四月 182008
 

Size of long integer may be different between 64-bit systems (一個長整數各自表述)

不知道是不是我太落伍了…

我一直以為 C/C++ 下面 short, long, long long 三種資料型態都固定是 2, 4, 8 個 bytes 大小。只有 int 這個資料型態會因為 16-bit/32-bit 系統的不同而變成 2 或 4 bytes 的大小,所以理所當然 int 在 64-bit 的電腦也應該會變成 8 bytes (64-bit) 的大小囉 ?!

在整理前一篇文章《Bypass the 2GB file size limit on 32-bit Linux》的時候,讓我驚覺在 64-bit 的系統下,long 的長度也是各自表述的!

首先,int 的大小即使到了 64-bit 的機器上,大部分的系統仍然使用 4 bytes 的大小而已,這主要是為了避免程式從 32-bit 系統轉換到 64-bit 系統需要修改太多地方

再來,請參考 Wikipedia: 64-bit data models 的說明

絕大多數的 UNIX 系統在 64-bit 下面採用 LP64 這種 data model,這時候 long 就不再是固定為 4 bytes 大小,而是變成 8 bytes 的大小了!

然而,Win64 卻不是使用 LP64,而是採用 LLP64 這個 data model,這時候 long 的大小仍然還是 4 bytes

Many 64-bit compilers today use the LP64 model (including Solaris, AIX, HP, Linux, Mac OS X, and IBM z/OS native compilers). Microsoft’s VC++ compiler uses the LLP64 model.

兩種 data model 的最大差異點就是 long 這個資料型態的大小,LP64 是 64-bit,而 LLP64 則是 32-bit

LLP64 data model 基本上可以說跟 32-bit 的系統一樣,唯一差別只有位址(pointer)改成了 64-bit 而已。資料物件(class, structure) 等如果沒有包含 pointer 的成員的話,整個物件的大小是與 32-bit 系統一樣的!

而 LP64 則是除了位址(pointer)改成 64-bit 之外,long 的大小也變成了 64-bit 大小。所以在 UNIX 下面,要把 32-bit 程式 porting 到 64-bit 可能要比 Windows 多花費多一點功夫。

所以呢,我們觀察到兩個問題影響著程式的相容性

  1. 在 UNIX 下面,long 的大小在 32-bit 與 64-bit 的系統下是不一樣的
  2. 同樣是 64-bit 系統,UNIX 與 Windows 對於 long 的大小看法是不一致的

為了使程式在 32-bit 與 64-bit 之間以及 UNIX 與 Windows 之間的相容性提昇,改用固定長度的資料型態是寫程式的一個好習慣

在 UNIX 下面,我們可以改用 stdint.h 這個 header file 中對於資料型態的定義:

int8_t     8-bit signed interger
int16_t    16-bit signed interger
int32_t    32-bit signed interger
int64_t    64-bit signed interger
uint8_t    8-bit unsigned interger
uint16_t   16-bit unsigned interger
uint32_t   32-bit unsigned interger
uint64_t   64-bit unsigned interger

在 Windows 下面,則改用下面這些整數固定大小的資料型態

INT8       8-bit signed integer
INT16      16-bit signed integer
INT32      32-bit signed integer
INT64      64-bit signed integer
UINT8      8-bit unsigned integer
UINT16     16-bit unsigned integer
UINT32     32-bit unsigned integer
UINT64     64-bit unsigned integer

絕對不要再使用 int 和 long 了!

尤其是寫網路程式時,很可能 client 是 Windows 而 server 是 UNIX,然後又有 32-bit 及 64-bit 系統混在裡面,一不小心就發生不相容的問題了…

當然,在 64-bit 的系統下寫程式,要考慮的絕對不只上面這些基本的資料型態。除了 pointer 的大小變成 64-bit 外,許多系統內建函式會用到的 size_t 及 off_t 的大小也變成 64-bit 了…. 寫程式時若有用到這些資料型態,需特別注意,尤其是 casting 時,千萬不要用 32-bit 的整數去裝這些資料,免得造成不可預期的結果!

最後提供一個小程式讓你得知你的系統主要資料型態的大小

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#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
int main()
{
        printf("sizeof(short)     = %d\n", sizeof(short));
        printf("sizeof(int)       = %d\n", sizeof(int));
        printf("sizeof(long)      = %d\n", sizeof(long));
        printf("sizeof(long long) = %d\n\n", sizeof(long long));
 
        printf("sizeof(size_t)    = %d\n", sizeof(size_t));
        printf("sizeof(off_t)     = %d\n", sizeof(off_t));
        printf("sizeof(void *)    = %d\n", sizeof(void *));
}

參考資料:

  1. Wikipedia: 64-bit data models
  2. 64-Bit Programming Models: Why LP64?
  3. Introduction to Win32/Win64
  4. Porting 32-bit Applications to the Itanium® Architecture
  5. Preparing Code for the IA-64 Architecture (PDF)
 Posted by at 22:06

  6 Responses to “一個長整數各自表述 (in 64-bit system)”

  1. 真是恐怖呀,int和long都不能用了。

  2. stdint.h 是C99 後標準的header,不用分unix 和 windows 吧?

    C從來沒要define variable type 的 size ,跟據 c faq 1.1
    —————————————————
    It’s often incorrectly assumed that C’s types are defined to have certain, exact sizes. In fact, what’s guaranteed is that:

    * type char can hold values up to 127;
    * types short int and int can hold values up to 32,767; and
    * type long int can hold values up to 2,147,483,647.
    * something like the relation

    sizeof(char) <= sizeof(short) <= sizeof(int) <= sizeof(long) <= sizeof(long long)
    ————————————————–

    版主你的排版很讚,看起來很舒服…: :mrgreen:

  3. […] Ref.:一個長整數各自表述 (in 64-bit system) […]

  4. 經理級的人物 還要搞技術 會很累的 真是辛苦

  5. […] nix的long长度也不一样。请看此文:一个长整数的自述说到底 c/c++ 标准还不完善,但是我比较不满“Visual […]

  6. 很棒的說明阿,雖然文章快十年了但還是很受用

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