Writing portable code regarding the processor architecture/zh CN

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编写处理器架构无关的可移植代码

在编写处理器架构无关的可移植代码时，主要问题有：字节序、32 位或 64 bit 位处理器。

字节序

字节序是指处理器如何存储超过单个字节的数据（比如 16/32/64 位整数）。

Free Pascal 支持两种字节序的处理器：

1. 低位存于低地址；longint(4) 编码为 04 00 00 00 （小端序）
2. 高位存于地地址；longint(4) 编码为 00 00 00 04 （大端序）

旁注：

中端序（也称混合序）处理器目前已很少见了。最有名的中端序处理器是 DEC 的 PDP-11，但已作古。

每种系列的处理器通常会固定采用一种字节序，但有些系列处理器能根据主板的不同而采用大端或小端序（如ARM、PPC）。

最有名的小端序处理器系列就是用于 PC 的 x86，以及其兄弟 x86-64。典型的大端序处理器有 PPC（通常情况下，参阅上注）、m68k、诸如 HP3000 之类的小型机、诸如 IBM 370（Z 系列）之类的大型机。

因为 TCP/IP 规定了所有网络协议头部结构都应该是大端序，所以有时大端序也被称做“网络序”。

在以下情况下，字节序十分的重要：

1. 在不同架构的处理器之间交换数据
2. 访问同一块数据，有时视作较大类型（如整数）的数组，有时又要视作字节数组

以下是后一种情况的示例

type
  Q = record
    case Boolean of
      True: (i: Integer);
      False: (p: array[1..4] of Byte);
  end;
 
var 
  x:^Q;
 
begin
  // 首先显示一下编译器识别出来的字节序
  {$IFDEF ENDIAN_LITTLE}
  Writeln('The compiler has compiled this program for Little Endian machines (such as Intel x86, ARMEL)');
  {$ENDIF}
  {$IFDEF ENDIAN_BIG}
  Writeln('The compiler has compiled this program for Big Endian machines (such as PowerPC, ARMEB)');
  {$ENDIF}  
  New(x);
  x^.i := 5;
  if x^.p[1] = 5 then
    WriteLn(x^.p[1],' Your machine is Little Endian')
  else
  if x^.p[4] = 5 then
    WriteLn(x^.p[1],' Your machine is Big Endian')
  else
    WriteLn(x^.p[1],' ',x^.p[2],' ',x^.p[3],' ',x^.p[4],' Your machine''s endianness is indeterminate; please report the results to the compiler development team');  
  WriteLn;
 
  { 暂停一下，便于用户查看结果 }
  Write('Press Enter when you finish reading this');
  ReadLn;
end.

在小端序机器（PC）中，上述代码将会输出 '5'（因为 longint(5) 在内存中存为 05 00 00 00），而在大端序机器上（如 Powermac）则会显示 '0'（因为 longint(5) 在内存中存为 00 00 00 05）。（如果显示 indeterminate，请在本 wiki 页报告，并注明处理器型号和显示的内容！）

若要检测处理器的字节序，请使用 ENDIAN_BIG 或 ENDIAN_LITTLE（自 1.9 版起还可用 FPC_LITTLE_ENDIAN 和 FPC_BIG_ENDIAN），Free Pascal 会自动根据处理器进行定义。

改变字节序

system 单元中包含了将指定字节序转换为本机（CPU）字节序的函数，大端序（BEtoN、 NtoBE）,小端序为（LEtoN、NtoLE），还有 SwapEndian。

很多网络库（如 Synapse）都提供了自己的转换函数，以供在网络和主机之间转换字节序。

内存对齐

有些处理器允许处理未对齐的数据，只是会降低性能（IBM 370/Z 系列）。而有些处理器在数据未对齐时则会触发硬件异常（如 Alpha 和 ARM）。有时操作系统会捕获这类硬件异常并通过模拟器进行修复，但处理过程会非常缓慢，应该尽量避免。未对齐的数据还会导致记录大小不一致，因此一定要用 sizeof(记录类型); 作为记录的大小。如果定义的是 packed record，请尽量确保数据的自然对齐。有些处理器（如老款 PowerPC）只会对特定的数据类型有对齐的要求，比如浮点数。

若要知道 CPU 是否要求数据对齐，可以检测 FPC_REQUIRES_PROPER_ALIGNMENT（1.9 及以上版本）。在32位 CPU 中，通常意味着小于 4 字节的数据必须自然对齐。 如果要访问未对齐的数据，请在处理之前用 move 将其转移至对齐的内存区域。move 函数会检查未对齐数据并进行妥善处理。

对齐有以下多种策略：

• 每个字段都对齐至某值的倍数（通常是2的幂，1、2、4、8。1 等同于 packed）
• 在每个字段前填充值，确保按自身大小的倍数对齐（longint 按4字节对齐，int64 按8字节对齐，依此类推）。通常这会由 C 编译器完成，因此 FPC 称为 {$packrecords C}。

（对于 数组 或是 嵌套记录，会按最大子项对齐）

macOS 中的 {$packrecords C} 貌似在末尾填充了整条记录，使其达到一定大小。此问题还在调查中，以后可能会在编译器中修复。

32 位 和 64 位

为了最大程度保持与老旧代码的兼容性，在从 32 位转为 64 位时，FPC 不会更改预定义数据类型的大小（如 integer、longint 或 word）。但在 64 位架构中，指针的大小为 8 个字节，因此像 longint(pointer(p)) 这种代码必定会崩溃。但为了支持可移植代码的编写，FPC 的 system 单元引入了 PtrInt 和 PtrUInt 类型，表示有符号和无符号整数，大小与指针相同。

请记住，修改 "pointer" 类型的大小也会影响其指向的记录大小。如果记录大小是固定的，而不是通过 new 或 getmem (<x>,sizeof(<x>)) 分配内存的，那就必须对修改指针的代码进行修正。

上述规则与大多数开放 Unix 平台一致。不过在商用领域有一些例外，比如 Tru64 和 ILP64。

函数调用约定

一般而言：请勿依赖内部代码，例如 const 参数的传入是通过栈还是直接传值。

修饰符	顺序	栈的清理者	对齐方式	寄存器值保存吗？
none	从左到右	函数	默认值	否
Register	从左到右	函数	默认值	否
CDecl	从右到左	调用方	GCC 对齐	GCC 寄存器
Interrupt	从右到左	函数	默认值	全部寄存器
Pascal	从左到右	函数	默认值	否
SafeCall	从右到左	函数	默认值	GCC 寄存器
StdCall	从右到左	函数	GCC 对齐	GCC 寄存器
OldFPCCall	从右到左	调用方	默认值	否

详细信息和其他约定，请参阅 $CALLING。

各种处理器架构下的大小限制

处理器架构	参数	本地变量
i386	64 KiB	没有限制
AMD64/x86-64	64 KiB	没有限制
Motorola 68000	32 KiB	32 kiB
Motorola 68020	32 KiB	没有限制
PPC	没有限制	没有限制
ARM	没有限制	没有限制
SPARC	没有限制	没有限制

大型机

关于 IBM 370 Z 系列，更多内容请参阅 ZSeries。

x86

在 x86 处理器上，通常所有参数都通过堆栈传递。但在 Free Pascal 中，首选采用 FastCall 或 Register 约定（Darwin 和 macOS 除外）。与 Delphi 兼容的 Register 约定规定了前三个值或单地址参数通过寄存器 EAX、EDX 和 ECX 传递。

PPC

由于 PowerPC 架构拥有大量寄存器，因此大多数函数的单级调用可用寄存器传递所有参数。必要时会用栈传递其他参数。如果是多级调用且必须保存寄存器值，则一定会在栈上为基于寄存器的参数额外分配空间。

PPC 处理器采用标准的 AIX 或 SysV 调用约定。详情请参阅 PPC Calling conventions。

68K

68K 处理器支持 CDecl 和 Pascal 约定。68K 栈帧模型是具有帧指针（FP）和堆栈指针（SP）的传统向下增长栈。68K 硬件对栈中的参数强制执行 16 位对齐。详情请参阅68K 与 PowerPC 的对比。

大多数 Macintosh Toolbox 函数（经典 Mac OS 的高层函数）都推荐 Pascal 式的调用，尽管一些较新的管理器遵循 C 约定。Macintosh 操作系统函数（经典 Mac OS 的底层函数）会将调用结果放入寄存器中，也从寄存器中读取结果。

Pascal 函数刚被调用时，返回地址位于栈顶。随后函数会用 LINK 指令创建一个栈帧，并将临时寄存器中的值保存其中，因此在函数刚开始执行时的栈将如下所示：

	返回值
	第一个实参
	...
	最后一个实参
	指向 opt 的静态链接
	返回地址
A6	前一个 A6 寄存器
	本地变量
SP	保存的寄存器值

参考

• THINK Pascal 用户手册，Symantec Corporation, Cupertino, 1988
• Physinfo, Université libre de Bruxelles: PowerPC 函数调用约定, 68K vs. PowerPC （改编自 Apple Developer University）

参阅

• [[Multiplatform Programming Guide]|跨平台编程指南]