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/ The 640 MEG Shareware Studio 2 / The 640 Meg Shareware Studio CD-ROM Volume II (Data Express)(1993).ISO / pascal / tpfort17.zip / TPFORT.DOC < prev   
Text File  |  1991-08-25  |  21KB  |  470 lines

  1. TPFort v 1.7 - A link from Turbo Pascal to MS Fortran.
  2.  
  3. Copyright (c) 1989,1990,1991 D.J. Murdoch.  All rights reserved.
  4.  
  5. PURPOSE
  6.  
  7. TPFort is a collection of several procedures that allow Microsoft Fortran
  8. routines to be called from Turbo Pascal.  I wrote it so that I could use the
  9. binary-only NAG Fortran library for numerical routines in Turbo Pascal
  10. programs, but it ended up being a general purpose linker.
  11.  
  12. PRICE
  13.  
  14. TPFort is absolutely free to use and incorporate into your own programs for
  15. any purpose.  Distribute it to anyone you like, but please don't remove my
  16. copyright notice or modify it in any other way.  Source code is available
  17. (see below), but is not necessary to be able to use TPFort with Turbo Pascal
  18. version 6.0.
  19.  
  20. METHOD
  21.  
  22. The Fortran routines are compiled into their own loader file which is loaded at
  23. run time by a Turbo Pascal program, making most of the Fortran subroutines and
  24. functions available to the Pascal program.  The molasses-slow Fortran compiler
  25. and linker need only be run once to create the loader; changes to the Pascal
  26. part of the program don't force recompiling or re-linking of the Fortran part.
  27.  
  28. The Fortran loader will be loaded at the top of the TP heap.  The program
  29. NEEDMEM is provided to print out the memory requirements of the loader. If the
  30. total required is greater than TP's MaxAvail, TPFORT won't run.
  31.  
  32. INSTRUCTIONS
  33.  
  34. There are several steps involved in preparing a Fortran routines to be called
  35. from Turbo Pascal.
  36.  
  37. 1.   Preparing the Fortran Program
  38.  
  39. Write a Fortran program which includes the following declarations and a call
  40. to CALLTP, in the following format:
  41.  
  42.         EXTERNAL routine1, routine2, ..., routineX
  43.  
  44.         CALL CALLTP(routine1, routine2, ..., routineX, X)
  45.  
  46. where routine1 through to routineX are the names of the Fortran routines you
  47. wish to make available to your Turbo Pascal program, and X is an integer value
  48. giving the number of routines being passed.  The external declaration is
  49. extremely important; if not given, Fortran will assume the routine names are
  50. local integer or real variables, and things will get really messed up.
  51.  
  52. This loader may do anything else, such as reading data from files, allocating
  53. space, etc.  It's not all that important where the call to CALLTP takes place,
  54. but more efficient use will be made of the program stack if the call comes
  55. somewhere in the main program, rather than in a function or subroutine.
  56.  
  57. After this call and any other initialization necessary, the program should
  58. exit.  As this will close any open files, and I/O done while TP is active
  59. is probably unreliable, it should complete any I/O operations before quitting,
  60. and the routines being passed should avoid doing I/O.
  61.  
  62. Compile this routine and link it to the object file CALLTP.OBJ.  I've only
  63. tested TPFORT with the default large memory model, but it should work in the
  64. huge model as well.  It won't work in the medium model, because TPFORT expects
  65. full 4 byte addresses.
  66.  
  67. I recommend using the /FPi87 floating point option, to get the smallest code,
  68. but if you don't have a coprocessor you'll need /FPi or one of the other /FP
  69. options.  (It would be safe to use /FPi87 even if you don't have a
  70. coprocessor, if you link the TP emulator in, but I don't think the Fortran
  71. startup code will run if you don't.)
  72.  
  73. Be sure to specify to the linker that a larger than normal stack will be
  74. needed - I'd suggest a minimum of 16K. The Turbo Pascal program will be using
  75. this stack instead of its own much of the time, and TP makes much heavier use
  76. of the stack than does Fortran.
  77.  
  78. Warning:  Don't try running the loader program on its own, unless you avoid
  79. executing the call to CALLTP.  If TP isn't there to catch that call, you're
  80. very likely to crash.  It might be a good idea to rename the .EXE with a non-
  81. executable extension such as .LDR just to be sure.
  82.  
  83. 2.   Preparing the TP dummy procedures
  84.  
  85. You need to create dummy versions of all the Fortran routines that you want to
  86. call.  They _must_ be declared as "far" routines, either through the use of
  87. the $F+ compiler directive, or by putting them in the interface section of a
  88. unit.  I'd suggest isolating all of them into their own unit and interfacing
  89. them.
  90.  
  91. Each of the dummy routines takes an argument list that corresponds exactly to
  92. the argument list of the Fortran routine.  By default, all Fortran arguments
  93. are passed by reference, so these should be too, by declaring them as "var"
  94. parameters.  The following list gives corresponding types between the two
  95. languages:
  96.  
  97.   Fortran               TP
  98.  
  99.   INTEGER*2             integer
  100.   INTEGER*4             longint
  101.   INTEGER               longint
  102.   REAL                  single
  103.   REAL*4                single
  104.   REAL*8                double
  105.   DOUBLE PRECISION      double
  106.   CHARACTER*n           (special - see note below)
  107.   CHARACTER*(*)         (special - see note below)
  108.   COMPLEX               fort_complex8
  109.   COMPLEX*8             fort_complex8        These types will be declared in
  110.   COMPLEX*16            fort_complex16       the FortLink unit someday
  111.   LOGICAL               fort_logical
  112.   EXTERNAL              (special - see note below)
  113.  
  114. Note also that Fortran and TP use different conventions for the order of
  115. indices in multi-dimensional arrays.  For example, the Fortran array
  116.  
  117.   REAL X(10,20,30)
  118.  
  119. would be declared as
  120.  
  121.   x : array[1..30,1..20,1..10] of single;
  122.  
  123. in TP. Note also that TP (up to version 5.5, at least) has no facility for
  124. variable dimensions on arrays:  to handle an array which is declared as X(N,M)
  125. you have to declare X as a one-dimensional array and handle the indexing
  126. yourself.
  127.  
  128. Thus a call to the NAG matrix inversion routine F01AAF with Fortran
  129. declaration
  130.  
  131.  SUBROUTINE F01AAF(A, IA, N, UNIT, IUNIT, WKSPCE, IFAIL)
  132.  INTEGER IA, N, IUNIT, IFAIL
  133.  REAL*8 A(IA,N), UNIT(IUNIT,N), WKSPCE(N)
  134.  
  135. would be simulated with dummy declarations something like
  136.  
  137.  procedure f01aaf(var a:realarray;       { realarray is declared in the
  138.                                            FortLink unit }
  139.                   var ia, n:longint;
  140.                   var unit:realarray;
  141.                   var iunit:longint;
  142.                   var wkspce:realarray;
  143.                   var ifail:longint);
  144.  
  145. and element A(I,J) would be addressed at a[i+(j-1)*ia].
  146.  
  147. The content of the dummy TP routine is very simple, and should not be varied.
  148. If the Fortran routine is a SUBROUTINE, use a definition like
  149.  
  150.   const
  151.     f01aaf_num = 1;  { this is the position of F01AAF in the call to CALLTP }
  152.  
  153.   procedure f01aaf;
  154.   begin
  155.     callfort(f01aaf_num);
  156.   end;
  157.  
  158. If desired, additional instructions can be put before the call to callfort;
  159. however, no local variables may be declared and no instructions may follow the
  160. call.
  161.  
  162. If the Fortran routine is a FUNCTION, what to do depends on the function's
  163. type.  Fortran and TP agree on the convention for returning values up to 4
  164. bytes (except singles/REAL*4), so callfort can be used for these functions.
  165. The most common would be a Fortran INTEGER function being declared as a TP
  166. longint function and using callfort.
  167.  
  168. However, Fortran and TP use different conventions for other return types, and
  169. you need to use special calls to do the conversion. If the Fortran routine is
  170. a REAL*8-valued FUNCTION, the "fdouble" procedure replaces callfort.  Use
  171. "fsingle" for REAL*4 values.  For example, for the Gaussian random number
  172. generator G05DDF, the Fortran declaration is
  173.  
  174.  REAL*8 FUNCTION G05DDF(A, B)
  175.  REAL*8 A, B
  176.  
  177. and the TP declarations are
  178.  
  179.  function g05ddf(var a,b:double):double;
  180.  
  181. with implementation
  182.  
  183.  const g05ddf_num = 2;
  184.  function g05ddf;
  185.  begin
  186.    fdouble(g05ddf_num);   { Note that this is a procedure! }
  187.  end;
  188.  
  189. Other structured types can also be returned with some care.  You have to
  190. declare the dummy function to be a pointer to the appropriate type, and use
  191. the "fpointer(procnum)" call to the Fortran routine.  TPFORT only reserves
  192. 8 bytes of space for return values, but larger values can be returned with
  193. some trickery as described in FORTLINK.DOC in the header for fpointer.
  194.  
  195.  
  196. 3.  Preparing the TP main program
  197.  
  198. Once you have your dummy procedure unit set up, you have to make some
  199. modifications to the main program to link in the Fortran at run-time.
  200. This is all done in a single call to
  201.  
  202.  function loadfort(prog:string;TPentry:pointer):boolean;
  203.  
  204. The prog argument should contain a string giving the fully qualified name of
  205. the Fortran program to be loaded; TPentry should give the address of a TP
  206. routine taking no arguments, which is going to do all the calculations with
  207. the Fortran routines.  It's necessary to do things this way because the call
  208. to loadfort switches over to the Fortran stack; TPentry^ and any routine it
  209. calls must be able to execute there.  If LoadFort is successful, it won't exit
  210. until TPentry^ returns, and it'll give a True return value.  If it fails
  211. for some reason, it'll print a message and return a False value.  In this
  212. case TPEntry^ wasn't executed at all.  It's possible to call loadfort several
  213. times if you want to switch in and out of "Fortran mode", though I don't know
  214. any reason to do so.  Only the first time will load anything, but they'll all
  215. attempt to switch to Fortran mode.  Be sure never to call a Fortran
  216. routine when you're not in Fortran mode, or you're likely to crash (or at
  217. least get garbage out). To help determine the current status, the FortLink
  218. unit interfaces two variables:
  219.  
  220.   fortloaded     : boolean;    { True indicates Fortran routines are in memory }
  221.   fortsafe       : boolean;    { True indicates you're in Fortran mode }
  222.  
  223. If you like, you can put tests of fortsafe into your dummy routines before
  224. the callfort or fdouble calls, to abort if there's a problem.
  225.  
  226. PASSING STRINGS AND CHARACTER VARIABLES
  227.  
  228. In Turbo Pascal, the "string" type stores the current length in the first
  229. byte.  MS Fortran doesn't have a corresponding type; however, it does allow
  230. variable length character variables to be passed to a routine with the
  231. "CHARACTER*(*)" declaration.  The way this is handled internally is
  232. undocumented, as far as I know, but I've tried to make a guess and my tests
  233. seem to work.
  234.  
  235. It appears that any time CHARACTER variables are passed as arguments to a
  236. SUBROUTINE or FUNCTION, their lengths are stored in a table of word-sized
  237. values.  A pointer to this table is stored at a fixed location, in the global
  238. variable __fcclenv.  To give access to this table, FORTLINK sets up a
  239. pointer to __fcclenv in the global Size_Table.
  240.  
  241. Thus, to pass CHARACTER variables to a Fortran routine, two extra steps are
  242. necessary.  First, you have to construct a table of the current lengths of
  243. each CHARACTER argument; second, you have to set __fcclenv to point to it.
  244. Typical code to pass strings s1 and s2 to Fortran procedure UCHAR would be
  245.  
  246.  type
  247.    my_length_rec = record
  248.      dummy,     { I don't know what the first entry in the table is for }
  249.      s1_length,
  250.      s2_length : word;
  251.    end;
  252.  var
  253.    my_lengths : my_length_rec;
  254.    s1,s2 : string;
  255.  
  256.  begin
  257.    with my_lengths do
  258.    begin
  259.      s1_length := length(s1);
  260.      s2_length := length(s2);
  261.    end;
  262.    Size_Table^ := @my_lengths;    { Note the ^ and @ ! Size_Table itself
  263.                                     should never be changed }
  264.  
  265.    Uchar(..{non character args}...,
  266.          s1[1], ....{more non characters} ...,  { Skip the length byte! }
  267.          s2[1], ....{etc.} );
  268.  
  269. In the TP declaration of Uchar, the character arguments could be type char, or
  270. untyped.  The same sort of technique would be used to pass arrays of char to
  271. Fortran.
  272.  
  273. As described below, it's also possible to have Fortran call TP procedures and
  274. functions.  In this case, the TP procedure should save the sizes of any
  275. character arguments just after Enter_Pascal is called; the Size_Table^ pointer
  276. will be changed by any activity in Fortran at all. The length of the first
  277. character argument will be in Size_Table^^[1]; others will be in appropriate
  278. places in the array.
  279.  
  280. Note:  Because all of the above is undocumented by Microsoft, there may be
  281. mistakes.  Test it carefully before you depend on it!
  282.  
  283. PASSING FUNCTION REFERENCES
  284.  
  285. It is possible to pass function or procedure references to a Fortran routine,
  286. but it's a little tricky.
  287.  
  288. The Fortran setup is just the same as for any other kind of routine.  Just
  289. pass the procedure name in CALLTP.
  290.  
  291. The dummy definition is much the same.  Declare the parameter which is the
  292. routine being passed as type "extval", passed by value.
  293.  
  294. The main routine then calculates the reference extval using a call to
  295. "fort_external(procnum)", where procnum is the number of a Fortran procedure
  296. being passed, or "pas_external(@proc)", where proc is the TP procedure
  297. being passed, and saves the answer in a temporary variable.  It passes this
  298. variable to the dummy routine.
  299.  
  300. The main bug in this procedure is that fort_external and pas_external allocate
  301. space for a pointer on the stack, and leave it there.  Thus you can't execute
  302. them in the middle of an expression, or it will get messed up. You should call
  303. the routine Clean_External as soon as possible after using the temporary
  304. variable, to restore the stack to normal.  Call it once for each call you made
  305. to fort_external or pas_external.  In a loop it's probably safe to calculate
  306. the temporary once at the beginning and only clean it up once at the end.  You
  307. MUST reassign the temporary variable every time you enter the routine that
  308. uses it, because its value becomes worthless as soon as you call
  309. Clean_external or exit.
  310.  
  311. There's another bug in pas_external - the TP routine will be executed fully in
  312. the Fortran context.  In particular, this means all global references will
  313. reference the wrong data segment, and TP is likely to overwrite registers that
  314. Fortran expects to have preserved.  To fix this up, at the very beginning you
  315. must call Enter_Pascal, and you must call Leave_Pascal just before exiting.
  316. This temporarily restores the TP context, and saves some registers. Note that
  317. stack checking has to be disabled in a routine being passed this way, since
  318. the stack checker makes a reference to the global System.Stacklimit, and gets
  319. executed before Enter_Pascal.
  320.  
  321. Calls back to Fortran routines are allowed.  Note that only dummy procedures
  322. and functions defined with callfort may be recursive; functions using fsingle,
  323. fdouble or fpointer can not be.  For example, if the Fortran REAL*8 FUNCTION
  324. Minimizer gets passed the TP Myfunction to minimize, then Myfunction can't
  325. call Minimizer, but it can call some other Fortran routine.  This isn't such a
  326. large restriction though, because most Fortran routines don't allow recursive
  327. calls anyways.  (Actually there's a way around this:  pass the Fortran
  328. function through CALLTP several times.  If the Fortran routine could handle
  329. recursive calls normally, then the separate dummy functions will be able to
  330. call each other.)
  331.  
  332. It's also possible to call a routine that was passed in as an Extval:  use the
  333. Ext_Pointer function to convert it into a procedure pointer, and call that.
  334. For example, the following TP routine might be called from Fortran:
  335.  
  336.   procedure callit(routine:extval);
  337.   type
  338.     proc_type = procedure(i:integer);   { Declare a procedure type }
  339.   var
  340.     the_routine : ^proc_type;           { and a pointer to it }
  341.   begin
  342.     the_routine := ext_pointer(routine);   { Convert the extval to a pointer }
  343.     the_routine^(5);                       { and call it with argument 5 }
  344.   end;
  345.  
  346. This works well as long as the routine being passed is known to be a TP
  347. routine.  If it's Fortran, you must "Leave_Pascal" before the call and
  348. "Enter_Pascal" after it.  The catch is that once you Leave_Pascal, you won't
  349. have access to the TP data segment.  Only local variables will be accessible.
  350. If the function could be written in either language, it's probably safest to
  351. assume Fortran, and be sure that any TP routine that might be passed uses the
  352. Enter_Pascal and Leave_Pascal routines.  They're safe to use in any TP
  353. routine, whether it's being called from TP or Fortran.
  354.  
  355. Note 1:  Leave_Pascal will only restore the Fortran context if Enter_Pascal
  356. was used to save it.  This means you can't call a Fortran routine using the
  357. Ext_Pointer pointer unless you're in a routine that was called by Fortran.  I
  358. don't think this is a big restriction, however, since you wouldn't normally
  359. need to use an Extval at all, unless you're dealing pretty closely with
  360. Fortran.
  361.  
  362. Note 2: The method of passing routines works for TP functions only if they use
  363. the same function-value passing convention as Fortran.  Effectively this means
  364. only char, integer and longint valued functions may be passed. There's no way
  365. to call most other TP functions, but it's possible to construct TP functions
  366. which simulate any Fortran function.  Fortran expects the caller to allocate
  367. temporary space for larger return values and expects the function to put the
  368. value there.  So, to write a TP routine that looks to Fortran as though it has
  369. the declaration
  370.  
  371.   REAL*8 FUNCTION SUMSQ(N,X)
  372.   INTEGER N
  373.   REAL*8 X(N)
  374.  
  375. write the header as follows:
  376.  
  377.  function sumsq(var n:longint; var x:realarray; { Mimic the Fortran parameters
  378.                                                   first }
  379.          value_ofs:word):double_ptr;     { Always add another word for the
  380.                                            return address, and return a
  381.                                            pointer. "double_ptr" is a
  382.                                            pointer to a double declared in
  383.                                            FortLink }
  384.  
  385. See the sample program for the rest of the details.
  386.  
  387. EXAMPLE
  388.  
  389. A sample program is contained in the following files:
  390.  
  391.   PSAMPLE.PAS           The TP source for the main program
  392.   FSAMPLE.FOR           The MS Fortran source for the loader & routines
  393.   FSAMPLE.PAS           The dummy definitions for FSAMPLE
  394.  
  395. Also included is a Borland style MAKEFILE that compiles both parts.
  396.  
  397. Warning:  There's a bug in MS Fortran 5.0 which means the sample program won't
  398. run on some XT machines.  If you crash when you try to run it, read about the
  399. problem and a patch to fix it in FORTRAN.BUG.
  400.  
  401. SUPPRESSING FORTRAN ERRORS
  402.  
  403. You can suppress many Fortran intrinsic errors by reprogramming the
  404. coprocessor, but that doesn't always work. (This is a bug in MS Fortran,
  405. not in TPFORT. MS gives no way to suppress some errors.) There's a
  406. variable called _MERRQQ which appears to suppress the abort when set to
  407. a non-zero value; FortErrorFlag is a pointer to it.
  408.  
  409. LIMITATIONS
  410.  
  411. I have real doubts that Fortran I/O will work properly when called from TP,
  412. but haven't tested it enough to know for sure.
  413.  
  414. Because Fortran keeps so much data in the stack segment, you might not be able
  415. to increase the stack size large enough.
  416.  
  417. FILES
  418.  
  419. The following files should be included here:
  420.  
  421. MAKEFILE        A Borland style make file for the demo.  Just run MAKE.
  422. TPFORT   DOC    This file
  423. FSAMPLE  FOR    The demo Fortran source code
  424. CALLTP   OBJ    The object code to be linked to the Fortran routine
  425. FSAMPLE  PAS    The dummy definitions to access the Fortran code
  426. PSAMPLE  PAS    The demo TP source code
  427. FORTLINK TPU    The unit that handles the linking, compiled under TP 5.5
  428. FORTLINK DOC    The interface section from FortLink.tpu
  429. FORTRAN  BUG    Description of a bug and a patch for MS FORTRAN 5.0
  430. NEEDMEM  EXE    Program to determine memory requirements of Fortran loader
  431.  
  432. COMMENTS AND QUESTIONS
  433.  
  434. Send any comments and/or bug reports to me at one of the following addresses:
  435.  
  436.   Duncan Murdoch
  437.   79 John St W
  438.   Waterloo, Ontario, Canada
  439.   N2L 1B7
  440.  
  441.   Internet:  dmurdoch@watstat.waterloo.edu
  442.   Fidonet:   dj murdoch at 1:221/177.40
  443.   Compuserve: 71631,122
  444.  
  445. SOURCE CODE
  446.  
  447. TPFORT makes some use of the Turbo Professional and Object Professional
  448. libraries from TurboPower.  It's a mixture of Turbo Pascal and A86
  449. assembler, and requires the Turbo Professional library to recompile.  The
  450. source code can be obtained from me for $125.  If you need the source for
  451. educational or other non-profit purposes and this price is too high, write to
  452. me and we may be able to arrange a discount.
  453.  
  454. WARRANTY
  455.  
  456. There is no warranty of any kind with this program.  Use it for free; I hope
  457. you get some value out of it.
  458.  
  459. RELEASE HISTORY
  460.  
  461.  1.7  -  added FortErrorFlag, and switched to TP version 6.0
  462.  1.6  -  saves coprocessor or emulator state before running Fortran loader
  463.  1.5  -  corrected bugs, and added Ext_Pointer function
  464.  1.4  -  corrected support for CHARACTER types
  465.  1.3  -  fixed bug to allow large Fortran programs, added NEEDMEM program
  466.  1.2  -  added support for floating point emulation.
  467.  1.1  -  added support for limited recursion, and many function return types.
  468.  1.0  -  first release.
  469.  
  470.