linux GCC 64位编程技巧

    linux GCC 64位编程技巧

64位系统的优势？

既然要采用64位系统，首先要知道64位系统的优势所在。对于技术人员来说，完全没有必要去看那些厂家拿出的厚厚的说明书、或者某个研究机构抛出的一堆的数字，64位系统的优势总结起来很简单：内存大、速度快！

内存大

与32位系统相比，64位系统的地址空间大大增大，达到了18PB，18PB究竟是多大呢？说出来有点吓人：4G内存的40亿倍！这么大的空间，不要说内存了，就是整个磁盘的数据都放进去也是没有任何问题的。

需要注意的是：已有的32位系统由于采用了物理地址扩展技术（PAE，http://en.wikipedia.org/wiki/Physical_Address_Extension ），使得操作系统可用物理内存能够超过4G，但对于单个程序来说，能够使用的内存（即地址空间）还是只有4G，这个是无法突破的。

速度快

你可能很容易就推断如下结论：64位系统速度应该比32位快，而且应该是快两倍！

但实际情况可能让你有点吃惊：64位和速度没有绝对的比例关系，甚至可能速度更低。

64位架构处理器就本身而言，不会在速度上两倍于32位的同等处理器。为什么呢？简单来说：所谓的64位，只是和内存地址空间有关，和CPU速度没有一点关系，更不是64/32＝2倍的关系。

另外，如果程序不需要对大量的数据进行处理，64位反而可能变慢，因为64位的地址是8位，32位的地址是4位，如果处理器的缓存是一样大小，那么很明显64位处理器能够缓存的东西是32位的一半，这反而降低了缓存命中率，因此影响了性能。

既然这样，那我们为什么还要说64位会更快呢？

我们知道，决定性能的不单是CPU，还有内存、磁盘、网络等一大堆东东，而64位机器在性能上改善最大的就是内存容量大大增加，从4G扩展到18PB，这就意味着内存中可以放很多数据，避免频繁的磁盘读写IO，从而大大提高性能；同时也意味着同一时间可以处理更多的数据，这也能够大大提高性能，尤其是多核多CPU并行处理的时候。

CPU本身结构的变化也会带来性能上的提升，这个提升主要体现在处理超过32位的整形数据上。对于32位系统，为了处理超过32位的整形数字，需要4次额外的寄存器操作；而64位系统，不需要这4次额外的寄存器操作。

某些CPU可能会为64位运算提供一些特定的特性，这也会带来一些特定处理上的性能提升，不过这种提升和具体的CPU相关，不是通用的特性。相关信息可以参考：更快、更强 64位编程的三十二条军规。

什么情况下一定要使用64位？

64位虽好，但并不是放之四海皆准，毕竟从已有的32位升级到64位是要银子的，如果你写个“Hello, world!”也一定要求放到64位系统上来提高性能，那完全是浪费！

如下情况是必须用到64位系统的情况：

1.      程序（不是整个系统）需要超过4G的内存地址空间；

2.      使用libkvm库，或者/dev/mem，/dev/kmem的文件；

3.      使用/proc调试64位进程；

4.      使用只有64位版本的库；

5.      需要64位寄存器来更高效的进行64位运算，例如处理long long类型数据；

6.      使用超过2G的文件；

32位和64位开发环境差别?

如果你是使用Java/Python等跨平台的语言进行开发，那么恭喜你，所谓的64位和32位对你来说没有差别，因为底层的虚拟机已经屏蔽掉了这种差异，在语言的层面是不需要理解这种差异的（这也是跨平台的一个原因吧）。

但如果你是用C/C++，那就有点郁闷了：C/C++是和系统强相关的，你在32位机器上写的代码，拿到64位机器上运行，可能出现你意料之外的结果，甚至可能崩溃，而且你还很难定位！

问题虽然很严重，而原因很简单：32位系统使用的数据模型是ILP32，而64位系统使用的数据模型是LP64或者LLP64.

ILP32：指的是int, long, pointer长度是32位，取首字母合起来就是ILP32(下面的简写都是这样的)，windows和Unix类32位系统都是这种模型；

LP64：指的是long, pointer是64位，这个是Unix类64位系统采用的数据模型；

LLP64：指的是long long, pointer是64位，而long还是32位，这是Windows的64位系统采用的模型；

除了这个最主要的区别外，另外一个区别就是有的库可能只有64位版本，但不会只有32位版本，因为64位是支持所有32位的库的。

Linux GCC 64位编程技巧

1 长整形数据

既然64位和32位开发环境主要的差别是数据模型的不同，那么最简单的一个方法就是尽力避开这种差异：咱们不用long类型了，管你32位还是64位，惹不起还躲不起么？

如果一定要用长整形，也还是不要用long，直接用__int64_t，如果你觉得写起来麻烦，那就自己定义为LLONG：typedef  __int64_t LLONG即可

2 指针数据

long类型可以不用，但指针没有办法不用，那就只能勇敢的面对了：）

1.指针打印：在使用printf的时候，指针打印控制符是%p,不要用%d或者%i.

2.指针转换：将指针转换为整形数据的时候，使用intptr_t,不要使用int。

如果用C++的stream流，则不存在这些问题，直接输出即可。

3 使用sizeof来确定长度

不管任何时候，都使用sizeof来确定变量或者类型的长度。

例如：对于结构来说，64位系统默认对齐的长度是8字节，而32位默认是4字节，因此在使用结构长度的时候，不能将长度写死，而要使用sizeof计算。

4 注意常量类型陷阱

当你写下long  j = 1 << 32;的时候，你是否以为系统会将1识别为long类型，然后给j赋值为2的32次方？

然而系统却在这里设下了一个陷阱：如果你不指定常量类型的话，常量默认就是int类型的！

因此不管你是32位还是64位，j的值都是0。

要想避开这个陷阱，就要指定常量的类型（常量也是有类型的），因此要写成：long j = 1L << 32;

常见常量类型：l/L，ll/LL，ul/UL，ull/ULL

5 注意sign extension陷阱

当负整数转换为更长类型的无符号整数时，首先是转换为目标类型对应的有符号类型，然后再转换为无符号类型。

例如:

int i = -1;

unsigned long j = i;

则-1首先转换为signed long型，再转换为unsigned long型.

在这个转换过程中，有一个小小的陷阱：当从短的数据类型转到长的数据类型的时候，为了保证负数的有效性，会在多于的比特位填充1(因为负数的二进制码是补码，只有补1才能保证负数的符号和取值都不会变).

例如：

int i = 0x80000000; //对应十进制的有符号数-2147483648或者无符号数2147483648

unsigned long j = i;

你可能以为j会直接等于0x0000000080000000，但事实上j会等于0xffffffff800000000;

6 size_t，pid_t等***_t类型

C/C++的库为了支持跨32位和64位，很多函数返回值都是***_t，例如sizeof操作，这种***_t实际上就是随32位或64位而变化的整形数。

1.      如果要使用返回值为***_t的函数，则变量也直接声明为***_t;

2.      如果要打印***_t的变量，gcc可以使用%Zu, %Zd；或者直接将变量转换为更长类型的数据后再打印，例如long或者long long，使用%lu, %llu, %ld, %lld控制符进行控制。

7 如果你不清楚长度，那么就转换为一个最长的数据

如果有的类型，如果你根本不知道它到底有多长，或者到底是什么类型，那么最简单的方式就是将其转换为一个最长的数据：整形当然是long long了，如果你连是否有符号都不知道，那就转换为double吧。

8 打开所有编译开关，关注警告

无论在32位还是64位系统下编译，-Wall选项都打开，虽然这不能保证100%能够发现所有问题，哪怕只能解决一个，也能够帮助你大大减少自己定位问题的时间。

参考资料

64位编程军规：

http://www.vipcn.com/chengxukaifa/shujujiegou/gengkuaigengqiang-64weibianchengdesanshiertiaojungui.html

sign extension：

http://en.wikipedia.org/wiki/Sign_extension