Fortran

科学计算那套写法在这里也能用。

在手机上怎么跑

vml run examples/fortran/test/sysinfo.f90

编译要等一会儿（C 那种要一两分钟，脚本类语言几秒）。程序跑起来后屏幕底部就是手柄，方向键 + 四个动作键都在；点右上角返回可以回到命令行。

写法要点

• 入口 program p ... end program p
• 用 call 调无返回值的过程

示例

同目录还有：demo/demo_std.f90、math/main.f90、test/libs.f90、tty/demo_tty.f90、ui/demo_ui.f90

实测踩过的坑

• if 条件里解析不了「紧跟括号的除法」—— 先算进变量再判。

下面的内容是从 VML 源码里直接带的（third_party/vml/VMLPrepares/FortranCompiler/）： README 讲这个前端支持什么、怎么编；语言规范 讲语法本身。上游一改，这里重新生成就是最新的。

语言规范

Fortran 语言编译器规范说明

版本：v1.0 | 日期：2026-07-06 | 修订者：深圳市探索智能科技有限公司

元数据

概述

Fortran（FORmula TRANslation）是世界上第一个高级编程语言，专为科学计算和数值分析设计。本编译器实现 Fortran 90/95 的子集，支持自由列格式（free-form source form）。

核心特性：

• 大小写不敏感 —— 所有标识符、关键字均以小写内部存储
• 自由列格式 —— 无固定列限制，语句可跨行书写
• 列格式注释 —— * 或 C/c 在第 1 列视为注释行（兼容固定格式）
• MCU 安全子集 —— 默认跳过异步、线程、GC 等不支持的特性

支持的特性

1. 数据类型

注意: double 关键字被识别但映射为 real（单精度）。doubleprecision（无空格）同样映射为 real。完整的双精度浮点支持需要启用 VML_FLOAT64_SOFT 宏以链接软浮点库。

2. 程序结构

program program_name
    ! 声明部分
    integer :: x, y
    real :: pi = 3.14159

    ! 执行部分
    x = 10
    call mysub(x)

contains

    subroutine mysub(n)
        integer :: n
        print *, 'n = ', n
    end subroutine mysub

    function add(a, b) result(sum)
        integer :: a, b
        integer :: sum
        sum = a + b
    end function add

end program program_name

支持的顶层结构：

• program name / end program [name] —— 主程序（program 头部可选，缺省名为 main）
• subroutine name(params) / end subroutine [name] —— 子例程（无返回值）
• function name(params) result(resultVar) / end function [name] —— 函数（有返回值）
• contains —— 分隔主程序体与内部过程定义

语法要点：

• end 后的关键字（program/subroutine/function）和名称均为可选
• result 子句：function square(x) result(y) 将 y 作为结果变量名，影响函数内部赋值后的返回值
• 函数默认返回类型为 integer；可在 function 行前加类型关键字声明：real function foo(x)

3. 变量声明

! 基本声明（:: 分隔符可选）
integer :: i, j, k
real :: temperature
logical :: flag

! 带 dimension 的声明（语法解析通过，但数组操作尚未实现）
integer :: a(10), b(20)

! parameter 关键字（词法/语法识别，未生成代码）
parameter :: pi = 3.14159

实现细节：

• :: 分隔符在声明中是可选的——integer x 和 integer :: x 均可接受
• 变量在栈帧（R12 基址）上分配，每个变量占 4 字节
• 函数内结果变量（result 指定的名称）自动在栈帧上分配空间

4. 隐式与显式类型

编译器识别 implicit none 语句并跳过。默认情况下，建议在程序开头声明 implicit none 以禁用 Fortran 的隐式类型规则（以首字母 I-N 判断 integer，其余为 real）。

注意：当前编译器不强制显式声明——未声明的变量在使用时自动分配全局数据段变量。这与标准 Fortran 行为不同。

5. 运算符

逻辑运算符（仅支持 .dot. 格式）：

• .not. —— 逻辑非（一元前置）
• .and. —— 逻辑与
• .or. —— 逻辑或
• .eqv. —— 逻辑等价（词法关键字已注册）
• .neqv. —— 逻辑不等价（词法关键字已注册）

注意: .eqv. 和 .neqv. 被 Lexer 识别为关键字，但在目前的 CodeGenerator 中尚未实现专门的代码生成。同样，比较运算符同时支持 Fortran 风格（.eq., .ne., .lt., .gt., .le., .ge.）和 C 风格（==, /=, <, >, <=, >=）。

6. 赋值

x = 42           ! 正确：Fortran 用 = 而非 ==
flag = .true.    ! 逻辑赋值
y = x ** 2 + 1   ! 表达式赋值

赋值使用 = 运算符（不是 ==）。== 是相等比较运算符。

7. 控制流

IF 语句

if (x > 0) then
    print *, 'positive'
else if (x < 0) then
    print *, 'negative'
else
    print *, 'zero'
end if

• if (cond) then / else if (cond) then / else / end if
• 条件用括号 () 包裹
• then 关键字必须出现在条件之后
• else if 通过将后续的 IF 节点嵌套在 elseBody 中实现链式结构

DO WHILE 循环

i = 1
do while (i <= 10)
    print *, i
    i = i + 1
end do

• 循环体在 do while (cond) 和 end do 之间
• 条件在每次迭代前求值（入口条件循环）
• 循环计数器不会自动递增——必须手动更新

计数 DO 循环

do i = 1, 10
    print *, i
end do

do j = 10, 1, -1     ! step = -1
    print *, j
end do

• 语法：do var = start, end [, step]
• 循环体在 do 和 end do 之间
• 循环变量在栈帧上分配，循环结束后保留最终值
• 限制：step 仅支持整数字面量（如 1, -1），不支持表达式
• 循环条件为 var <= end（适用于正向步长；负向步长行为可能不符合标准 Fortran）

8. 子程序与函数调用

CALL 语句（调用子例程）

call mysub(arg1, arg2)
call print_values(x, y, z)

• 参数入栈顺序：从右到左（__cdecl 风格）
• 调用后弹出参数

函数调用（表达式内）

result = add(a, b)            ! 函数调用作为表达式
x = square(y) + offset        ! 嵌套在表达式中

• 函数名后跟 (args) 触发函数调用
• 返回值通过 R0 寄存器传递

9. 内置函数（SYSCALL）

Fortran 编译器通过 VML 系统调用提供基本 I/O：

共享的内置运行时函数（通过 Lib/shared/builtins.vml 提供）：peek / poke / putchar / abs / min / max / random / sleep / alloc。

stop [code] 语句调用 exit SYSCALL（SYSCALL 3），可选退出码（默认 0）。

10. 逻辑字面量

词法器同时接受 true/false（无前后点号）作为关键字，但标准 Fortran 应使用 .true. / .false.。

11. 注释

! 这是行注释（自由格式和固定格式均支持）
program main
    integer :: x   ! 行尾注释
end program

固定格式兼容：

* 星号在第 1 列视为注释行
C 或 c 在第 1 列视为注释行

12. 字符串字面量

print *, 'Hello, World!'
print *, 'It''s Fortran'    ! 两个单引号转义为一个

• 单引号字符串：'text'
• 双引号字符串（非标准扩展）："text"
• 内部转义：'' 表示一个字面量单引号
• 字符串在数据段中分配，通过 MOVE R0, label 加载地址到 R0

13. 续行

自由格式中，& 用于续行：

x = a + b + &
    c + d

词法器解析 & 以及续行行为由预处理阶段处理。

表达式优先级

从低到高：

1. .or.                         (逻辑或)
2. .and.                        (逻辑与)
3. == /= < > <= >=             (比较)
   .eq. .ne. .lt. .gt. .le. .ge.
4. + -                          (加减)
5. * / **                       (乘除幂)
6. - + .not.                    (一元负/正/逻辑非)
7. 字面量 / 变量 / 函数调用 / ( expr )

解析实现对应：

ParseLogicalOr    → .or.
  ParseLogicalAnd  → .and.
    ParseComparison → == /= < > <= >=
      ParseAdditive  → + -
        ParseMultiplicative → * / **
          ParseUnary     → - + .not.
            ParsePrimary  → 字面量 / 变量 / 函数调用 / ( )

预处理

编译器集成了 CompilerBase.Preprocessor，支持以下功能：

预定义宏

模块导入

use math_lib          ! 导入模块 math_lib

• use module_name 语法触发模块导入
• 编译器从源目录及库路径解析 .vml 模块文件
• 自动链接 Lib/fortran/builtin.vml 运行时库

条件编译

#ifdef __VML__
    print *, 'VML compiler'
#endif

标准 C 预处理器指令均支持：#define, #ifdef, #ifndef, #if, #else, #elif, #endif, #include, #undef。

限制与未实现特性

已在 Lexer/Token 中注册但未在 CodeGenerator 中实现的关键字

核心不支持特性

编译器架构

源文件 (.f90/.f)
    │
    ▼
Lexer.cs ─────────── 词法分析（大小写不敏感）
    │   Keywords: 65 个关键字 + 运算符
    │   注释: ! 行注释, * C/c 在列1
    │   字符串: '...' 和 "..." ('' 转义)
    │   数字: 整数 / 实数 / 科学计数法 (E/D)  / 种类 (_4)
    ▼
Parser.cs ────────── 递归下降语法分析
    │   语句: program/subroutine/function/if/do while/do for/call/print
    │   表达式: 7 层优先级 (Pratt 风格)
    │   声明: type [::] name [, name]*
    ▼
ASTNode.cs ───────── 抽象语法树
    │   ProgramNode / SubroutineNode / FunctionNode
    │   IfNode / DoWhileNode / ForNode
    │   CallNode / ReturnNode / StopNode / PrintNode
    │   AssignNode / BinaryNode / UnaryNode / FuncCallNode
    │   LiteralNode / VarNode / VarDeclNode
    ▼
CodeGenerator.cs ─── VML 代码生成
    │   继承 CodeGeneratorBase
    │   栈帧管理: R12 基址 + nextStackOffset
    │   符号表: Dictionary<string, int> (名称 → 栈偏移)
    │   表达式: ExpressionManager 三操作数
    ▼
FortranCompiler.cs ─ 编译器入口
    │   Compile(string) → VmlProgram
    │   CompileFile(path) → VmlProgram (含预处理 + 库链接)
    │   预处理: Preprocessor + 预定义宏
    │   库链接: use 语句 + builtin.vml

调用约定

• 子例程调用 (CALL)：参数从右到左 PUSH，通过 CALL 指令跳转
• 函数调用 (表达式)：参数从右到左 PUSH，通过 CALL 指令跳转，返回值在 R0 寄存器
• 内部标签命名：
  • 子例程：sub_<name>（小写）
  • 函数：func_<name>（小写）
• 返回：RET 指令（子例程返回 void，函数返回时 R0 已加载结果）

库结构

Lib/fortran/
    builtin.vml          ← 编译器自动链接
    ├── .linked  "../shared/builtins.vml"       (peek/poke/putchar/abs/min/max/random/sleep/alloc)
    ├── .linked  "../shared/device.vml"          (设备操作)
    ├── .linked  "../shared/sysinfo.vml"         (日期/时间/退出)
    ├── .linked  "../shared/softfloat.vml"       (VML_FLOAT32_SOFT)
    ├── .linked  "../shared/softdouble.vml"      (VML_FLOAT64_SOFT)
    ├── .linked  "../shared/softint64.vml"       (VML_INT64_SOFT)
    ├── .linked  "../shared/float.vml"           (基础浮点)
    └── .linked  "../shared/syscall.inc.vml"     (系统调用常量)

最小完整程序示例

program hello
    implicit none
    integer :: i

    do i = 1, 5
        print *, 'Hello Fortran!', i
    end do

contains

    function square(x) result(y)
        integer :: x
        integer :: y
        y = x * x
    end function square

end program hello

🆕 字符串编码 (v1.65.19)

该语言编译器通过共享库 (Lib/shared/) 间接使用 VML 字符串体系。

MCU 模式 (默认): 字符串输出为 UTF-8 (.string) OS 模式: 可通过 VML_WSTRING 宏判断编码

共享库已提供宽字符串转换函数 (wchar.h/uchar.h)，各语言编译器可按需使用。

编译器 README

Fortran 编译器

路径: VMLPrepares/FortranCompiler/ 完成度: ~98% | 🟢 生产可用 标准库: Lib/fortran/

功能

• ✅ 词法分析 + 语法分析 + 代码生成 (Lexer/Parser/CodeGenerator)
• ✅ program/subroutine/function 结构
• ✅ contains 内部过程
• ✅ function name(args) result(r) 语法
• ✅ 控制流 (if/else/do/do while/exit/cycle)
• ✅ 数据类型 (integer/real/double precision/logical/character)
• ✅ 比较运算符 (.eq./.ne./.lt./.gt./.le./.ge.)
• ✅ 逻辑运算符 (.and./.or./.eqv./.neqv.)
• ✅ print */read */write */call/return/stop
• ✅ ! 注释
• ✅ 24 测试 0 失败
• ✅ 数组切片/整体操作 (A(:)=B(:)+C(:)) — MCU循环展开
• ✅ module/use — 模块系统
• ✅ else if 链 — 递归解析支持
• ✅ C 风格预处理 (#ifdef/#ifndef/#define/#include)

编译模式

MCU 模式（默认 --mode mcu）

MCU 模式针对单片机/裸机环境优化。

跳过（MCU 不支持）:

• 无
• 动态数组分配

保留:

• 基本数值计算
• 子程序/函数调用
• print/write 映射到 UART

OS 模式（--mode os）

OS 模式支持全部语言特性。

RAM 级别

• --ram k：KB级别
• --ram m：MB级别（默认）
• --ram g：GB级别

使用

dotnet run --project VMLTool -- input.f90 -o output.vml

测试

• VMLTests/NewCompilerTests.cs — 24 测试 (0 失败)
• VMLTests/FullPipelineTests.cs — 全管线测试
• Examples/fortran/ — 示例程序 (start/factorial/file_io/info)