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作者:守望，linux應(yīng)用開發(fā)者，目前在公眾號【編程珠璣】 分享Linux/C/C++/數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法/工具等原創(chuàng)技術(shù)文章和學(xué)習(xí)資源。

我們在編寫C/C++程序時，32位程序和64位程序的代碼有何區(qū)別?如何編寫既可以編譯成32位程序又可以編譯成64位程序的代碼?

代碼上的區(qū)別

實(shí)際上，對于32位程序和64位程序來說，代碼上的區(qū)別不大，嚴(yán)格來說，甚至是一樣的，它的主要區(qū)別在于一些基本數(shù)據(jù)類型占用的字節(jié)長度不一樣(注：這里僅針對類Unix平臺)

類型	32位占用字節(jié)	64位占用字節(jié)
long	4	8
unsigned long	4	8
指針	4	8

當(dāng)然這里的long包括一些用它定義的類型，如time_t，它的長度也是有區(qū)別的，關(guān)于time_t，還有一個有意思的問題《什么是2038問題》。

除此之外，其默認(rèn)對齊字節(jié)數(shù)，也不一樣，32位程序?yàn)?字節(jié)，64位程序默認(rèn)為8字節(jié)。關(guān)于字節(jié)對齊，可參考《理一理字節(jié)對齊的那些事》。

可執(zhí)行文件上的區(qū)別

來看個小例子吧，看看他們有何區(qū)別。

//來源：公眾號編程珠璣 
//作者：守望先生 
test.c 
#include<stdio.h> 
struct Test 
{ 
  int a; 
  long b; 
}; 
int main(void) 
{ 
    printf("sizeof(long) = %zu\n",sizeof(long)); //long類型占用字節(jié)數(shù) 
    printf("sizeof(unsigned long) = %zu\n",sizeof(unsigned long));//unsigned long類型占用字節(jié)數(shù) 
    struct Test test = {1,2}; 
    printf("sizeof(struct Test) = %zu\n",sizeof(test));//用于測試對齊字節(jié)數(shù) 
    printf("sizeof(pointer) = %zu\n",sizeof(&test)); //指針占用字節(jié)數(shù) 
    return 0; 
} 

如果你的系統(tǒng)是64位，默認(rèn)編譯為64位程序，而如果需要編譯為32位程序，則需要帶上-m32參數(shù)，如果你的系統(tǒng)是32位的，那么是不能直接運(yùn)行64位程序的，但是如果是64位的，是可以運(yùn)行32位程序的。(實(shí)際上你在下載軟件的時候需要選擇位數(shù)的時候，就需要注意了，如果你的系統(tǒng)32位的， 但是你下載了一個64位的程序包，自然是不可用的，但是反過來卻可以。)

編譯為32位程序運(yùn)行：

$ gcc -o  test32 test.c -m32 
$ ./test32 
sizeof(long) = 4 
sizeof(unsigned long) = 4 
sizeof(struct Test) = 8 
sizeof(pointer) = 4 

編譯位64位程序運(yùn)行：

$ gcc -o test64 test.c  
$ ./test64  
sizeof(long) = 8 
sizeof(unsigned long) = 8 
sizeof(struct Test) = 16 
sizeof(pointer) = 8 

通過運(yùn)行結(jié)果，我們也可以看出前面提到的差別。

那么可執(zhí)行文件本身有什么差別呢?

$ readelf -h test32 
ELF Header: 
  Magic:   7f 45 4c 46 01 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00  
  Class:                             ELF32 
  Data:                              2's complement, little endian 
  Version:                           1 (current) 
  OS/ABI:                            UNIX - System V 
  ABI Version:                       0 
  Type:                              EXEC (Executable file) 
  Machine:                           Intel 80386 
  (...) 

可以看到Class屬性標(biāo)識為ELF32。

而對于64位：

readelf -h test64 
ELF Header: 
  Magic:   7f 45 4c 46 02 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00  
  Class:                             ELF64 
  Data:                              2's complement, little endian 
  Version:                           1 (current) 
  OS/ABI:                            UNIX - System V 
  ABI Version:                       0 
  Type:                              EXEC (Executable file) 
  Machine:                           Advanced Micro Devices X86-64 

它的屬性為ELF64。實(shí)際上我們可以通過readelf發(fā)現(xiàn)很多信息。

例如你在進(jìn)行交叉編譯后出現(xiàn)鏈接錯誤或者最后的執(zhí)行程序在目標(biāo)機(jī)器無法運(yùn)行，則可以查看Machine部分，看看程序是否能在你想要的平臺運(yùn)行。

例如64位程序中的Machine中顯示的是Advanced Micro Devices X86-64，至少說明它在arm平臺是沒法正常運(yùn)行的。

一個程序最大能申請多少內(nèi)存空間?

還記得這道面試題嗎?如果你只是回答Linux理論最大不超過3G，windows不超過G，那肯定是不完整的，這里必須要區(qū)分32位程序和64位程序。

這一點(diǎn)在《解引用NULL為什么會掛死?》中已經(jīng)有所提及。32位決定了其虛擬地址空間的最大值為2^32，即4G，除去操作系統(tǒng)占用的1G左右，剩下3G左右，當(dāng)然了這里面3G包含了所有代碼，數(shù)據(jù)等，總結(jié)就是，最終能使用的不超過3G。不到3G的地址空間。(注這里并不表示它只能訪問計(jì)算機(jī)4G的內(nèi)存，而是表示最大尋址范圍為4G)。那么64位的虛擬地址空間擴(kuò)展到了17179869184G，所以，看出差別了嗎?

通過上面簡單的分析可以發(fā)現(xiàn)，64位程序理論能使用的內(nèi)存是驚人的，而32位程序卻非常有限，除此之外，還有一個在《什么是2038問題》》中提到的問題，就是2038年后，32位程序?qū)⒑茈y正常使用時間相關(guān)的處理。

當(dāng)然了，64位系統(tǒng)通常能夠支持更高精度的浮點(diǎn)運(yùn)算。

同時支持32位和64位代碼編寫原則

基于前面提到的原因，很多傳統(tǒng)系統(tǒng)都開始著手移植到64位系統(tǒng)上，而如果原先代碼就非常規(guī)范的話，移植工作還算比較輕松，鏈接64位庫，編譯成64位程序即可，但是如果沒有遵循以下原則，那么工作量就比較大了：

依賴long類型和指針類型占用空間大小以及其表示范圍

當(dāng)然，對于這個原則，其表現(xiàn)可能非常多。

long和int混用

例如：

void test(long len) 
{ 
    int localLen = len; 
    xxxx; 
} 

這里很明顯可能會發(fā)現(xiàn)截斷。最常見的就是：

int len = sizeof(xxx); 

當(dāng)然，這里大多數(shù)情況下也不會有太大問題，直到其長度大于int表示范圍。

慎用掩碼定義

我們可能經(jīng)常需要定義一些掩碼：

long mask = OxFFFFFFFFL; 

在 32 位系統(tǒng)上，這會將所有位都置位(每位全為 1)，但是在 64 位系統(tǒng)上，只有低 32 位被置位了。結(jié)果是這個值是 0x00000000FFFFFFFF。

如果希望所有位置1，那么可以：

long mask = 1L << ((sizeof(long) * 8) - 1); 

打印指針

32下，這樣的沒問題的：

int a = 10; 
int *p = &a; 
printf("%x",p); 

但是64位下，打印不完全。自然要使用：

printf("%p",p); 

傳送結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)

在32位和64位系統(tǒng)中，其默認(rèn)對齊字節(jié)數(shù)是不一樣的。

strcut test 
{ 
    int a; 
    long b; 
} 

如果對方是64位，發(fā)送過來上述結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)，而你的是32位程序，可想而知，結(jié)果并不會如你所愿。前面占用空間16字節(jié)，而后者占用空間8字節(jié)。

顯示定義long

如果你的數(shù)據(jù)類型是long，那么可以使用L顯示說明：

long i = 1 << a; 

上面的寫法建議換成：

long i  = 1L << a; 

避免數(shù)據(jù)被截斷。

總結(jié)

關(guān)于這樣的點(diǎn)還有很多，這里不一一介紹。本文簡單介紹了32位程序和64位程序的區(qū)別，以及移植過程中需要注意的原則。實(shí)際上編寫同時能夠運(yùn)行在32位和64位系統(tǒng)上的整體原則基本如下：

1. 不要試圖假定數(shù)據(jù)類型的占用空間
2. 顯示區(qū)別使用int和long

而前面提到的一些問題，其實(shí)通過一些代碼檢查工具就很容易發(fā)現(xiàn)了，不放過小的警告，基本能解決大部分問題。