32位应用程序转64位笔记

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正文

最近做一些32位应用程序编译到64位应用的工作，环境是centos 7.9，程序都是用c语言编写，使用gcc编译。

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  • 查看gcc版本
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# gcc -v
Using built-in specs.
COLLECT_GCC=gcc
COLLECT_LTO_WRAPPER=/usr/libexec/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/lto-wrapper
Target: x86_64-redhat-linux
Configured with: ../configure --prefix=/usr --mandir=/usr/share/man --infodir=/usr/share/info --with-bugurl=http://bugzilla.redhat.com/bugzilla --enable-bootstrap --enable-shared --enable-threads=posix --enable-checking=release --with-system-zlib --enable-__cxa_atexit --disable-libunwind-exceptions --enable-gnu-unique-object --enable-linker-build-id --with-linker-hash-style=gnu --enable-languages=c,c++,objc,obj-c++,java,fortran,ada,go,lto --enable-plugin --enable-initfini-array --disable-libgcj --with-isl=/builddir/build/BUILD/gcc-4.8.5-20150702/obj-x86_64-redhat-linux/isl-install --with-cloog=/builddir/build/BUILD/gcc-4.8.5-20150702/obj-x86_64-redhat-linux/cloog-install --enable-gnu-indirect-function --with-tune=generic --with-arch_32=x86-64 --build=x86_64-redhat-linux
Thread model: posix
gcc version 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-39) (GCC)
  • 查看系统位数
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# uname -a
Linux d5c159febf78 5.4.0-109-generic #123-Ubuntu SMP Fri Apr 8 09:10:54 UTC 2022 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux
# getconf WORD_BIT
32
# getconf LONG_BIT
64

x86_64代表系统是64位的；通过查看WORD_BIT和LONG_BIT也可以判断，32位系统两者均为32，64位系统其值分别为32和64。

  • 查看文件的位数

    • 方法1：file filename

    • 方法2：readelf -h filename

编译

64位的gcc，默认编译64位程序，如果需要编译32位，那么添加-m32即可

修改原则

修改参考以下内容，后续从中选择补充到本文

转换应用程序以适用于 64 位环境

实际修订的内容总结

本节内容根据实际遇到的问题编写

va_list

定义不同

va_list在c里面用于可变参数，在32位应用场景下编译是一个指针，而在64位应用中的实现则是一个结构体。

因此，在32位程序中可以直接赋值，也可以重复使用va_list变量；但是如果进行64位编译，那么连编译都无法通过。

va_list位于stdarg.h

查看stdarg.h文件:

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/*===---- stdarg.h - Variable argument handling ----------------------------===
 *
 * Part of the LLVM Project, under the Apache License v2.0 with LLVM Exceptions.
 * See https://llvm.org/LICENSE.txt for license information.
 * SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 WITH LLVM-exception
 *
 *===-----------------------------------------------------------------------===
 */

#ifndef __STDARG_H
#define __STDARG_H

#ifndef _VA_LIST
typedef __builtin_va_list va_list;
#define _VA_LIST
#endif
#define va_start(ap, param) __builtin_va_start(ap, param)
#define va_end(ap)          __builtin_va_end(ap)
#define va_arg(ap, type)    __builtin_va_arg(ap, type)

/* GCC always defines __va_copy, but does not define va_copy unless in c99 mode
 * or -ansi is not specified, since it was not part of C90.
 */
#define __va_copy(d,s) __builtin_va_copy(d,s)

#if __STDC_VERSION__ >= 199901L || __cplusplus >= 201103L || !defined(__STRICT_ANSI__)
#define va_copy(dest, src)  __builtin_va_copy(dest, src)
#endif

#ifndef __GNUC_VA_LIST
#define __GNUC_VA_LIST 1
typedef __builtin_va_list __gnuc_va_list;
#endif

#endif /* __STDARG_H */

发现定义还是比较简单，__builtin_va_list看起来和平台有关，继续找实现没有找到很具体的。参考别人的博客linux c va_list 32位和64位的差异和自己用gdb看到的数据结构

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p *stAp
$2 = {gp_offset = 48, fp_offset = 48, overflow_arg_area = 0x7fffc73ea210, reg_save_area = 0x7fffc73ea140}

基本可以确定在32位系统下，va_list的定义如下:

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//此处只是示意，并非实际定义
typedef va_list char**;

在64位系统中，va_list是一个结构体数组，通过数组记录偏移量

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// 此处只是示意，并非实际定义
typedef struct
{
    unsigned int gp_offset;
    unsigned int fp_offset;
    void *		 overflow_arg_area;
    void *		 reg_save_area;
} va_list[1];

用法修改

  • 直接赋值

    • stdarg.h提供了va_copy()接口用于复制va_list

    • 错误用法(指32位允许,64位不允许)

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      va_list bak = p_list;

    • 正确的用法

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      va_list bak;

      va_copy(bak, p_list);
      //use bak do somethine
      va_end(bak);

  • 重复使用

    • 类似vsnprintf()一类的接口会修改va_list的偏移量。由于在32位系统下va_list是一个指针，因此传入接口的值传递不影响调用方重复使用;但是在64位应用程序当中，传入va_list结构体会使得内部偏移量变化，在重复使用时就会指到错误的内存地址

    • 错误用法

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      va_list p_list;

      va_start(p_list, fmt);
      //重复调用
      vsnprintf(..., p_list);
      vsnprintf(..., p_list);
      va_end(p_list);

    • 正确用法

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      va_list p_list;
      va_list bak;

      va_start(p_list, fmt);
      //重复调用
      va_copy(bak, p_list);
      vsnprintf(..., p_list);
      va_end(p_list);
      vsnprintf(..., bak);
      va_end(bak);

32位类型和64位类型的转换

在32位应用程序当中，int，long，指针均为32位；但是在64位应用程序中，int为32位，long和指针变成了64位。由于位数的变化，部分变量间的转换会出现问题。下面举例一部分不好的地方：

问题一：用void *指针存储数值

void *指针不指定类型，在32位应用中有不少图方便直接用其存储数值的使用，在编译成64位时会引发gcc警告。

解决方案一：数值存储前先转换成intptr_t类型

解决方案二：非临时变量传给void *其地址

问题二：用int型直接存储了指针

由于32位应用int和指针长度一样，可以指针存储指针，有时也做指针用int存储的操作。编译成64位应用时，指针就会被截断导致无效。如果一定要存储用intptr_t存储

问题三：只是需要布尔值

代码片段

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__RegResponse(arg1, arg2, (int) p, p);

此处第3个参数在函数的实现当中只是做一个布尔值的逻辑判断，此处强转为整形在64位下会引发gcc警告。可以直接使用!!对p指针做两次逻辑运算，自然获得了合法的布尔值，如下：

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__RegResponse(arg1, arg2, !!p, p);

问题四：位数变化导致隐式强转结果错误

代码片段：

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intptr_t *dst = data + HEAD_ALL_LEN;

dst[0] = ntohl(dst[0]);
dst[1] = ntohl(dst[1]);

if (dst[0] == -1) {
    ...
}

此处intptr_t在32位应用中为有符号32位整数，当编译成64位时，变成了64位有符号整数。而ntohl的返回值是无符号32位整数。

dst[0]中存储的值为网络字节序的 -1, 转换成主机字节序的u32数据时，其值为UINT32_MAX。这个值在强制类型转换为有符号32位整数时，自动就编码成了-1，结果正确；但是在64位应用中，低32位完全可以容纳UINT32_MAX，导致其值不为 -1，使得程序逻辑出现问题。

问题五：%ld和%lld

使用printf指定格式的时候，64位变量在32位应用要用%lld，但是在64位应用只需要%ld即可。为了解决这种不一致问题，可以使用%"PRId32和%"PRId64代替。

笔记
#gcc #c语言
32位应用程序转64位笔记
http://nyamori.icu/2022/05/27/32位应用程序转64位笔记/
作者
Nyamori
发布于
2022年5月27日
许可协议