OS 7: 如何為iPhone 5S編譯64位應用。

theFeng-發表於2014-10-17
iPhone編譯
隨著iPhone 5S的推出，大家開始關心5S上所使用的64位CPU A7。

除了關心A7的效能以外，大家還會關心一個問題，那就是使用A7的64位系統對應用有沒有什麼要求。特別是應用開發者，大家都比較關心我們的應用如何遷移到64位的系統上來，以充分發揮A7的能力。其實這些問題都可以在蘋果的官方文件《64-Bit transition Guide for Cocoa Touch》中找到答案。

為了大家方便，我將《64-Bit transition Guide for Cocoa Touch》中的一些重點整理了一下，希望可以為大家節約一些詳細閱讀文件的時間，如果我理解有不對的地方請大家指正。

首先，A7使用的是ARM V8架構，除了使用64位的地址匯流排和64位的暫存器以外，還增加了暫存器的數量，目前A7中的整數和浮點數暫存器是A6的兩倍。
這裡需要強調的是，暫存器的增加大大提高了程式的執行速度。將CPU由32位提高到64位，最主要的改變增大了定址能力，可以突破32位系統只能訪問3G記憶體的限制（感謝 wanglang3081 指出這裡的問題，32位系統在理論上可以訪問4G記憶體，因為2的32次方約等於4 290 000 000，很多32位系統只能訪問3G左右的記憶體是因為有一大部分地址被分配給I/O系統了，所以總體可用記憶體就不足4G了。），但是，32位到64位的改變並不一定意味著程式執行速度的提高，甚至有些情況下會因為64位系統中的資料佔用記憶體變大而導致程式執行速度變慢。而暫存器數量的增加，則直接提高了程式執行速度，當然，前提是你的應用需要重新為64位系統編譯一遍，讓程式可以充分使用所有的暫存器。

使用Xcode 5可以很方便地將以前的應用編譯成64位程式，基本過程如下：
1. 使用Xcode 5 開啟原有專案。
2. 將支援的裝置改成“iOS 7”。
3. 在“Build Setting”中將“Architectures”改成“Standard Architectures (including 64-bit)”。
4. 執行測試程式，解決編譯過程出現的問題。

其中第4步是關鍵，具體會遇到什麼問題和原來程式的設計有關，包括使用資料型別的方式是否標準等，後面會繼續討論細節，其實《64-Bit transition Guide for Cocoa Touch》一書主要就是講這些細節。

在討論細節之前有一些較為巨集觀的內容大家可以瞭解一下。

Xcode 5編譯的iOS 7程式包含了32位和64位兩套二進位制程式碼，在32位的iOS系統上會呼叫32位的二進位制程式碼，在64位系統上會呼叫64位的二進位制程式碼，以此來解決向後相容的問題。

同時，考慮到很多32位的程式可能在沒有重新編譯的情況下部署到64位系統上，64位的iOS系統中帶有兩套FrameWork，一套是32位的，一套是64位的。
當64位的iOS系統執行原來的32位程式時，系統會呼叫32位的FrameWork作為底層支撐，當系統執行64位程式時，系統會呼叫64位的FrameWork作為底層支撐。

也就是說，當一個iPhone 5S上同時執行32位程式和64位程式時，系統同時將32位和64位兩套FrameWork載入了記憶體中，所以消耗的記憶體也比較多。

如果一臺64位的iOS裝置上執行的所有程式都是為64位系統編譯過的，iOS系統將只載入64位的FrameWork，這將節省好多記憶體。所以，如果大家都可以快速將程式傳換成64位的，iOS將跑得更快。真的是“大家好才是真的好”。


後面我們來看看一些為64位系統調整程式的技術細節。

32位的iOS系統和64位的iOS系統主要的差別有兩個，一個是資料型別的差別，一個是過程呼叫方法的差別。

在資料型別上，主要的變化是指標型別(Pointer)和長整數型別(long)的長度變化和記憶體對齊方式的變化，同時也導致了更高階別資料型別的變化，如NSInteger的長度也有變化。

在過程呼叫方法上，因為ARM V8 和ARM V7具有不同數量的暫存器，具有不同的過程呼叫約定，所以32位系統和64位系統在彙編層級是不同的。

根據以上兩方面的變化，書中總結了以下要點，開發人員根據以下要點來檢查原來的32位程式碼就差不多可以將應用移植到64位系統上了：

1. 不要將長整型資料(long)賦予整型(int)
這種程式碼在32位系統上沒有問題，因為在32位系統中long和int的長度是一樣的，不過在64位系統中就有可能出問題，因為64位系統中long比int長，將long值賦予int將導致資料丟失。

2. 不要將指標型別(Pointer)賦予整型(int)
為了方便地址計算，有時程式設計師會將指標型別賦予整型，這種程式碼在32位系統上沒有問題，因為在32位系統中Pointer和int的長度是一樣的，不過在64位系統中就會有問題，因為64位系統中Pointer比int長，將Pointer值賦予int將導致地址資料丟失，最終導致嚴重問題。

3. 留意那些和數位相關的數值計算
比如掩碼技術，如果使用一個long型別的掩碼，轉到64位系統後高位都是0，計算出來的結果可能不符合預期。還有無符號整數和有符號整數的混用等。

4. 留意對齊方式帶來的變化
如果在32位系統上定義一個結構包含兩個long型別，第二個long數值的偏移地址是4，可以通過結構地址+4的方式獲取，但是在64位系統上就不行了，因為在64位系統中第二個long數值的偏移地址是8。

5. 充分考慮在32位應用和64位應用之間的資料交換
因為使用者會通過網路交換資料，同時使用者儲存的資料也可能通過備份等方式在32位系統和64位系統之間切換，所以應用在儲存和傳送流資料的時候一定要考慮充分。比如資料在32位系統中儲存，在64位系統中能否正常開啟，或者反過來，在64位系統中儲存，在32位系統中開啟是否正常。

6. 重寫所有彙編程式碼
這點無需說明，如果你在程式碼中嵌入了彙編程式碼，你需要參考64位系統的指令集重寫彙編程式碼。

7. 不要將可變引數的過程強制轉換為定參過程，也不要將定參過程強制轉換為可變引數的過程。
這時因為32位系統和64位系統對於這兩種過程呼叫方式的處理方法不同。


按以上幾個重點去檢查程式就差不多了，當然，具體的細節還有很多，需要在實際工作中結合程式碼和除錯結果進行分析。
總之，建議具體負責應用遷移的開發者需要完整閱讀《64-Bit transition Guide for Cocoa Touch》。

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