[C++知识库]c/c++ 32/64位兼容编程

说明

• 在工作（芯片设计公司开发）中，使用到的平台较多，交叉编译工具链有32位的也有64位的。
• 所谓32位/64位是硬件层次的概念，是指处理单元的三大总线（数据总线，控制总线，地址总线）是32根导线还是64根导线，每一根导线可以传输1位数据，所以是32位和64位，64位的cpu可以在软件层次兼容32位程序，安装32位系统也能跑32位程序，但是32位的cpu当前无法兼容64位的程序，理论上软件也能实现兼容，但是好像没有必要性。
• 编程方面，希望程序能够兼容32位和64位，这样换平台只需要重新编译就好了，不需要进行修改，节省工作量，也方便代码维护。

数据模型

• 硬件层次，32位cpu可以一次读取32位数据，64位cpu可以一次读取64位数据，但是软件层次，会有很多种需求，例如：一次读取1个字节数据，一次读取2个字节的数据等，为了满足多样的需求，编程语言需要提供给用户一个数据模型，即：a 对应 1个字节的数据，b 对应的 2的字节的数据，还是 a 对应 2 个字节的数据，b对应3个字节的数据。
• 理所应当，该数据模型需要足够通用，并且能满足用户的所有需求，由于硬件的性质，二进制就非常合适，所以大部分数据类型都是呈2的倍数关系。
• 数据模型是软件概念，硬件每一次读取依然是32位/64位，软件再取其中的相应位数。

32位数据模型 （ILP32）和64位数据模型（LP64）

• 32位数据模型和64位数据模型是不同的。
• C语言在32位cpu下使用32位数据模型ILP32，"ILP32"的意思是32位数据模型int、long、指针（p）都是32位的。LP64类似，表示C语言在64位cpu环境下的数据模型是LP64，此时的long和指针已为64位。
• 基础数据类型

• 以上表格不需要死记硬背，需要理解

1. 数据模型是为了满足软件层次的需求设计的，因此不管是多少位环境，char永远是8位，short永远是16位，int永远是32位，不会缺失。
2. 数据模型中几乎所有数据类型都小于硬件位数，例如：32位模型，都小于32或等于32位，64位模型中的数据类型都小于64位，是因为希望所有数据类型都小于一次硬件读取单元，32位模型的long long是一个特例，是后面由于软件新需求（64单元）而添加的。
3. 基础的数据类型（char，short，int，long）是倍数关系，直至顶，而size_t,off_t 是软件需求触发的数据类型（size_t ：个数，off_t : 偏移）为了足够满足软件需求，数据类型长度按最大值分配（硬件读取单元长度）。

数据模型设置

• 由于数据模型是软件概念，因此在编译时可以手动设置应用的模型，默认匹配系统。
• gcc 设置如下：

m32指定编译为32位应用程序；
make CFLAGS=-m32
m64指定编译为64位应用程序；
make CFLAGS=-m64

变长数据模型导致的问题

• 不同数据模型下数据类型的长度不固定可能会导致很多奇怪的问题，编程时需要特别注意，例如：

1. 打印问题（size_t）

• size_t的数据长度 32/64位环境上是不同的，打印时无法使用‘ld’或’d’等。

size_t val = xxx;
printf("%zu",val);

2. 数据截断问题

• 64位环境下，size_t赋值给int类型就可能发生数据截断。

3. 结构体内存对齐问题

• 结构体中变量长度在不同环境下发生变化，内存对齐可能会发生改变。

定长数据类型

• 32/64位环境下，不同数据类型的长度可能不同，但是有时候会存在这样的需求，在不同环境变量的数据长度需要一致，特别是网络传输中，这就是定长数据类型，例如：uint64_t, uint32_t 等。
• 定长数据出现的问题

1. uint64_t 打印问题

32位环境下打印64位数据使用%llu，64位环境下使用%lu就行，为了兼容采用 PRIu64 宏，如下：
#include <inttypes.h>
uint64_t num=10;
printf("uint64: %" PRIu64 "\n", num);