PFortran od środka

Daniel Rychcik
muflon@mat.uni.torun.pl
26-10-2001

0. Przypomnienie

Translator PFortranu jest programem przetwarzającym kod źródłowy z rozszerzeniami (operatory @,{,}) do postaci standardowego kodu w Fortranie, w którym zamienione są one na wywołania funkcji biblioteki message passing.

Drugą częścią pakietu jest biblioteka (libpf) funkcji pomocniczych, która pozwala zmniejszyć rozmiar kodu wynikowego poprzez nie powtarzanie tych samych konstrukcji w wielu miejscach.

1. Struktura katalogu źródłowego dystrybucji

W tym miejscu pokrótce opiszę ogólny układ plików. W dalszej części te fragmenty, które są istotne dla mojej pracy rozwinę nieco szerzej. Zmienna ${ARCH} w nazwach katalogów oznacza architekturę na którą jest aktualnie kompilowana dystrybucja - w moim przypadku miała ona wartość linux.

• BIN/${ARCH} - w tym miejscu są umieszczone pliki wykonywalne translatora
• BIN/ISIM - plik wykonywalny symulatora hypercube
• DOC - dokumentacja (wersje wynikowe - Postscript)
• LIB/${ARCH} - biblioteki pomocnicze PFortranu
• LIB/ISIM/${ARCH} - biblioteka pomocnicza ISIM
• config/systems/*.h - pliki nagłówkowe zawierające definicje specyficzne dla konkretnej architektury.
• doc - dokumentacja w postaci źródłowej (TeX,troff)
• foruser - przykładowe Makefile pozwalające kompilować programy z użyciem PLanguages
• isim - źródła symulatora hypercube
• pc - źródła PC
• pf - źródła PFortranu
  • tests - przykładowe programy w PFortranie
  • lib - biblioteka pomocnicza PFortranu
  • src - źródła translatora (zostaną dokładniej omówione niżej)

2. Translator w działaniu

Translator działa według standardowego dla takich programów schematu używając narzędzi typu bison i yacc. Przepływ danych jest mniej więcej taki:

2.1. Analiza leksykalna

Plik wejściowy trafia do analizatora leksykalnego (pf/src/lex/*) który dzieli go na elementarne wyrażenia Fortranu - tokeny. Na tym etapie nie jest jeszcze analizowana logiczna struktura programu, jest wyłącznie operacja na łańcuchach znaków. Jedynym interfejsem do dalszej fazy translacji jest funkcja int yyparse(); zdefiniowana w pliku pf/src/lex/main.c i zwracająca identyfikator kolejnego tokenu w kodzie źródłowym.

W PFortranie został zastosowany anlizator z pakietu f2c rozbudowany o specyficzne rozszerzenia. Oszczędziło to autorom przepisywania Fortranu na składnię pliku źródłowego lex, a mi znakomicie utrudniło pracę. Gdyby analizator był napisany od zera z użyciem lex'a to moje modyfikacje miałyby miejsce na poziomie 'źródłowym', a tak muszę ręcznie patchować kod, który był w większości generowany automatycznie :)

Będę próbował ominąć ten problem na dwa sposoby: albo spróbuję odtworzyć modyfikacje autorów PFortrana na pliku źródłowym lex, albo (jesli sie to nie uda) spróbuję samodzielnie opisać PFortran w tej postaci - na szczęście zachowany został standardowy interfejs lex <->yacc.

2.2. Analiza gramatyczna

Na tym etapie tokeny zwracane z poprzedniego modułu są analizowane przez parser gramatyki. Użyte zostało standardowe narzędzie - bison, który jest darmową wersją yacca. Autorzy ponownie posłużyli się źródłem pakietu f2c - definicje gramatyki (pf/src/g.in) zostały zmodyfikowane w następujący sposób:

• Usunięto wszystkie akcje specyficzne dla f2c (czyli praktycznie cały mechanizm przetwarzający kod).
• Do definicji gramatyki dodano reguły określające sposób użycia operatorów PFortranu (których postać została określona na poprzednim etapie)
• Dodane zostały akcje wykonujące właściwą pracę translatora - zamianę rozszerzeń językowych na wywołania procedur bibliotecznych

Dzięki zachowaniu przez autorów w tym miejscu standardowych zasad (kompilacja z użyciem bisona) moja praca w tym miejscu będzie polegała głównie na modyfikacji pliku gramatyki. W związku z tym, że tak naprawdę nie rozszerzam funkcjonalności języka, a tylko nieco "osłabiam" analizator wprowadzając do niego nowe reguły nie będzie chyba konieczne dodawanie nowych fragmentów kodu przetwarzających tekst źródłowy.

3. Budowa translatora

3.1. Analizator leksykalny

Ważniejsze pliki znajdujące się w katalogu pf/src/lex:

• defs.h, ftypes.h, defines.h, machdefs.h
  definicje operatorów, struktur, zmiennych globalnych i makr pomocniczych
• error.c
  procedury wyswietlania komunikatów o błędach (typowe)
• expr.c
  procedura frexpr(p) zwalniająca pamięć przydzieloną dla wyrażenia
• gram.c
  definicje tokenów używanych w języku, kilka struktur pomocniczych
• intr.c
  rozpoznawanie funkcji intrinistic Fortranu
• io.c
  rozpoznawanie instrukcji I/O.
• lex.c
  główny moduł rozpoznawania tokenów - w oryginale generowany automatycznie. Definiuje funkcję int yylex()
• mem.c
  Procedury zarządzania pamięcią uwzględniające specyfikę różnych architektur
• names.c
  ?
• parse.c
  definicja głównej funkcji parsującej: int yyparse(), sprawdzanie błędów składniowych i wyświetlanie komunikatów
• parse_args.c
  Rozpoznawanie parametrów wywołania translatora
• pf.h
  Definicje specyficzne dla PFortranu, jego biblioteki standardowej i platform (MPI/PVM)
• put.c, putpcc.c
  procedury rozpoznające wyrażenia języka
• tokdefs.h
  definicje kodów poszczególnych tokenów (przypisanie 'słowo'==liczba)

3.2. Właściwy procesor tekstu

• g.in
  Główny plik definiujący gramatykę oraz akcje wykonywane przez analizator składni. Jest plikiem wejściowym dla Bisona
• main.c
  Program główny - przetwarzanie linii komend i wywoływanie pozostałych modułów
• hash.h, pfhash.c
  Własna implementacja hashtable używanej do przechowywania fragmentów kodu
• pfgen.c
  ? wiem że jest ważny
• pfintr.c
  Obsługa funkcji intrinisic
• pflex.c
  Interfejs niskiego poziomu (typu getchar(), newline() itp.)
• pfu.c, sutil.c
  Funkcje pomocnicze
• redop.c
  Kod tłumaczący operacje redukcji (operator {}). Zawiera m.in. szczególy tłumaczenia redukcji liniowej tablicy z użyciem algorytmu hypercube.