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如何在预处理器中检测X32 ABI或环境？

cgccclangc-preprocessorlinux-x32-abi
3

X32是一种ABI，用于使用32位指针的amd64/x86_64 CPU。其思想是将x86_64的较大寄存器集与32位指针带来的较小内存和缓存占用相结合。它可以提供高达40%的加速效果。有关详细信息和将其设置为chroot环境，请参见Stack Overflow上的x86、x32和x64架构的区别以及Debian X32 Ports wiki页面。

我们从一个Debian维护者那里收到了一个关于该环境下的错误报告。报告显示adcq是一条非法指令。内联汇编是基于预处理器宏激活的，因此我们没有正确地（或更准确地说，直到现在都没有）检测到X32。

对我来说，最明显的预处理器宏选择是像__X32__这样的东西，但这并没有被提供。根据Clang的补丁和Debian的建议，似乎可以使用__ILP32__。但我想要一个更加规范的答案，因为_ILP32和__code_model_small__也很有趣。（而且我知道SSE2存在问题，编译器支持它，但操作系统不支持）。

在使用Clang和GCC时，可以用哪些预处理器宏可靠地检测到X32 ABI和环境？

明确一点，我现在并不打算修复代码。我只想知道可以在完整的纠正中使用哪些宏。

# cpp -dM < /dev/null | sort
#define __amd64 1
#define __amd64__ 1
#define __ATOMIC_ACQ_REL 4
#define __ATOMIC_ACQUIRE 2
#define __ATOMIC_CONSUME 1
#define __ATOMIC_HLE_ACQUIRE 65536
#define __ATOMIC_HLE_RELEASE 131072
#define __ATOMIC_RELAXED 0
#define __ATOMIC_RELEASE 3
#define __ATOMIC_SEQ_CST 5
#define __BIGGEST_ALIGNMENT__ 16
#define __BYTE_ORDER__ __ORDER_LITTLE_ENDIAN__
#define __CHAR16_TYPE__ short unsigned int
#define __CHAR32_TYPE__ unsigned int
#define __CHAR_BIT__ 8
#define __code_model_small__ 1
#define __DBL_DECIMAL_DIG__ 17
#define __DBL_DENORM_MIN__ ((double)4.94065645841246544177e-324L)
#define __DBL_DIG__ 15
#define __DBL_EPSILON__ ((double)2.22044604925031308085e-16L)
#define __DBL_HAS_DENORM__ 1
#define __DBL_HAS_INFINITY__ 1
#define __DBL_HAS_QUIET_NAN__ 1
#define __DBL_MANT_DIG__ 53
#define __DBL_MAX_10_EXP__ 308
#define __DBL_MAX__ ((double)1.79769313486231570815e+308L)
#define __DBL_MAX_EXP__ 1024
#define __DBL_MIN_10_EXP__ (-307)
#define __DBL_MIN__ ((double)2.22507385850720138309e-308L)
#define __DBL_MIN_EXP__ (-1021)
#define __DEC128_EPSILON__ 1E-33DL
#define __DEC128_MANT_DIG__ 34
#define __DEC128_MAX__ 9.999999999999999999999999999999999E6144DL
#define __DEC128_MAX_EXP__ 6145
#define __DEC128_MIN__ 1E-6143DL
#define __DEC128_MIN_EXP__ (-6142)
#define __DEC128_SUBNORMAL_MIN__ 0.000000000000000000000000000000001E-6143DL
#define __DEC32_EPSILON__ 1E-6DF
#define __DEC32_MANT_DIG__ 7
#define __DEC32_MAX__ 9.999999E96DF
#define __DEC32_MAX_EXP__ 97
#define __DEC32_MIN__ 1E-95DF
#define __DEC32_MIN_EXP__ (-94)
#define __DEC32_SUBNORMAL_MIN__ 0.000001E-95DF
#define __DEC64_EPSILON__ 1E-15DD
#define __DEC64_MANT_DIG__ 16
#define __DEC64_MAX__ 9.999999999999999E384DD
#define __DEC64_MAX_EXP__ 385
#define __DEC64_MIN__ 1E-383DD
#define __DEC64_MIN_EXP__ (-382)
#define __DEC64_SUBNORMAL_MIN__ 0.000000000000001E-383DD
#define __DEC_EVAL_METHOD__ 2
#define __DECIMAL_BID_FORMAT__ 1
#define __DECIMAL_DIG__ 21
#define __ELF__ 1
#define __FINITE_MATH_ONLY__ 0
#define __FLOAT_WORD_ORDER__ __ORDER_LITTLE_ENDIAN__
#define __FLT_DECIMAL_DIG__ 9
#define __FLT_DENORM_MIN__ 1.40129846432481707092e-45F
#define __FLT_DIG__ 6
#define __FLT_EPSILON__ 1.19209289550781250000e-7F
#define __FLT_EVAL_METHOD__ 0
#define __FLT_HAS_DENORM__ 1
#define __FLT_HAS_INFINITY__ 1
#define __FLT_HAS_QUIET_NAN__ 1
#define __FLT_MANT_DIG__ 24
#define __FLT_MAX_10_EXP__ 38
#define __FLT_MAX__ 3.40282346638528859812e+38F
#define __FLT_MAX_EXP__ 128
#define __FLT_MIN_10_EXP__ (-37)
#define __FLT_MIN__ 1.17549435082228750797e-38F
#define __FLT_MIN_EXP__ (-125)
#define __FLT_RADIX__ 2
#define __FXSR__ 1
#define __GCC_ATOMIC_BOOL_LOCK_FREE 2
#define __GCC_ATOMIC_CHAR16_T_LOCK_FREE 2
#define __GCC_ATOMIC_CHAR32_T_LOCK_FREE 2
#define __GCC_ATOMIC_CHAR_LOCK_FREE 2
#define __GCC_ATOMIC_INT_LOCK_FREE 2
#define __GCC_ATOMIC_LLONG_LOCK_FREE 2
#define __GCC_ATOMIC_LONG_LOCK_FREE 2
#define __GCC_ATOMIC_POINTER_LOCK_FREE 2
#define __GCC_ATOMIC_SHORT_LOCK_FREE 2
#define __GCC_ATOMIC_TEST_AND_SET_TRUEVAL 1
#define __GCC_ATOMIC_WCHAR_T_LOCK_FREE 2
#define __GCC_HAVE_DWARF2_CFI_ASM 1
#define __GCC_HAVE_SYNC_COMPARE_AND_SWAP_1 1
#define __GCC_HAVE_SYNC_COMPARE_AND_SWAP_2 1
#define __GCC_HAVE_SYNC_COMPARE_AND_SWAP_4 1
#define __GCC_HAVE_SYNC_COMPARE_AND_SWAP_8 1
#define __GCC_IEC_559 2
#define __GCC_IEC_559_COMPLEX 2
#define __GNUC__ 5
#define __GNUC_MINOR__ 2
#define __GNUC_PATCHLEVEL__ 1
#define __GNUC_STDC_INLINE__ 1
#define __gnu_linux__ 1
#define __GXX_ABI_VERSION 1009
#define __has_include_next(STR) __has_include_next__(STR)
#define __has_include(STR) __has_include__(STR)
#define __ILP32__ 1
#define _ILP32 1
#define __INT16_C(c) c
#define __INT16_MAX__ 0x7fff
#define __INT16_TYPE__ short int
#define __INT32_C(c) c
#define __INT32_MAX__ 0x7fffffff
#define __INT32_TYPE__ int
#define __INT64_C(c) c ## LL
#define __INT64_MAX__ 0x7fffffffffffffffLL
#define __INT64_TYPE__ long long int
#define __INT8_C(c) c
#define __INT8_MAX__ 0x7f
#define __INT8_TYPE__ signed char
#define __INT_FAST16_MAX__ 0x7fffffff
#define __INT_FAST16_TYPE__ int
#define __INT_FAST32_MAX__ 0x7fffffff
#define __INT_FAST32_TYPE__ int
#define __INT_FAST64_MAX__ 0x7fffffffffffffffLL
#define __INT_FAST64_TYPE__ long long int
#define __INT_FAST8_MAX__ 0x7f
#define __INT_FAST8_TYPE__ signed char
#define __INT_LEAST16_MAX__ 0x7fff
#define __INT_LEAST16_TYPE__ short int
#define __INT_LEAST32_MAX__ 0x7fffffff
#define __INT_LEAST32_TYPE__ int
#define __INT_LEAST64_MAX__ 0x7fffffffffffffffLL
#define __INT_LEAST64_TYPE__ long long int
#define __INT_LEAST8_MAX__ 0x7f
#define __INT_LEAST8_TYPE__ signed char
#define __INT_MAX__ 0x7fffffff
#define __INTMAX_C(c) c ## LL
#define __INTMAX_MAX__ 0x7fffffffffffffffLL
#define __INTMAX_TYPE__ long long int
#define __INTPTR_MAX__ 0x7fffffff
#define __INTPTR_TYPE__ int
#define __k8 1
#define __k8__ 1
#define __LDBL_DENORM_MIN__ 3.64519953188247460253e-4951L
#define __LDBL_DIG__ 18
#define __LDBL_EPSILON__ 1.08420217248550443401e-19L
#define __LDBL_HAS_DENORM__ 1
#define __LDBL_HAS_INFINITY__ 1
#define __LDBL_HAS_QUIET_NAN__ 1
#define __LDBL_MANT_DIG__ 64
#define __LDBL_MAX_10_EXP__ 4932
#define __LDBL_MAX__ 1.18973149535723176502e+4932L
#define __LDBL_MAX_EXP__ 16384
#define __LDBL_MIN_10_EXP__ (-4931)
#define __LDBL_MIN__ 3.36210314311209350626e-4932L
#define __LDBL_MIN_EXP__ (-16381)
#define __linux 1
#define __linux__ 1
#define linux 1
#define __LONG_LONG_MAX__ 0x7fffffffffffffffLL
#define __LONG_MAX__ 0x7fffffffL
#define __MMX__ 1
#define __NO_INLINE__ 1
#define __ORDER_BIG_ENDIAN__ 4321
#define __ORDER_LITTLE_ENDIAN__ 1234
#define __ORDER_PDP_ENDIAN__ 3412
#define __PRAGMA_REDEFINE_EXTNAME 1
#define __PTRDIFF_MAX__ 0x7fffffff
#define __PTRDIFF_TYPE__ int
#define __REGISTER_PREFIX__ 
#define __SCHAR_MAX__ 0x7f
#define __SHRT_MAX__ 0x7fff
#define __SIG_ATOMIC_MAX__ 0x7fffffff
#define __SIG_ATOMIC_MIN__ (-__SIG_ATOMIC_MAX__ - 1)
#define __SIG_ATOMIC_TYPE__ int
#define __SIZE_MAX__ 0xffffffffU
#define __SIZEOF_DOUBLE__ 8
#define __SIZEOF_FLOAT128__ 16
#define __SIZEOF_FLOAT__ 4
#define __SIZEOF_FLOAT80__ 16
#define __SIZEOF_INT128__ 16
#define __SIZEOF_INT__ 4
#define __SIZEOF_LONG__ 4
#define __SIZEOF_LONG_DOUBLE__ 16
#define __SIZEOF_LONG_LONG__ 8
#define __SIZEOF_POINTER__ 4
#define __SIZEOF_PTRDIFF_T__ 4
#define __SIZEOF_SHORT__ 2
#define __SIZEOF_SIZE_T__ 4
#define __SIZEOF_WCHAR_T__ 4
#define __SIZEOF_WINT_T__ 4
#define __SIZE_TYPE__ unsigned int
#define __SSE__ 1
#define __SSE2__ 1
#define __SSE2_MATH__ 1
#define __SSE_MATH__ 1
#define __STDC__ 1
#define __STDC_HOSTED__ 1
#define __STDC_IEC_559__ 1
#define __STDC_IEC_559_COMPLEX__ 1
#define __STDC_ISO_10646__ 201103L
#define __STDC_NO_THREADS__ 1
#define _STDC_PREDEF_H 1
#define __STDC_UTF_16__ 1
#define __STDC_UTF_32__ 1
#define __STDC_VERSION__ 201112L
#define __UINT16_C(c) c
#define __UINT16_MAX__ 0xffff
#define __UINT16_TYPE__ short unsigned int
#define __UINT32_C(c) c ## U
#define __UINT32_MAX__ 0xffffffffU
#define __UINT32_TYPE__ unsigned int
#define __UINT64_C(c) c ## ULL
#define __UINT64_MAX__ 0xffffffffffffffffULL
#define __UINT64_TYPE__ long long unsigned int
#define __UINT8_C(c) c
#define __UINT8_MAX__ 0xff
#define __UINT8_TYPE__ unsigned char
#define __UINT_FAST16_MAX__ 0xffffffffU
#define __UINT_FAST16_TYPE__ unsigned int
#define __UINT_FAST32_MAX__ 0xffffffffU
#define __UINT_FAST32_TYPE__ unsigned int
#define __UINT_FAST64_MAX__ 0xffffffffffffffffULL
#define __UINT_FAST64_TYPE__ long long unsigned int
#define __UINT_FAST8_MAX__ 0xff
#define __UINT_FAST8_TYPE__ unsigned char
#define __UINT_LEAST16_MAX__ 0xffff
#define __UINT_LEAST16_TYPE__ short unsigned int
#define __UINT_LEAST32_MAX__ 0xffffffffU
#define __UINT_LEAST32_TYPE__ unsigned int
#define __UINT_LEAST64_MAX__ 0xffffffffffffffffULL
#define __UINT_LEAST64_TYPE__ long long unsigned int
#define __UINT_LEAST8_MAX__ 0xff
#define __UINT_LEAST8_TYPE__ unsigned char
#define __UINTMAX_C(c) c ## ULL
#define __UINTMAX_MAX__ 0xffffffffffffffffULL
#define __UINTMAX_TYPE__ long long unsigned int
#define __UINTPTR_MAX__ 0xffffffffU
#define __UINTPTR_TYPE__ unsigned int
#define __unix 1
#define __unix__ 1
#define unix 1
#define __USER_LABEL_PREFIX__ 
#define __VERSION__ "5.2.1 20150911"
#define __WCHAR_MAX__ 0x7fffffffL
#define __WCHAR_MIN__ (-__WCHAR_MAX__ - 1)
#define __WCHAR_TYPE__ long int
#define __WINT_MAX__ 0xffffffffU
#define __WINT_MIN__ 0U
#define __WINT_TYPE__ unsigned int
#define __x86_64 1
#define __x86_64__ 1
1
你确定是 adcq 出了问题吗？x32 支持本地64位算术运算。 - EOF
EOF - 是的，我非常确定那是指令。 - jww
无法重现。我在x32中编写了一个小程序，使用了内联汇编adcq。没有错误。 - EOF
@EOF - 您可以使用Crypto++ 5.6.3 Release Candidate available (RC3)进行复制。下载链接已包含在公告中。(但我认为问题一直存在;现在终于得到了测试)。但是，要明确的是，我想专注于手头的问题：从预处理器中正确检测X32。(我仍然记得SSE2，编译器支持它，但操作系统不支持)。 - jww
@EOF - 没问题。我添加了一个下载链接。你只需要执行 unzip -a cryptopp563rc3.zip -d <dir>，然后 cd <dir>，接着执行 make 命令即可。Crypto++ 没有外部依赖，所以不需要 Autotools、Boost 等。只要 cd && make 即可。 - jww
2
我认为你已经使用_IPL32(或者__ILP32__)联合__x86_64__来覆盖它了。听起来像是库没有正确确定本机的“字”大小在这种情况下为[unsigned] long long;否则，gcc和clang会定义_LP64。你需要修复代码或提交错误报告。 - Brett Hale
2个回答
5

没有一个预定义宏明确指定 x32 环境。通过比较 cpp -dM 和 cpp -dM -mx32 的输出，可以发现符号 _ILP32 和 __ILP32__ 仅在 x32 中定义，而符号 _LP64 和 __LP64__ 仅在没有 x32 的 x86_64 中定义。许多其他预定义宏在两个环境中具有不同的值。

我认为在编译时检查 __x86_64__ 和 SIZE_MAX 宏最直接的方法是检查 x32。前者由 gcc 预定义（或未预定义），后者在 <stdint.h> 中定义。

下面的程序演示了这一点。它在 x86_64 系统上使用 gcc -m64、gcc -m32 和 gcc -mx32 正常工作，在非 x86_64 系统（SPARC）上使用 gcc 也可以正常工作。

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
int main(void) {
#ifdef __x86_64__
    #if SIZE_MAX == 0xFFFFFFFF
        puts("This is x32");
    #else
        puts("This is x86_64 but not x32");
    #endif
#else
    puts("This is not x64_64");
#endif
}
谢谢Keith，我忘记了这个问题。当使用32位数据模型时（与GCC、ICC和Comeau不同），Clang会定义__ILP32__，因此它会出现在许多地方，如i686。同时，__ILP32__可以根据需要在其他平台上定义，比如AARCH64/ARM64。所以要检测X32，我们需要查找__ILP32__和(__x86_64__或__amd64__)中的一个。如果您更新了您的答案，我很乐意接受。 - jww
@jww：__ILP32__ 也可以，但我认为使用 SIZE_MAX 更清晰。 - Keith Thompson
1

看起来Debian页面已经更新了。
来自https://wiki.debian.org/X32Port

当目标为X32时，会定义X32和x86_64预处理器宏。要检测X32，应该使用__ILP32__和__x86_64__而不是__amd64__、__x86_64__或__LP64__。

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