70
4676 @item @var{token} @tab intent(in)  An opaque pointer identifying the coarray.
4677 @item @var{offset} @tab intent(in)  By which amount of bytes the actual data is
4678 shifted compared to the base address of the coarray.
4679 @item @var{image_index} @tab intent(in)  The ID of the remote image; must be a
4680 positive number.
4681 @item @var{dest} @tab intent(out) Array descriptor of the local array to store
4682 the data retrieved from the remote image
4683 @item @var{src} @tab intent(in) Array descriptor for the remote image for the
4684 bounds and the size.  The @code{base_addr} shall not be accessed.
4685 @item @var{src_vector} @tab intent(in)  If not NULL, it contains the vector
4686 subscript of the source array; the values are relative to the dimension
4687 triplet of the @var{src} argument.
4688 @item @var{dst_kind} @tab intent(in)  Kind of the destination argument
4689 @item @var{src_kind} @tab intent(in)  Kind of the source argument
4690 @item @var{may_require_tmp} @tab intent(in)  The variable is @code{false} when
4691 it is known at compile time that the @var{dest} and @var{src} either cannot
4692 overlap or overlap (fully or partially) such that walking @var{src} and
4693 @var{dest} in element wise element order (honoring the stride value) will not
4694 lead to wrong results.  Otherwise, the value is @code{true}.
4695 @item @var{stat} @tab intent(out) When non-NULL give the result of the
4696 operation, i.e., zero on success and non-zero on error.  When NULL and an error
4697 occurs, then an error message is printed and the program is terminated.
4698 @end multitable
4700 @item @emph{NOTES}
4701 It is permitted to have @var{image_index} equal the current image; the memory of
4702 the send-to and the send-from might (partially) overlap in that case.  The
4703 implementation has to take care that it handles this case, e.g. using
4704 @code{memmove} which handles (partially) overlapping memory. If
4705 @var{may_require_tmp} is true, the library might additionally create a
4706 temporary variable, unless additional checks show that this is not required
4707 (e.g. because walking backward is possible or because both arrays are
4708 contiguous and @code{memmove} takes care of overlap issues).
4710 Note that the library has to handle numeric-type conversion and for strings,
4711 padding and different character kinds.
4712 @end table
4715 @node _gfortran_caf_sendget
4716 @subsection @code{_gfortran_caf_sendget} --- Sending data between remote images
4717 @cindex Coarray, _gfortran_caf_sendget
4719 @table @asis
4720 @item @emph{Description}:
4721 Called to send a scalar, an array section or a whole array from a remote image
4722 identified by the @var{src_image_index} to a remote image identified by the
4723 @var{dst_image_index}.
4725 @item @emph{Syntax}:
4726 @code{void _gfortran_caf_sendget (caf_token_t dst_token, size_t dst_offset,
4727 int dst_image_index, gfc_descriptor_t *dest, caf_vector_t *dst_vector,
4728 caf_token_t src_token, size_t src_offset, int src_image_index,
4729 gfc_descriptor_t *src, caf_vector_t *src_vector, int dst_kind, int src_kind,
4730 bool may_require_tmp, int *stat)}
4732 @item @emph{Arguments}:
4733 @multitable @columnfractions .15 .70
4734 @item @var{dst_token} @tab intent(in)  An opaque pointer identifying the
4735 destination coarray.
4736 @item @var{dst_offset} @tab intent(in)  By which amount of bytes the actual data
4737 is shifted compared to the base address of the destination coarray.
4738 @item @var{dst_image_index} @tab intent(in)  The ID of the destination remote
4739 image; must be a positive number.
4740 @item @var{dest} @tab intent(in) Array descriptor for the destination
4741 remote image for the bounds and the size.  The @code{base_addr} shall not be
4742 accessed.
4743 @item @var{dst_vector} @tab intent(int)  If not NULL, it contains the vector
4744 subscript of the destination array; the values are relative to the dimension
4745 triplet of the @var{dest} argument.
4746 @item @var{src_token} @tab intent(in)  An opaque pointer identifying the source
4747 coarray.
4748 @item @var{src_offset} @tab intent(in)  By which amount of bytes the actual data
4749 is shifted compared to the base address of the source coarray.
4750 @item @var{src_image_index} @tab intent(in)  The ID of the source remote image;
4751 must be a positive number.
4752 @item @var{src} @tab intent(in) Array descriptor of the local array to be
4753 transferred to the remote image.
4754 @item @var{src_vector} @tab intent(in) Array descriptor of the local array to
4755 be transferred to the remote image
4756 @item @var{dst_kind} @tab intent(in)  Kind of the destination argument
4757 @item @var{src_kind} @tab intent(in)  Kind of the source argument
4758 @item @var{may_require_tmp} @tab intent(in)  The variable is @code{false} when
4759 it is known at compile time that the @var{dest} and @var{src} either cannot
4760 overlap or overlap (fully or partially) such that walking @var{src} and
4761 @var{dest} in element wise element order (honoring the stride value) will not
4762 lead to wrong results.  Otherwise, the value is @code{true}.
4763 @item @var{stat} @tab intent(out) when non-NULL give the result of the
4764 operation, i.e., zero on success and non-zero on error.  When NULL and an error
4765 occurs, then an error message is printed and the program is terminated.
4766 @end multitable
4768 @item @emph{NOTES}
4769 It is permitted to have the same image index for both @var{src_image_index} and
4770 @var{dst_image_index}; the memory of the send-to and the send-from might
4771 (partially) overlap in that case.  The implementation has to take care that it
4772 handles this case, e.g. using @code{memmove} which handles (partially)
4773 overlapping memory.  If @var{may_require_tmp} is true, the library
4774 might additionally create a temporary variable, unless additional checks show
4775 that this is not required (e.g. because walking backward is possible or because
4776 both arrays are contiguous and @code{memmove} takes care of overlap issues).
4778 Note that the assignment of a scalar to an array is permitted. In addition,
4779 the library has to handle numeric-type conversion and for strings, padding and
4780 different character kinds.
4781 @end table
4783 @node _gfortran_caf_send_by_ref
4784 @subsection @code{_gfortran_caf_send_by_ref} --- Sending data from a local image to a remote image with enhanced referencing options
4785 @cindex Coarray, _gfortran_caf_send_by_ref
4787 @table @asis
4788 @item @emph{Description}:
4789 Called to send a scalar, an array section or a whole array from a local to a
4790 remote image identified by the @var{image_index}.
4792 @item @emph{Syntax}:
4793 @code{void _gfortran_caf_send_by_ref (caf_token_t token, int image_index,
4794 gfc_descriptor_t *src, caf_reference_t *refs, int dst_kind, int src_kind,
4795 bool may_require_tmp, bool dst_reallocatable, int *stat, int dst_type)}
4797 @item @emph{Arguments}:
4798 @multitable @columnfractions .15 .70
4799 @item @var{token} @tab intent(in)  An opaque pointer identifying the coarray.
4800 @item @var{image_index} @tab intent(in)  The ID of the remote image; must be a
4801 positive number.
4802 @item @var{src} @tab intent(in) Array descriptor of the local array to be
4803 transferred to the remote image
4804 @item @var{refs} @tab intent(in) The references on the remote array to store
4805 the data given by src.  Guaranteed to have at least one entry.
4806 @item @var{dst_kind} @tab intent(in)  Kind of the destination argument
4807 @item @var{src_kind} @tab intent(in)  Kind of the source argument
4808 @item @var{may_require_tmp} @tab intent(in)  The variable is @code{false} when
4809 it is known at compile time that the @var{dest} and @var{src} either cannot
4810 overlap or overlap (fully or partially) such that walking @var{src} and
4811 @var{dest} in element wise element order (honoring the stride value) will not
4812 lead to wrong results.  Otherwise, the value is @code{true}.
4813 @item @var{dst_reallocatable} @tab intent(in)  Set when the destination is of
4814 allocatable or pointer type and the refs will allow reallocation, i.e., the ref
4815 is a full array or component ref.
4816 @item @var{stat} @tab intent(out) When non-@code{NULL} give the result of the
4817 operation, i.e., zero on success and non-zero on error.  When @code{NULL} and
4818 an error occurs, then an error message is printed and the program is terminated.
4819 @item @var{dst_type} @tab intent(in)  Give the type of the destination.  When
4820 the destination is not an array, than the precise type, e.g. of a component in
4821 a derived type, is not known, but provided here.
4822 @end multitable
4824 @item @emph{NOTES}
4825 It is permitted to have @var{image_index} equal the current image; the memory of
4826 the send-to and the send-from might (partially) overlap in that case.  The
4827 implementation has to take care that it handles this case, e.g. using
4828 @code{memmove} which handles (partially) overlapping memory.  If
4829 @var{may_require_tmp} is true, the library might additionally create a
4830 temporary variable, unless additional checks show that this is not required
4831 (e.g. because walking backward is possible or because both arrays are
4832 contiguous and @code{memmove} takes care of overlap issues).
4834 Note that the assignment of a scalar to an array is permitted.  In addition,
4835 the library has to handle numeric-type conversion and for strings, padding
4836 and different character kinds.
4838 Because of the more complicated references possible some operations may be
4839 unsupported by certain libraries.  The library is expected to issue a precise
4840 error message why the operation is not permitted.
4841 @end table
4844 @node _gfortran_caf_get_by_ref
4845 @subsection @code{_gfortran_caf_get_by_ref} --- Getting data from a remote image using enhanced references
4846 @cindex Coarray, _gfortran_caf_get_by_ref
4848 @table @asis
4849 @item @emph{Description}:
4850 Called to get a scalar, an array section or a whole array from a remote image
4851 identified by the @var{image_index}.
4853 @item @emph{Syntax}:
4854 @code{void _gfortran_caf_get_by_ref (caf_token_t token, int image_index,
4855 caf_reference_t *refs, gfc_descriptor_t *dst, int dst_kind, int src_kind,
4856 bool may_require_tmp, bool dst_reallocatable, int *stat, int src_type)}
4858 @item @emph{Arguments}:
4859 @multitable @columnfractions .15 .70
4860 @item @var{token} @tab intent(in)  An opaque pointer identifying the coarray.
4861 @item @var{image_index} @tab intent(in)  The ID of the remote image; must be a
4862 positive number.
4863 @item @var{refs} @tab intent(in) The references to apply to the remote structure
4864 to get the data.
4865 @item @var{dst} @tab intent(in) Array descriptor of the local array to store
4866 the data transferred from the remote image.  May be reallocated where needed
4867 and when @var{DST_REALLOCATABLE} allows it.
4868 @item @var{dst_kind} @tab intent(in)  Kind of the destination argument
4869 @item @var{src_kind} @tab intent(in)  Kind of the source argument
4870 @item @var{may_require_tmp} @tab intent(in)  The variable is @code{false} when
4871 it is known at compile time that the @var{dest} and @var{src} either cannot
4872 overlap or overlap (fully or partially) such that walking @var{src} and
4873 @var{dest} in element wise element order (honoring the stride value) will not
4874 lead to wrong results.  Otherwise, the value is @code{true}.
4875 @item @var{dst_reallocatable} @tab intent(in)  Set when @var{DST} is of
4876 allocatable or pointer type and its refs allow reallocation, i.e., the full
4877 array or a component is referenced.
4878 @item @var{stat} @tab intent(out) When non-@code{NULL} give the result of the
4879 operation, i.e., zero on success and non-zero on error.  When @code{NULL} and an
4880 error occurs, then an error message is printed and the program is terminated.
4881 @item @var{src_type} @tab intent(in)  Give the type of the source.  When the
4882 source is not an array, than the precise type, e.g. of a component in a
4883 derived type, is not known, but provided here.
4884 @end multitable
4886 @item @emph{NOTES}
4887 It is permitted to have @code{image_index} equal the current image; the memory
4888 of the send-to and the send-from might (partially) overlap in that case.  The
4889 implementation has to take care that it handles this case, e.g. using
4890 @code{memmove} which handles (partially) overlapping memory.  If
4891 @var{may_require_tmp} is true, the library might additionally create a
4892 temporary variable, unless additional checks show that this is not required
4893 (e.g. because walking backward is possible or because both arrays are
4894 contiguous and @code{memmove} takes care of overlap issues).
4896 Note that the library has to handle numeric-type conversion and for strings,
4897 padding and different character kinds.
4899 Because of the more complicated references possible some operations may be
4900 unsupported by certain libraries.  The library is expected to issue a precise
4901 error message why the operation is not permitted.
4902 @end table
4905 @node _gfortran_caf_sendget_by_ref
4906 @subsection @code{_gfortran_caf_sendget_by_ref} --- Sending data between remote images using enhanced references on both sides
4907 @cindex Coarray, _gfortran_caf_sendget_by_ref
4909 @table @asis
4910 @item @emph{Description}:
4911 Called to send a scalar, an array section or a whole array from a remote image
4912 identified by the @var{src_image_index} to a remote image identified by the
4913 @var{dst_image_index}.
4915 @item @emph{Syntax}:
4916 @code{void _gfortran_caf_sendget_by_ref (caf_token_t dst_token,
4917 int dst_image_index, caf_reference_t *dst_refs,
4918 caf_token_t src_token, int src_image_index, caf_reference_t *src_refs,
4919 int dst_kind, int src_kind, bool may_require_tmp, int *dst_stat,
4920 int *src_stat, int dst_type, int src_type)}
4922 @item @emph{Arguments}:
4923 @multitable @columnfractions .15 .70
4924 @item @var{dst_token} @tab intent(in)  An opaque pointer identifying the
4925 destination coarray.
4926 @item @var{dst_image_index} @tab intent(in)  The ID of the destination remote
4927 image; must be a positive number.
4928 @item @var{dst_refs} @tab intent(in) The references on the remote array to store
4929 the data given by the source.  Guaranteed to have at least one entry.
4930 @item @var{src_token} @tab intent(in)  An opaque pointer identifying the source
4931 coarray.
4932 @item @var{src_image_index} @tab intent(in)  The ID of the source remote image;
4933 must be a positive number.
4934 @item @var{src_refs} @tab intent(in) The references to apply to the remote
4935 structure to get the data.
4936 @item @var{dst_kind} @tab intent(in)  Kind of the destination argument
4937 @item @var{src_kind} @tab intent(in)  Kind of the source argument
4938 @item @var{may_require_tmp} @tab intent(in)  The variable is @code{false} when
4939 it is known at compile time that the @var{dest} and @var{src} either cannot
4940 overlap or overlap (fully or partially) such that walking @var{src} and
4941 @var{dest} in element wise element order (honoring the stride value) will not
4942 lead to wrong results.  Otherwise, the value is @code{true}.
4943 @item @var{dst_stat} @tab intent(out) when non-@code{NULL} give the result of
4944 the send-operation, i.e., zero on success and non-zero on error.  When
4945 @code{NULL} and an error occurs, then an error message is printed and the
4946 program is terminated.
4947 @item @var{src_stat} @tab intent(out) When non-@code{NULL} give the result of
4948 the get-operation, i.e., zero on success and non-zero on error.  When
4949 @code{NULL} and an error occurs, then an error message is printed and the
4950 program is terminated.
4951 @item @var{dst_type} @tab intent(in)  Give the type of the destination.  When
4952 the destination is not an array, than the precise type, e.g. of a component in
4953 a derived type, is not known, but provided here.
4954 @item @var{src_type} @tab intent(in)  Give the type of the source.  When the
4955 source is not an array, than the precise type, e.g. of a component in a
4956 derived type, is not known, but provided here.
4957 @end multitable
4959 @item @emph{NOTES}
4960 It is permitted to have the same image index for both @var{src_image_index} and
4961 @var{dst_image_index}; the memory of the send-to and the send-from might
4962 (partially) overlap in that case.  The implementation has to take care that it
4963 handles this case, e.g. using @code{memmove} which handles (partially)
4964 overlapping memory.  If @var{may_require_tmp} is true, the library
4965 might additionally create a temporary variable, unless additional checks show
4966 that this is not required (e.g. because walking backward is possible or because
4967 both arrays are contiguous and @code{memmove} takes care of overlap issues).
4969 Note that the assignment of a scalar to an array is permitted.  In addition,
4970 the library has to handle numeric-type conversion and for strings, padding and
4971 different character kinds.
4973 Because of the more complicated references possible some operations may be
4974 unsupported by certain libraries.  The library is expected to issue a precise
4975 error message why the operation is not permitted.
4976 @end table
4979 @node _gfortran_caf_lock
4980 @subsection @code{_gfortran_caf_lock} --- Locking a lock variable
4981 @cindex Coarray, _gfortran_caf_lock
4983 @table @asis
4984 @item @emph{Description}:
4985 Acquire a lock on the given image on a scalar locking variable or for the
4986 given array element for an array-valued variable.  If the @var{aquired_lock}
4987 is @code{NULL}, the function returns after having obtained the lock.  If it is
4988 non-@code{NULL}, then @var{acquired_lock} is assigned the value true (one) when
4989 the lock could be obtained and false (zero) otherwise.  Locking a lock variable
4990 which has already been locked by the same image is an error.
4992 @item @emph{Syntax}:
4993 @code{void _gfortran_caf_lock (caf_token_t token, size_t index, int image_index,
4994 int *aquired_lock, int *stat, char *errmsg, size_t errmsg_len)}
4996 @item @emph{Arguments}:
4997 @multitable @columnfractions .15 .70
4998 @item @var{token} @tab intent(in)  An opaque pointer identifying the coarray.
4999 @item @var{index} @tab intent(in)  Array index; first array index is 0.  For
5000 scalars, it is always 0.
5001 @item @var{image_index} @tab intent(in)  The ID of the remote image; must be a
5002 positive number.
5003 @item @var{aquired_lock} @tab intent(out) If not NULL, it returns whether lock
5004 could be obtained.
5005 @item @var{stat} @tab intent(out) Stores the STAT=; may be NULL.
5006 @item @var{errmsg} @tab intent(out) When an error occurs, this will be set to
5007 an error message; may be NULL.
5008 @item @var{errmsg_len} @tab intent(in)  the buffer size of errmsg
5009 @end multitable
5011 @item @emph{NOTES}
5012 This function is also called for critical blocks; for those, the array index
5013 is always zero and the image index is one.  Libraries are permitted to use other
5014 images for critical-block locking variables.
5015 @end table
5017 @node _gfortran_caf_unlock
5018 @subsection @code{_gfortran_caf_lock} --- Unlocking a lock variable
5019 @cindex Coarray, _gfortran_caf_unlock
5021 @table @asis
5022 @item @emph{Description}:
5023 Release a lock on the given image on a scalar locking variable or for the
5024 given array element for an array-valued variable. Unlocking a lock variable
5025 which is unlocked or has been locked by a different image is an error.
5027 @item @emph{Syntax}:
5028 @code{void _gfortran_caf_unlock (caf_token_t token, size_t index, int image_index,
5029 int *stat, char *errmsg, size_t errmsg_len)}
5031 @item @emph{Arguments}:
5032 @multitable @columnfractions .15 .70
5033 @item @var{token} @tab intent(in)  An opaque pointer identifying the coarray.
5034 @item @var{index} @tab intent(in)  Array index; first array index is 0.  For
5035 scalars, it is always 0.
5036 @item @var{image_index} @tab intent(in)  The ID of the remote image; must be a
5037 positive number.
5038 @item @var{stat} @tab intent(out) For allocatable coarrays, stores the STAT=;
5039 may be NULL.
5040 @item @var{errmsg} @tab intent(out) When an error occurs, this will be set to
5041 an error message; may be NULL.
5042 @item @var{errmsg_len} @tab intent(in)  the buffer size of errmsg
5043 @end multitable
5045 @item @emph{NOTES}
5046 This function is also called for critical block; for those, the array index
5047 is always zero and the image index is one.  Libraries are permitted to use other
5048 images for critical-block locking variables.
5049 @end table
5051 @node _gfortran_caf_event_post
5052 @subsection @code{_gfortran_caf_event_post} --- Post an event
5053 @cindex Coarray, _gfortran_caf_event_post
5055 @table @asis
5056 @item @emph{Description}:
5057 Increment the event count of the specified event variable.
5059 @item @emph{Syntax}:
5060 @code{void _gfortran_caf_event_post (caf_token_t token, size_t index,
5061 int image_index, int *stat, char *errmsg, size_t errmsg_len)}
5063 @item @emph{Arguments}:
5064 @multitable @columnfractions .15 .70
5065 @item @var{token} @tab intent(in)  An opaque pointer identifying the coarray.
5066 @item @var{index} @tab intent(in)  Array index; first array index is 0.  For
5067 scalars, it is always 0.
5068 @item @var{image_index} @tab intent(in)  The ID of the remote image; must be a
5069 positive number; zero indicates the current image, when accessed noncoindexed.
5070 @item @var{stat} @tab intent(out)  Stores the STAT=; may be NULL.
5071 @item @var{errmsg} @tab intent(out)  When an error occurs, this will be set to
5072 an error message; may be NULL.
5073 @item @var{errmsg_len} @tab intent(in)  the buffer size of errmsg
5074 @end multitable
5076 @item @emph{NOTES}
5077 This acts like an atomic add of one to the remote image's event variable.
5078 The statement is an image-control statement but does not imply sync memory.
5079 Still, all preceeding push communications of this image to the specified
5080 remote image have to be completed before @code{event_wait} on the remote
5081 image returns.
5082 @end table
5086 @node _gfortran_caf_event_wait
5087 @subsection @code{_gfortran_caf_event_wait} --- Wait that an event occurred
5088 @cindex Coarray, _gfortran_caf_event_wait
5090 @table @asis
5091 @item @emph{Description}:
5092 Wait until the event count has reached at least the specified
5093 @var{until_count}; if so, atomically decrement the event variable by this
5094 amount and return.
5096 @item @emph{Syntax}:
5097 @code{void _gfortran_caf_event_wait (caf_token_t token, size_t index,
5098 int until_count, int *stat, char *errmsg, size_t errmsg_len)}
5100 @item @emph{Arguments}:
5101 @multitable @columnfractions .15 .70
5102 @item @var{token} @tab intent(in)  An opaque pointer identifying the coarray.
5103 @item @var{index} @tab intent(in)  Array index; first array index is 0.  For
5104 scalars, it is always 0.
5105 @item @var{until_count} @tab intent(in)  The number of events which have to be
5106 available before the function returns.
5107 @item @var{stat} @tab intent(out)  Stores the STAT=; may be NULL.
5108 @item @var{errmsg} @tab intent(out)  When an error occurs, this will be set to
5109 an error message; may be NULL.
5110 @item @var{errmsg_len} @tab intent(in)  the buffer size of errmsg
5111 @end multitable
5113 @item @emph{NOTES}
5114 This function only operates on a local coarray. It acts like a loop checking
5115 atomically the value of the event variable, breaking if the value is greater
5116 or equal the requested number of counts. Before the function returns, the
5117 event variable has to be decremented by the requested @var{until_count} value.
5118 A possible implementation would be a busy loop for a certain number of spins
5119 (possibly depending on the number of threads relative to the number of available
5120 cores) followed by another waiting strategy such as a sleeping wait (possibly
5121 with an increasing number of sleep time) or, if possible, a futex wait.
5123 The statement is an image-control statement but does not imply sync memory.
5124 Still, all preceeding push communications of this image to the specified
5125 remote image have to be completed before @code{event_wait} on the remote
5126 image returns.
5127 @end table
5131 @node _gfortran_caf_event_query
5132 @subsection @code{_gfortran_caf_event_query} --- Query event count
5133 @cindex Coarray, _gfortran_caf_event_query
5135 @table @asis
5136 @item @emph{Description}:
5137 Return the event count of the specified event variable.
5139 @item @emph{Syntax}:
5140 @code{void _gfortran_caf_event_query (caf_token_t token, size_t index,
5141 int image_index, int *count, int *stat)}
5143 @item @emph{Arguments}:
5144 @multitable @columnfractions .15 .70
5145 @item @var{token} @tab intent(in)  An opaque pointer identifying the coarray.
5146 @item @var{index} @tab intent(in)  Array index; first array index is 0.  For
5147 scalars, it is always 0.
5148 @item @var{image_index} @tab intent(in)  The ID of the remote image; must be a
5149 positive number; zero indicates the current image when accessed noncoindexed.
5150 @item @var{count} @tab intent(out)  The number of events currently posted to
5151 the event variable.
5152 @item @var{stat} @tab intent(out)  Stores the STAT=; may be NULL.
5153 @end multitable
5155 @item @emph{NOTES}
5156 The typical use is to check the local event variable to only call
5157 @code{event_wait} when the data is available. However, a coindexed variable
5158 is permitted; there is no ordering or synchronization implied.  It acts like
5159 an atomic fetch of the value of the event variable.
5160 @end table
5164 @node _gfortran_caf_sync_all
5165 @subsection @code{_gfortran_caf_sync_all} --- All-image barrier
5166 @cindex Coarray, _gfortran_caf_sync_all
5168 @table @asis
5169 @item @emph{Description}:
5170 Synchronization of all images in the current team; the program only continues
5171 on a given image after this function has been called on all images of the
5172 current team.  Additionally, it ensures that all pending data transfers of
5173 previous segment have completed.
5175 @item @emph{Syntax}:
5176 @code{void _gfortran_caf_sync_all (int *stat, char *errmsg, size_t errmsg_len)}
5178 @item @emph{Arguments}:
5179 @multitable @columnfractions .15 .70
5180 @item @var{stat} @tab intent(out)  Stores the status STAT= and may be NULL.
5181 @item @var{errmsg} @tab intent(out)  When an error occurs, this will be set to
5182 an error message; may be NULL.
5183 @item @var{errmsg_len} @tab intent(in)  the buffer size of errmsg
5184 @end multitable
5185 @end table
5189 @node _gfortran_caf_sync_images
5190 @subsection @code{_gfortran_caf_sync_images} --- Barrier for selected images
5191 @cindex Coarray, _gfortran_caf_sync_images
5193 @table @asis
5194 @item @emph{Description}:
5195 Synchronization between the specified images; the program only continues on a
5196 given image after this function has been called on all images specified for
5197 that image. Note that one image can wait for all other images in the current
5198 team (e.g. via @code{sync images(*)}) while those only wait for that specific
5199 image.  Additionally, @code{sync images} ensures that all pending data
5200 transfers of previous segments have completed.
5202 @item @emph{Syntax}:
5203 @code{void _gfortran_caf_sync_images (int count, int images[], int *stat,
5204 char *errmsg, size_t errmsg_len)}
5206 @item @emph{Arguments}:
5207 @multitable @columnfractions .15 .70
5208 @item @var{count} @tab intent(in)  The number of images which are provided in
5209 the next argument.  For a zero-sized array, the value is zero.  For
5210 @code{sync images (*)}, the value is @math{-1}.
5211 @item @var{images} @tab intent(in)  An array with the images provided by the
5212 user.  If @var{count} is zero, a NULL pointer is passed.
5213 @item @var{stat} @tab intent(out)  Stores the status STAT= and may be NULL.
5214 @item @var{errmsg} @tab intent(out)  When an error occurs, this will be set to
5215 an error message; may be NULL.
5216 @item @var{errmsg_len} @tab intent(in)  the buffer size of errmsg
5217 @end multitable
5218 @end table
5222 @node _gfortran_caf_sync_memory
5223 @subsection @code{_gfortran_caf_sync_memory} --- Wait for completion of segment-memory operations
5224 @cindex Coarray, _gfortran_caf_sync_memory
5226 @table @asis
5227 @item @emph{Description}:
5228 Acts as optimization barrier between different segments. It also ensures that
5229 all pending memory operations of this image have been completed.
5231 @item @emph{Syntax}:
5232 @code{void _gfortran_caf_sync_memory (int *stat, char *errmsg, size_t errmsg_len)}
5234 @item @emph{Arguments}:
5235 @multitable @columnfractions .15 .70
5236 @item @var{stat} @tab intent(out)  Stores the status STAT= and may be NULL.
5237 @item @var{errmsg} @tab intent(out)  When an error occurs, this will be set to
5238 an error message; may be NULL.
5239 @item @var{errmsg_len} @tab intent(in)  the buffer size of errmsg
5240 @end multitable
5242 @item @emph{NOTE} A simple implementation could be
5243 @code{__asm__ __volatile__ ("":::"memory")} to prevent code movements.
5244 @end table
5248 @node _gfortran_caf_error_stop
5249 @subsection @code{_gfortran_caf_error_stop} --- Error termination with exit code
5250 @cindex Coarray, _gfortran_caf_error_stop
5252 @table @asis
5253 @item @emph{Description}:
5254 Invoked for an @code{ERROR STOP} statement which has an integer argument.  The
5255 function should terminate the program with the specified exit code.
5258 @item @emph{Syntax}:
5259 @code{void _gfortran_caf_error_stop (int error)}
5261 @item @emph{Arguments}:
5262 @multitable @columnfractions .15 .70
5263 @item @var{error} @tab intent(in)  The exit status to be used.
5264 @end multitable
5265 @end table
5269 @node _gfortran_caf_error_stop_str
5270 @subsection @code{_gfortran_caf_error_stop_str} --- Error termination with string
5271 @cindex Coarray, _gfortran_caf_error_stop_str
5273 @table @asis
5274 @item @emph{Description}:
5275 Invoked for an @code{ERROR STOP} statement which has a string as argument.  The
5276 function should terminate the program with a nonzero-exit code.
5278 @item @emph{Syntax}:
5279 @code{void _gfortran_caf_error_stop (const char *string, size_t len)}
5281 @item @emph{Arguments}:
5282 @multitable @columnfractions .15 .70
5283 @item @var{string} @tab intent(in)  the error message (not zero terminated)
5284 @item @var{len} @tab intent(in)  the length of the string
5285 @end multitable
5286 @end table
5290 @node _gfortran_caf_fail_image
5291 @subsection @code{_gfortran_caf_fail_image} --- Mark the image failed and end its execution
5292 @cindex Coarray, _gfortran_caf_fail_image
5294 @table @asis
5295 @item @emph{Description}:
5296 Invoked for an @code{FAIL IMAGE} statement.  The function should terminate the
5297 current image.
5299 @item @emph{Syntax}:
5300 @code{void _gfortran_caf_fail_image ()}
5302 @item @emph{NOTES}
5303 This function follows TS18508.
5304 @end table
5308 @node _gfortran_caf_atomic_define
5309 @subsection @code{_gfortran_caf_atomic_define} --- Atomic variable assignment
5310 @cindex Coarray, _gfortran_caf_atomic_define
5312 @table @asis
5313 @item @emph{Description}:
5314 Assign atomically a value to an integer or logical variable.
5316 @item @emph{Syntax}:
5317 @code{void _gfortran_caf_atomic_define (caf_token_t token, size_t offset,
5318 int image_index, void *value, int *stat, int type, int kind)}
5320 @item @emph{Arguments}:
5321 @multitable @columnfractions .15 .70
5322 @item @var{token} @tab intent(in)  An opaque pointer identifying the coarray.
5323 @item @var{offset} @tab intent(in)  By which amount of bytes the actual data is
5324 shifted compared to the base address of the coarray.
5325 @item @var{image_index} @tab intent(in)  The ID of the remote image; must be a
5326 positive number; zero indicates the current image when used noncoindexed.
5327 @item @var{value} @tab intent(in)  the value to be assigned, passed by reference
5328 @item @var{stat} @tab intent(out)  Stores the status STAT= and may be NULL.
5329 @item @var{type} @tab intent(in)  The data type, i.e. @code{BT_INTEGER} (1) or
5330 @code{BT_LOGICAL} (2).
5331 @item @var{kind} @tab intent(in)  The kind value (only 4; always @code{int})
5332 @end multitable
5333 @end table
5337 @node _gfortran_caf_atomic_ref
5338 @subsection @code{_gfortran_caf_atomic_ref} --- Atomic variable reference
5339 @cindex Coarray, _gfortran_caf_atomic_ref
5341 @table @asis
5342 @item @emph{Description}:
5343 Reference atomically a value of a kind-4 integer or logical variable.
5345 @item @emph{Syntax}:
5346 @code{void _gfortran_caf_atomic_ref (caf_token_t token, size_t offset,
5347 int image_index, void *value, int *stat, int type, int kind)}
5349 @item @emph{Arguments}:
5350 @multitable @columnfractions .15 .70
5351 @item @var{token} @tab intent(in)  An opaque pointer identifying the coarray.
5352 @item @var{offset} @tab intent(in)  By which amount of bytes the actual data is
5353 shifted compared to the base address of the coarray.
5354 @item @var{image_index} @tab intent(in)  The ID of the remote image; must be a
5355 positive number; zero indicates the current image when used noncoindexed.
5356 @item @var{value} @tab intent(out)  The variable assigned the atomically
5357 referenced variable.
5358 @item @var{stat} @tab intent(out) Stores the status STAT= and may be NULL.
5359 @item @var{type} @tab the data type, i.e. @code{BT_INTEGER} (1) or
5360 @code{BT_LOGICAL} (2).
5361 @item @var{kind} @tab The kind value (only 4; always @code{int})
5362 @end multitable
5363 @end table
5367 @node _gfortran_caf_atomic_cas
5368 @subsection @code{_gfortran_caf_atomic_cas} --- Atomic compare and swap
5369 @cindex Coarray, _gfortran_caf_atomic_cas
5371 @table @asis
5372 @item @emph{Description}:
5373 Atomic compare and swap of a kind-4 integer or logical variable. Assigns
5374 atomically the specified value to the atomic variable, if the latter has
5375 the value specified by the passed condition value.
5377 @item @emph{Syntax}:
5378 @code{void _gfortran_caf_atomic_cas (caf_token_t token, size_t offset,
5379 int image_index, void *old, void *compare, void *new_val, int *stat,
5380 int type, int kind)}
5382 @item @emph{Arguments}:
5383 @multitable @columnfractions .15 .70
5384 @item @var{token} @tab intent(in)  An opaque pointer identifying the coarray.
5385 @item @var{offset} @tab intent(in)  By which amount of bytes the actual data is
5386 shifted compared to the base address of the coarray.
5387 @item @var{image_index} @tab intent(in)  The ID of the remote image; must be a
5388 positive number; zero indicates the current image when used noncoindexed.
5389 @item @var{old} @tab intent(out)  The value which the atomic variable had
5390 just before the cas operation.
5391 @item @var{compare} @tab intent(in)  The value used for comparision.
5392 @item @var{new_val} @tab intent(in)  The new value for the atomic variable,
5393 assigned to the atomic variable, if @code{compare} equals the value of the
5394 atomic variable.
5395 @item @var{stat} @tab intent(out)  Stores the status STAT= and may be NULL.
5396 @item @var{type} @tab intent(in)  the data type, i.e. @code{BT_INTEGER} (1) or
5397 @code{BT_LOGICAL} (2).
5398 @item @var{kind} @tab intent(in)  The kind value (only 4; always @code{int})
5399 @end multitable
5400 @end table
5404 @node _gfortran_caf_atomic_op
5405 @subsection @code{_gfortran_caf_atomic_op} --- Atomic operation
5406 @cindex Coarray, _gfortran_caf_atomic_op
5408 @table @asis
5409 @item @emph{Description}:
5410 Apply an operation atomically to an atomic integer or logical variable.
5411 After the operation, @var{old} contains the value just before the operation,
5412 which, respectively, adds (GFC_CAF_ATOMIC_ADD) atomically the @code{value} to
5413 the atomic integer variable or does a bitwise AND, OR or exclusive OR
5414 between the atomic variable and @var{value}; the result is then stored in the
5415 atomic variable.
5417 @item @emph{Syntax}:
5418 @code{void _gfortran_caf_atomic_op (int op, caf_token_t token, size_t offset,
5419 int image_index, void *value, void *old, int *stat, int type, int kind)}
5421 @item @emph{Arguments}:
5422 @multitable @columnfractions .15 .70
5423 @item @var{op} @tab intent(in)  the operation to be performed; possible values
5424 @code{GFC_CAF_ATOMIC_ADD} (1), @code{GFC_CAF_ATOMIC_AND} (2),
5425 @code{GFC_CAF_ATOMIC_OR} (3), @code{GFC_CAF_ATOMIC_XOR} (4).
5426 @item @var{token} @tab intent(in)  An opaque pointer identifying the coarray.
5427 @item @var{offset} @tab intent(in)  By which amount of bytes the actual data is
5428 shifted compared to the base address of the coarray.
5429 @item @var{image_index} @tab intent(in)  The ID of the remote image; must be a
5430 positive number; zero indicates the current image when used noncoindexed.
5431 @item @var{old} @tab intent(out)  The value which the atomic variable had
5432 just before the atomic operation.
5433 @item @var{val} @tab intent(in)  The new value for the atomic variable,
5434 assigned to the atomic variable, if @code{compare} equals the value of the
5435 atomic variable.
5436 @item @var{stat} @tab intent(out)  Stores the status STAT= and may be NULL.
5437 @item @var{type} @tab intent(in)  the data type, i.e. @code{BT_INTEGER} (1) or
5438 @code{BT_LOGICAL} (2)
5439 @item @var{kind} @tab intent(in)  the kind value (only 4; always @code{int})
5440 @end multitable
5441 @end table
5446 @node _gfortran_caf_co_broadcast
5447 @subsection @code{_gfortran_caf_co_broadcast} --- Sending data to all images
5448 @cindex Coarray, _gfortran_caf_co_broadcast
5450 @table @asis
5451 @item @emph{Description}:
5452 Distribute a value from a given image to all other images in the team. Has to
5453 be called collectively.
5455 @item @emph{Syntax}:
5456 @code{void _gfortran_caf_co_broadcast (gfc_descriptor_t *a,
5457 int source_image, int *stat, char *errmsg, size_t errmsg_len)}
5459 @item @emph{Arguments}:
5460 @multitable @columnfractions .15 .70
5461 @item @var{a} @tab intent(inout)  An array descriptor with the data to be
5462 broadcasted (on @var{source_image}) or to be received (other images).
5463 @item @var{source_image} @tab intent(in)  The ID of the image from which the
5464 data should be broadcasted.
5465 @item @var{stat} @tab intent(out)  Stores the status STAT= and may be NULL.
5466 @item @var{errmsg} @tab intent(out)  When an error occurs, this will be set to
5467 an error message; may be NULL.
5468 @item @var{errmsg_len} @tab intent(in)  the buffer size of errmsg.
5469 @end multitable
5470 @end table
5474 @node _gfortran_caf_co_max
5475 @subsection @code{_gfortran_caf_co_max} --- Collective maximum reduction
5476 @cindex Coarray, _gfortran_caf_co_max
5478 @table @asis
5479 @item @emph{Description}:
5480 Calculates for each array element of the variable @var{a} the maximum
5481 value for that element in the current team; if @var{result_image} has the
5482 value 0, the result shall be stored on all images, otherwise, only on the
5483 specified image. This function operates on numeric values and character
5484 strings.
5486 @item @emph{Syntax}:
5487 @code{void _gfortran_caf_co_max (gfc_descriptor_t *a, int result_image,
5488 int *stat, char *errmsg, int a_len, size_t errmsg_len)}
5490 @item @emph{Arguments}:
5491 @multitable @columnfractions .15 .70
5492 @item @var{a} @tab intent(inout)  An array descriptor for the data to be
5493 processed.  On the destination image(s) the result overwrites the old content.
5494 @item @var{result_image} @tab intent(in)  The ID of the image to which the
5495 reduced value should be copied to; if zero, it has to be copied to all images.
5496 @item @var{stat} @tab intent(out)  Stores the status STAT= and may be NULL.
5497 @item @var{errmsg} @tab intent(out)  When an error occurs, this will be set to
5498 an error message; may be NULL.
5499 @item @var{a_len} @tab intent(in)  the string length of argument @var{a}
5500 @item @var{errmsg_len} @tab intent(in)  the buffer size of errmsg
5501 @end multitable
5503 @item @emph{NOTES}
5504 If @var{result_image} is nonzero, the data in the array descriptor @var{a} on
5505 all images except of the specified one become undefined; hence, the library may
5506 make use of this.
5507 @end table
5511 @node _gfortran_caf_co_min
5512 @subsection @code{_gfortran_caf_co_min} --- Collective minimum reduction
5513 @cindex Coarray, _gfortran_caf_co_min
5515 @table @asis
5516 @item @emph{Description}:
5517 Calculates for each array element of the variable @var{a} the minimum
5518 value for that element in the current team; if @var{result_image} has the
5519 value 0, the result shall be stored on all images, otherwise, only on the
5520 specified image. This function operates on numeric values and character
5521 strings.
5523 @item @emph{Syntax}:
5524 @code{void _gfortran_caf_co_min (gfc_descriptor_t *a, int result_image,
5525 int *stat, char *errmsg, int a_len, size_t errmsg_len)}
5527 @item @emph{Arguments}:
5528 @multitable @columnfractions .15 .70
5529 @item @var{a} @tab intent(inout)  An array descriptor for the data to be
5530 processed.  On the destination image(s) the result overwrites the old content.
5531 @item @var{result_image} @tab intent(in)  The ID of the image to which the
5532 reduced value should be copied to; if zero, it has to be copied to all images.
5533 @item @var{stat} @tab intent(out)  Stores the status STAT= and may be NULL.
5534 @item @var{errmsg} @tab intent(out)  When an error occurs, this will be set to
5535 an error message; may be NULL.
5536 @item @var{a_len} @tab intent(in)  the string length of argument @var{a}
5537 @item @var{errmsg_len} @tab intent(in)  the buffer size of errmsg
5538 @end multitable
5540 @item @emph{NOTES}
5541 If @var{result_image} is nonzero, the data in the array descriptor @var{a} on
5542 all images except of the specified one become undefined; hence, the library may
5543 make use of this.
5544 @end table
5548 @node _gfortran_caf_co_sum
5549 @subsection @code{_gfortran_caf_co_sum} --- Collective summing reduction
5550 @cindex Coarray, _gfortran_caf_co_sum
5552 @table @asis
5553 @item @emph{Description}:
5554 Calculates for each array element of the variable @var{a} the sum of all
5555 values for that element in the current team; if @var{result_image} has the
5556 value 0, the result shall be stored on all images, otherwise, only on the
5557 specified image.  This function operates on numeric values only.
5559 @item @emph{Syntax}:
5560 @code{void _gfortran_caf_co_sum (gfc_descriptor_t *a, int result_image,
5561 int *stat, char *errmsg, size_t errmsg_len)}
5563 @item @emph{Arguments}:
5564 @multitable @columnfractions .15 .70
5565 @item @var{a} @tab intent(inout)  An array descriptor with the data to be
5566 processed.  On the destination image(s) the result overwrites the old content.
5567 @item @var{result_image} @tab intent(in)  The ID of the image to which the
5568 reduced value should be copied to; if zero, it has to be copied to all images.
5569 @item @var{stat} @tab intent(out)  Stores the status STAT= and may be NULL.
5570 @item @var{errmsg} @tab intent(out)  When an error occurs, this will be set to
5571 an error message; may be NULL.
5572 @item @var{errmsg_len} @tab intent(in)  the buffer size of errmsg
5573 @end multitable
5575 @item @emph{NOTES}
5576 If @var{result_image} is nonzero, the data in the array descriptor @var{a} on
5577 all images except of the specified one become undefined; hence, the library may
5578 make use of this.
5579 @end table
5583 @node _gfortran_caf_co_reduce
5584 @subsection @code{_gfortran_caf_co_reduce} --- Generic collective reduction
5585 @cindex Coarray, _gfortran_caf_co_reduce
5587 @table @asis
5588 @item @emph{Description}:
5589 Calculates for each array element of the variable @var{a} the reduction
5590 value for that element in the current team; if @var{result_image} has the
5591 value 0, the result shall be stored on all images, otherwise, only on the
5592 specified image.  The @var{opr} is a pure function doing a mathematically
5593 commutative and associative operation.
5595 The @var{opr_flags} denote the following; the values are bitwise ored.
5596 @code{GFC_CAF_BYREF} (1) if the result should be returned
5597 by reference; @code{GFC_CAF_HIDDENLEN} (2) whether the result and argument
5598 string lengths shall be specified as hidden arguments;
5599 @code{GFC_CAF_ARG_VALUE} (4) whether the arguments shall be passed by value,
5600 @code{GFC_CAF_ARG_DESC} (8) whether the arguments shall be passed by descriptor.
5603 @item @emph{Syntax}:
5604 @code{void _gfortran_caf_co_reduce (gfc_descriptor_t *a,
5605 void * (*opr) (void *, void *), int opr_flags, int result_image,
5606 int *stat, char *errmsg, int a_len, size_t errmsg_len)}
5608 @item @emph{Arguments}:
5609 @multitable @columnfractions .15 .70
5610 @item @var{a} @tab intent(inout)  An array descriptor with the data to be
5611 processed.  On the destination image(s) the result overwrites the old content.
5612 @item @var{opr} @tab intent(in)  Function pointer to the reduction function
5613 @item @var{opr_flags} @tab intent(in)  Flags regarding the reduction function
5614 @item @var{result_image} @tab intent(in)  The ID of the image to which the
5615 reduced value should be copied to; if zero, it has to be copied to all images.
5616 @item @var{stat} @tab intent(out)  Stores the status STAT= and may be NULL.
5617 @item @var{errmsg} @tab intent(out)  When an error occurs, this will be set to
5618 an error message; may be NULL.
5619 @item @var{a_len} @tab intent(in)  the string length of argument @var{a}
5620 @item @var{errmsg_len} @tab intent(in)  the buffer size of errmsg
5621 @end multitable
5623 @item @emph{NOTES}
5624 If @var{result_image} is nonzero, the data in the array descriptor @var{a} on
5625 all images except of the specified one become undefined; hence, the library may
5626 make use of this.
5628 For character arguments, the result is passed as first argument, followed
5629 by the result string length, next come the two string arguments, followed
5630 by the two hidden string length arguments.  With C binding, there are no hidden
5631 arguments and by-reference passing and either only a single character is passed
5632 or an array descriptor.
5633 @end table
5636 @c Intrinsic Procedures
5637 @c ---------------------------------------------------------------------
5639 @include intrinsic.texi
5642 @tex
5643 \blankpart
5644 @end tex
5646 @c ---------------------------------------------------------------------
5647 @c Contributing
5648 @c ---------------------------------------------------------------------
5650 @node Contributing
5651 @unnumbered Contributing
5652 @cindex Contributing
5654 Free software is only possible if people contribute to efforts
5655 to create it.
5656 We're always in need of more people helping out with ideas
5657 and comments, writing documentation and contributing code.
5659 If you want to contribute to GNU Fortran,
5660 have a look at the long lists of projects you can take on.
5661 Some of these projects are small,
5662 some of them are large;
5663 some are completely orthogonal to the rest of what is
5664 happening on GNU Fortran,
5665 but others are ``mainstream'' projects in need of enthusiastic hackers.
5666 All of these projects are important!
5667 We will eventually get around to the things here,
5668 but they are also things doable by someone who is willing and able.
5670 @menu
5671 * Contributors::
5672 * Projects::
5673 * Proposed Extensions::
5674 @end menu
5677 @node Contributors
5678 @section Contributors to GNU Fortran
5679 @cindex Contributors
5680 @cindex Credits
5681 @cindex Authors
5683 Most of the parser was hand-crafted by @emph{Andy Vaught}, who is
5684 also the initiator of the whole project.  Thanks Andy!
5685 Most of the interface with GCC was written by @emph{Paul Brook}.
5687 The following individuals have contributed code and/or
5688 ideas and significant help to the GNU Fortran project
5689 (in alphabetical order):
5691 @itemize @minus
5692 @item Janne Blomqvist
5693 @item Steven Bosscher
5694 @item Paul Brook
5695 @item Tobias Burnus
5696 @item Fran@,{c}ois-Xavier Coudert
5697 @item Bud Davis
5698 @item Jerry DeLisle
5699 @item Erik Edelmann
5700 @item Bernhard Fischer
5701 @item Daniel Franke
5702 @item Richard Guenther
5703 @item Richard Henderson
5704 @item Katherine Holcomb
5705 @item Jakub Jelinek
5706 @item Niels Kristian Bech Jensen
5707 @item Steven Johnson
5708 @item Steven G. Kargl
5709 @item Thomas Koenig
5710 @item Asher Langton
5711 @item H. J. Lu
5712 @item Toon Moene
5713 @item Brooks Moses
5714 @item Andrew Pinski
5715 @item Tim Prince
5716 @item Christopher D. Rickett
5717 @item Richard Sandiford
5718 @item Tobias Schl@"uter
5719 @item Roger Sayle
5720 @item Paul Thomas
5721 @item Andy Vaught
5722 @item Feng Wang
5723 @item Janus Weil
5724 @item Daniel Kraft
5725 @end itemize
5727 The following people have contributed bug reports,
5728 smaller or larger patches,
5729 and much needed feedback and encouragement for the
5730 GNU Fortran project: 
5732 @itemize @minus
5733 @item Bill Clodius
5734 @item Dominique d'Humi@`eres
5735 @item Kate Hedstrom
5736 @item Erik Schnetter
5737 @item Joost VandeVondele
5738 @end itemize
5740 Many other individuals have helped debug,
5741 test and improve the GNU Fortran compiler over the past few years,
5742 and we welcome you to do the same!
5743 If you already have done so,
5744 and you would like to see your name listed in the
5745 list above, please contact us.
5748 @node Projects
5749 @section Projects
5751 @table @emph
5753 @item Help build the test suite
5754 Solicit more code for donation to the test suite: the more extensive the
5755 testsuite, the smaller the risk of breaking things in the future! We can
5756 keep code private on request.
5758 @item Bug hunting/squishing
5759 Find bugs and write more test cases! Test cases are especially very
5760 welcome, because it allows us to concentrate on fixing bugs instead of
5761 isolating them.  Going through the bugzilla database at
5762 @url{https://gcc.gnu.org/@/bugzilla/} to reduce testcases posted there and
5763 add more information (for example, for which version does the testcase
5764 work, for which versions does it fail?) is also very helpful.
5766 @end table
5769 @node Proposed Extensions
5770 @section Proposed Extensions
5772 Here's a list of proposed extensions for the GNU Fortran compiler, in no particular
5773 order.  Most of these are necessary to be fully compatible with
5774 existing Fortran compilers, but they are not part of the official
5775 J3 Fortran 95 standard.
5777 @subsection Compiler extensions:
5778 @itemize @bullet
5779 @item
5780 User-specified alignment rules for structures.
5782 @item
5783 Automatically extend single precision constants to double.
5785 @item
5786 Compile code that conserves memory by dynamically allocating common and
5787 module storage either on stack or heap.
5789 @item
5790 Compile flag to generate code for array conformance checking (suggest -CC).
5792 @item
5793 User control of symbol names (underscores, etc).
5795 @item
5796 Compile setting for maximum size of stack frame size before spilling
5797 parts to static or heap.
5799 @item
5800 Flag to force local variables into static space.
5802 @item
5803 Flag to force local variables onto stack.
5804 @end itemize
5807 @subsection Environment Options
5808 @itemize @bullet
5809 @item
5810 Pluggable library modules for random numbers, linear algebra.
5811 LA should use BLAS calling conventions.
5813 @item
5814 Environment variables controlling actions on arithmetic exceptions like
5815 overflow, underflow, precision loss---Generate NaN, abort, default.
5816 action.
5818 @item
5819 Set precision for fp units that support it (i387).
5821 @item
5822 Variable for setting fp rounding mode.
5824 @item
5825 Variable to fill uninitialized variables with a user-defined bit
5826 pattern.
5828 @item
5829 Environment variable controlling filename that is opened for that unit
5830 number.
5832 @item
5833 Environment variable to clear/trash memory being freed.
5835 @item
5836 Environment variable to control tracing of allocations and frees.
5838 @item
5839 Environment variable to display allocated memory at normal program end.
5841 @item
5842 Environment variable for filename for * IO-unit.
5844 @item
5845 Environment variable for temporary file directory.
5847 @item
5848 Environment variable forcing standard output to be line buffered (Unix).
5850 @end itemize
5853 @c ---------------------------------------------------------------------
5854 @c GNU General Public License
5855 @c ---------------------------------------------------------------------
5857 @include gpl_v3.texi
5861 @c ---------------------------------------------------------------------
5862 @c GNU Free Documentation License
5863 @c ---------------------------------------------------------------------
5865 @include fdl.texi
5869 @c ---------------------------------------------------------------------
5870 @c Funding Free Software
5871 @c ---------------------------------------------------------------------
5873 @include funding.texi
5875 @c ---------------------------------------------------------------------
5876 @c Indices
5877 @c ---------------------------------------------------------------------
5879 @node Option Index
5880 @unnumbered Option Index
5881 @command{gfortran}'s command line options are indexed here without any
5882 initial @samp{-} or @samp{--}.  Where an option has both positive and
5883 negative forms (such as -foption and -fno-option), relevant entries in
5884 the manual are indexed under the most appropriate form; it may sometimes
5885 be useful to look up both forms.
5886 @printindex op
5888 @node Keyword Index
5889 @unnumbered Keyword Index
5890 @printindex cp
5892 @bye