64ビットデータモデル

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64ビットデータモデル

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/02/14 02:30 UTC 版)

「64ビット」の記事における「64ビットデータモデル」の解説

C言語およびC++では、char型を除く組み込みの整数型（short型、int型やlong型）は、最低限のビット数や大小関係しか規定していない。C99規格およびC++11規格では、int32_t や int64_t などビット数を規定した固定幅整数型（およびにて定義される）を追加し、また64ビット以上の値を表現できることが保証されるlong long型を追加した。 C言語等で書かれたソフトウェアを32ビットアーキテクチャから64ビットアーキテクチャへ変換することの困難さは様々である。よく言われる問題は、プログラマがしばしば、ポインタとintあるいはlongが同じ大きさだという前提でコードを書いていることである。つまり、ポインタとintあるいはlongとの型変換で、情報が失われないものと仮定している。これは32ビットから64ビットへの移行期に始まった問題ではなく、16ビットから32ビットへの移行期にも問題を起こしてきた。しかし、32ビットミニコンに始まり、ワークステーションを経て、昨今の高性能パソコンにおける32ビットOSまで、主要な環境が長らくの間、どちらも同じ32ビットであるとしてかまわなかったため、多くのコードが32ビット環境前提で書かれてきた。しかし、64ビット環境ではしばしば、この仮定は真ではない。C/C++では、特にこの種の間違いを犯しやすい。C89とC99の差異も問題を悪化させている。 C/C++での間違いを防ぐには、基本データ型のサイズによって判断する必要があるときは、コンパイル時も実行時もsizeofで常にサイズを確認するようにすればよい。また、C99のやC++のヘッダにあるnumeric_limitsクラスも役立つ。sizeofはサイズをcharの個数でしか表さないが、limits.hには例えばint型の最大値INT_MAXなどが定義されている。なお、char型のサイズは標準ではCHAR_BITマクロで定義されることになっており、その値は実装依存とされている。しかし、DSPをターゲットとするコンパイラ以外では、64ビットはchar型8個であり、char型は8ビット、というのが普通である。 2つのポインタの差を表す場合、に定義されてあるptrdiff_t型を使う必要がある。int型やlong型を使うのは間違いである。ポインタを整数で表す場合はintptr_tまたはuintptr_tを使う（C99およびC++11で標準化されたが、コンパイラによってはそれ以前の標準に準拠していても、独自拡張によってこの型を定義していることがある）。 多くの32ビットマシンのプログラミング環境であるILP32データモデルでは、int型、long型、ポインタは全て32ビット幅である。 しかし、64ビットマシンのプログラミング環境では、int型は32ビットのままだが、long型とポインタは64ビット幅のLP64データモデルや、int型も64ビット幅になるILP64データモデルを採用している。しかし、修正の必要がある箇所はほとんどの場合わずかであり、うまく書かれたプログラムは単に再コンパイルするだけで済む。別のデータモデルとしてLLP64がある。これは、long long型とポインタだけが64ビット幅になっているもので、int型やlong型は32ビットのままである。long long型はどんなプラットフォームでも（32ビット環境でも）常に64ビット幅以上である。 今日では、多くの64ビットコンパイラがLP64モデルを採用している（Solaris、AIX、macOS、z/OS のネイティブコンパイラなど）。マイクロソフトのVisual C++コンパイラはLLP64モデルである。LP64モデルの欠点は、long型の値をint型変数に代入するときにオーバーフローが発生する可能性がある点である。一方、ポインタをlong型にキャストすることが可能である。LLP64モデルは、これとは逆になる。標準に完全準拠したコードでは、どのデータモデルであっても影響はないが、実際には整数型の幅を暗黙のうちに仮定してコードを書いていることが多い。なお、これらのモデルはコンパイラ毎にどれを採用するかという問題であり、同一OS上でこれらが混在することは可能である。しかし、OSのAPIがどのモデルを選択するかで、そのOSでよく使われるデータモデルが決まる傾向がある。MinGW環境のGCCはLLP64を採用する。 デバイスドライバがどのデータモデルを採用するかも重要な問題である。ドライバはデータ操作にポインタを頻繁に使い、DMAのためにハードウェアに対して特定幅のポインタをロードする必要がある。例えば、32ビットPCIデバイスのドライバは、4GiBを超える位置にあるメモリとの間でDMAを行うことができない（デバイスのDMAレジスタは32ビット幅であるため）。このため、OSがそのドライバに対して要求を行う際にそのような制限を考慮するか、IOMMUを使う必要がある。 16, 32, 64ビットデータモデルデータモデルshortintlonglong longポインタ処理系C++標準16以上 16以上 32以上 64以上 LLP6416 32 32 64 64 Microsoft Win64 (x64/IA-64) LP6416 32 64 64 64 ほとんどのUNIXとUnix系OS (Solaris, Linux, etc.) ILP6416 64 64 64 64 HAL Computer Systems port of Solaris to the SPARC64、等 SILP6464 64 64 64 64 ILP3216 32 32 64 32 一般的な32ビット環境 LP3216 16 32 64 32 I16LP3216 16 32 32 一般的な16ビット環境（farポインタ） IP16L3216 16 32 16 一般的な16ビット環境（nearポインタ）