应用软件开发的64 位WINDOWS 系统环境兼容性
1. 64 位CPU 硬件
目前的64位CPU分为两类：x64和IA64。x64的全称是x86-64，从名字上也可以看出来它和
x86是兼容的，原先的32位程序可以在x64上运行得很好，这也就是为什么在x64的CPU上
能够成功安装32位的Windows操作系统。现在市场上卖的家用电脑的CPU通常都是x64。
两家*CPU公司Intel和AMD分别推出了EM64T(Extended Memory 64 Technology)和
AMD64(Advanced Micro Devices 64)。这两款x64 CPU的指令集有很多相似之处，Intel追加
的大多数64位指令也与AMD64指令集相兼容，因此Microsoft就不用为两家公司的64位处
理器开发各自的64位操作系统。比如Vista x64和SQL2005 x64即可以在EM64T上运行，也
可以在AMD64上运行。
IA64是真正的64位CPU，指令集较x86有很大变化，它不兼容32位的程序。微软的很多产
品都不支持IA64 ，特别是面向个人用户的一系列产品。但是面向服务器的一些产品还
是有IA64版本的，比如Windows 2003，SQL server 2005等等。由于IA64没有x64这么普及，
所以本文中讨论的64位CPU如果不加特别说明，指的是x64。
CPU从32位发展到64位的最大的驱动力就是为了让内存突破4GB的限制。目前的操作系
统和应用软件都越做越大，4GB的限制成了软件发展的瓶颈。然而64位的到来一下子解
决了这个问题，让软件发展的前途一片光明。64位CPU使用64位来表示地址空间，也就
是2的64次方，是一个天文数字：16EB ！这个范围就目前来看太大了，当前任何软件都
用不了这么多空间，所以AMD64 CPU目前的实现只用了64位中的48位来表示地址空间。
它们分为两块，一块是从00000000 00000000到00007FFF FFFFFFFF，还有一块是从
FFFF8000 00000000到FFFFFFFF FFFFFFFF，一共是256TB（如下图的左边），在Windows
下，低位的128T是给应用程序使用(User Mode)，高位128TB是给系统使用(Kernel Mode)。
如果将来有需要的话，可以扩展成56位（如上图的中间），最终还可以使用全部的64
位(Full 64bit implementation)，这样的话，虚拟内存空间将是2的64次方，共16 EB。将来
可以把大文件整个的映射到内存里，通常来说，这样会使文件的读写速度会比现在快很
多。
上面所说的是虚拟内存，在物理内存方面，AMD64目前的实现支持40位的物理内存，共
1 TB，这个系统架构以后可以扩展成52位，共4PB。
内存地址空间变成了64位，那也就是意味着寄存器也是64位。先来看看最具有代表性的
RAX寄存器。从16位时代的AX，到32位时代被扩展成EAX，现在扩展成64位的RAX，它们
之间的关系如图
RAX, RBX, RCX, RDX, RBP, RSI, RDI, RSP和RIP都从原来的32位(EAX, EBX, ECX等等)变成了64
位，并且还新增加了许多新的64位寄存器和128位寄存器。
2. 64位Windows系统的32位代码兼容性设计
WOW系统
能安装64位操作系统的机器，其CPU必然是64位的。根据IA64和X64架构的区别，
MS分别推出了支持IA64以及X64的WINDOWS操作系统，包括XP，VISTA，2003SERVER，
2008SERVER等。之前的32位程序要在64位系统上运行，除了CPU要兼容32位代码
（IA64采用软件模拟方式兼容IA32和X86指令，效率不高），在操作系统层面必
然也要有一定的措施进行兼容。由于IA64的系统并不常见，因此我们的讨论针对
X64架构的硬件和软件系统。
64位Windows为了兼容32位应用程序，微软采用了WOW64技术。WOW的全称是Windows
On Windows，前一个Windows指32位，后一个是64位，意思就是说在64位Windows上的
32位Windows。WOW技术的目的是兼容以前的32位应用程序，使得它们在64位 Windows
上运行结果和在32位Windows上运行结果一样。
在64位环境下，System32目录下存放的是64位DLL。为了能兼容32位应用程序，64位
Windows也提供了一整套32位的系统DLL。他们存放在Syswow64目录下。从名字上看有
点混淆：System32是放64位DLL的，Syswow64是放32位DLL的。在Windows x64环境中，
用32位的Task Explorer查看32位应用程序的进程，可以发现，相关联接的系统DLL基本上
都是在Syswow64目录下的。
如果使用64位的Task Explorer查看32位的程序，会发现多出了3个特殊的DLL：wow64，
wow64win和wow64cpu和一个64位的ntdll.dll。
其中64位的ntdll.dll是64位系统下WINDOWS进程都加载的系统DLL，主要提供相关的系
统调用的接口。另外三个DLL就是用来创建64位系统下的模拟32位系统环境。Wow64.dll
管理进程和线程的创建，截获异常分发处理(Exception Dispatching)和系统调用
(ntolkrnl.exe所暴露出来的系统调用)，这个DLL还实现了文件系统重定向(File System
Redirection)，注册表重定向(Registry Redirection)，和注册表反射(Registry Reflection)。这
三种技术会在后面详细介绍。 Wow64cpu.dll管理wow里每个正在运行的线程的32位CPU
上下文，并且控制CPU在 32位模式和64位模式之间的切换。 Wow64win.dll截获GUI系统
调用，这些调用是Win32k.sys暴露出来的。 由此可以看出，在64位系统下得32位程序，
用到的系统内核是64位而不是32位的。
上面所说的三个DLL共同实现了在64位Windows上WOW技术。如下图。
在32位系统中，默认情况下，应用程序可以使用2G内存，另外2G是系统使用的；通过
修改配置，应用程序能使用3G内存，这时系统使用1G内存。在WOW64环境下，一个32
位应用程序能使用最多全部的32位地址空间：4G ！只需要在编译程序的时候，设置
IMAGE_FILE_LARGE_ADDRESS_AWARE标志(/LARGEADDRESSAWARE开关)，如果不打开这
个开关，就和原来一样，只能使用2G内存。
文件系统重定向器(File System Redirector)
在32位Windows上的程序访问system32目录里的DLL，这些DLL是32位的。在64位windows
中System32目录里是64位的DLL，所以32位程序在64位环境下需要另外一个目录作为它
system32目录，这个目录就是syswow64，WOW64提供了文件系统重定向器(File System
Redirector)。在WOW64环境下，32位程序访问system32目录里的文件，都会被重定向到
syswow64目录。比如在32位程序中想访问%windir%\system32\user32.dll，那它实际*
问的是%windir%\syswow64\user32.dll。
重定向也有一些例外，下面这些目录是不需要被重定向的:
%windir%\system32\catroot
%windir%\system32\catroot2
%windir%\system32\drivers\etc
%windir%\system32\logfiles
%windir%\system32\spool
使用如下的一个小程序。先输出system32下的notepad.exe文件大小，再输出
system32\drivers\etc\hosts的文件大小。然后调用WOW API：
Wow64DisableWow64FsRedirection把文件系统重定向器禁止掉，然后再次输出两个文件
的大小。
void PrintFileSize(PCWSTR wszFileName)
{
wprintf(L"%ls ", wszFileName);
HANDLE hFile = CreateFile(wszFileName, GENERIC_READ, FILE_SHARE_READ,
NULL, OPEN_EXISTING, 0, NULL);
// Check hFile value. If opening file succeeded, print file size
wprintf(L"File Size: %d Bytes\r\n", GetFileSize(hFile, NULL));
CloseHandle(hFile);
}
void wmain(int, WCHAR*)
{
PrintFileSize(L"c:\\windows\\system32\\notepad.exe");
PrintFileSize(L"c:\\windows\\system32\\drivers\\etc\\hosts");
PVOID pOldValue;
Wow64DisableWow64FsRedirection(&pOldValue); // disable redirection
PrintFileSize(L"c:\\windows\\system32\\notepad.exe");
PrintFileSize(L"c:\\windows\\system32\\drivers\\etc\\hosts");
Wow64RevertWow64FsRedirection(pOldValue); // restore redirection
}
程序编译成32位后，在64位Windows上运行的结果是：
可以看到在没有禁用文件系统重定向器之前，notepad.exe的大小是151040字节，禁用后
是169472字节，打开“我的电脑”到Syswow64目录下找到notepad.exe，它的大小是
151040，而system32下则是169472，虽然在程序中写的都是system32下的notepad.exe，
实际*问的却是两个不同的文件。再看一下hosts文件，它在禁用前后的大小是一模一
样的761字节，说明它没有被重定向过，可以打开%windir%\system32\drivers\etc目录看
一下，hosts文件就是761字节。
注册表重定向器(Registry Redirector)
和目录重定向类似，注册表的一些键也需要重定向，它们是：
HKEY_LOCAL_MACHINE\Software
HKEY_USERS\*\Software\Classes
HKEY_USERS\*_Classes
上面的星号(*)表示用户的SID(Security ID)。也就是说32位程序访问
HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\XXX和64位程序访问
HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\XXX是完全独立，不相关的。比如在32位程序在
HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\下新建了一个值ABC，64位程序在访问
HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\的时候会看不到这个ABC值。
再来做一个试验：64位Windows提供了两个版本的注册表编辑器(regedit.exe)，一个版本
是32位的：%windir%\SysWOW64\regedit.exe，另一个是64位的：%windir%\regedit.exe。
现在，先打开64位的注册表编辑器，在HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\下面新建一个键
aaa。
然后关掉64位的注册表编辑器(注意：必须关掉，不然32位的注册表编辑器无法打开)，
打开32位的版本。发现HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\和64位的时候很不一样，而且看
不到aaa键。现在，再新建一个aaa2。
关掉32位版本，再打开原先的64位版本，可以发现HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\只有
aaa键，没有aaa2键。打开wow6432Node，会惊奇的发现原来aaa2在这里。实际上当32
位程序访问或修改注册表的键时，注册表重定向器把它们重定向到了wow6432Node键。
如果一个32位程序就想访问64位的注册表，或者64位程序想访问32位的注册表，在调用
注册表API：RegCreateKeyEx，RegDeleteKeyEx和RegOpenKeyEx的时候可以加上标志
KEY_WOW64_64KEY或者KEY_WOW64_32KEY。前者表明不管程序是32位或者64位，一律
访问64位的注册表，后者表明一律访问32位注册表。
和文件系统重定向相似，注册表重定向也有一些例外：
HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\Classes
HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\Microsoft\COM3
HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\Microsoft\EventSystem
HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\Microsoft\Ole
HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\Microsoft\Rpc
HKEY_USERS\*\Software\Classes
HKEY_USERS\*_Classes
WOW64使用反射技术(Reflection)来处理这些例外情况。比如在32位程序在
HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\Classes下新建了一个值 XYZ，这个值会立刻复制到64
位的HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\Classes下面，所以当64位程序在访问
HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\Classes的时候就能访问到一样的XYZ值。Windows还提
供了2个API来打开和禁用反射功能：RegEnableReflectionKey和RegDisableReflectionKey。
对于COM使用的注册表HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\Classes\CLSID，它十分特别，是
特例中的特例。在处理这个键时，注册表重定向器会做一个相对复杂点的判断：如果注
册的32位COM是local server（客户端和COM是两个独立的进程[5]），那注册的信息会被
反射到64位，如果是in-proc（COM是一个DLL，客户端在使用这个COM的时候会把DLL加
载到客户端进程[5]），那不会被反射。为什么需要这种判断呢？因为一个32位的local
server COM是运行在一个独立的进程中，它即能够被32位程序调用，也能被64位程序调
用。但是32位in-proc COM的话是需要把这个32位DLL载入到64位进程中去，这是做不到
的，也就是说32位in-proc COM无法为64位程序提供服务，那也就没有必要把它的注册表
信息反射到64位了。
驱动程序和系统服务
对于驱动程序，64位系统只支持64位的驱动程序，因此对于代码中有驱动或者系统服务
的情况，必须重新编译成64位的可执行代码，并且由于64位系统有强制的签名验证，未
签名的驱动只能在开启调试状态的模式下加载。
3. 64 位编程代码注意事项（C++）
与JAVA 等依靠虚拟机解释运行的程序不同，C/C++代码通常被编译成机器码执行，虽然
提供了更快地速度和更强的功能，但也带来很多代码兼容性的问题。
数据类型
C++数据类型的变化，从下面的表格中可以看到：char, short, int, long, float, double 在64
位Windows 环境下的大小没有变化，但是size_t, time_t 和指针的大小都从32 变成了64
位，8 个字节。
Type Name x86 x64 windows
char 8 8
short 16 16
int 32 32
long 32 32
float 32 32
double 64 64
size_t 32 64
在Windows 下，一些数据类型也发生了变化，这里列举了一些最常用的类型。WPARAM,
LPARAM, LRESULT 和各种HANDLE(比如HWND, HKEY 等等)本质上都是指针，所以他们都
变成了64 位。
typedef UINT_PTR WPARAM;
typedef LONG_PTR LPARAM;
typedef LONG_PTR LRESULT;
typedef void *HANDLE; #define DECLARE_HANDLE(name) struct
name##__ { int unused; }; typedef struct name##__ *name
DECLARE_HANDLE(HWND); DECLARE_HANDLE(HKEY);
我们在32位CPU下编写的正确代码，到了64位下可能会出问题，这些问题通常只能通过
人工逻辑来逐个判断修改。
特殊数字兼容性
如果程序里出现了下列这些数字，有可能需要再检查一遍代码，看看有没有问题。
4：32位时代一个指针的字节数
32：32位时代一个指针的位数
0x7fffffff：32位有符号整数的最大值，有时用来进行位操作（与、或、异或）
0x80000000：32位有符号整数的最小值
0xffffffff：32位无符号整数的最大值。同时也是有符号整数-1，通常会被用来作为出错值，
或者无效值。
还有其他一些情况无法一一列举，但是在编成的时候利用SDK中定义的一些宏往往能避
免这些问题。
整数保存在双精度浮点数中
下面的程序， 32位中a等于c，但在64位中a就不等于c了
size_t a = -1;
double b = a;
a--;
b--;
size_t c = b; // x86: a == c
// x64: a != c
原因就是双精度类型 double 一共有 64 位（不管是 32 位环境还是 64 位环境），根据
IEEE-754， double 用1 位表示数字的符号，用 11 位表示指数，52 位表示尾数。尾数
也就是所能表示的数字的精度。尾数的位数越多，所能表示的数字的精度越高。32 位(x86)
时代的size_t 是32 位，有52 位尾数的double 类型能绰绰有余的精确表示size_t。但是
到了64 位时代，size_t 是64 位，这时double 的52 位尾数没有办法精确表示size_t，所
以导致了a 不等于c。所以在64 位环境中，尽量不要将整数保存在双精度浮点数中。
特别小心位移操作
看下面这段代码，想想i分别会是什么值。（__int64是64位有符号整数）
__int64 i;
i = 1 << 31; // i = ?
i = 1 << 32; // i = ?
您可能会认为一个是0x00000000 80000000，另一个是0x00000001 00000000。实际上在
第二行运行后i是0xffffffff80000000；第三行运行后i是0x0000000000000000，为什么呢？
编译器在处理1<<31的时候是按照32位整型来处理，得到的结果是0x80000000，由于i是
64位有符号整数，在赋值操作的时候，把0x80000000，就转成了0xffffffff 80000000。同
样，第三行的1<<32也是按照32位整型来处理的时候，得到的是0，所以把32位整数0转
成64位整数后还是0。正确的写法应该如下，先把1转成64位，这样在位移操作的时候已
经是64位了。
__int64 i;
i = __int64(1) << 31;
i = __int64(1) << 32;
5．不要混合使用32 位类型和64 位类型
对于此要点，大家需要特别注意，一般的测试比较难发现这个问题，因为它在数字较小
的情况下，一切正常，一旦数字变大，则会出现严重的错误。先来看下面一段代码，想
想有什么不正确的地方。
size_t Count = SomeValue;
for (unsigned Index = 0; Index < Count; ++Index)
{ ... }
前面说过size_t在64位环境下是64位，unsigned在64位环境下还是32位，如果Count是一
个很大的数字，超过了32位无符号整数的最大值，那条件Index <count永远成立，导致了
死循环。正确的写法应该是把Index也申明成size_t类型，和Count一致。
再看下面这个例子。
int x = 100000;
int y = 100000;
int z = 100000;
__int64 r1 = x * y * z; // -1530494976
__int64 r2 = __int64(x) * y * z; // 1000000000000000
__int64 r3 = x * y * __int64(z); // 141006540800000
如果.NET程序使用了32位的in-proc COM，在编译的时候需要指定它的目标平台为x86
.NET 1.0和.NET 1.1没有64位版本，但是从.NET 2.0开始提供了x64版本。C#，VB.NET等.NET
语言的程序在编译的时候默认的目标平台(Platform target)是Any CPU，意思是如果运行
环境是32位的，那么按照32位应用程序运行，如果在64位Windows上运行，则按照64位
应用程序运行。
回想一下“注册表重定向器”里提到的：64 位应用程序没有办法得到32 位in-proc COM的
注册信息。也就是没有办法使用这个 COM。所以如果.NET 程序使用到了 32 位 in-proc
COM，那就不要使用默认的“Any CPU”选项，我们应该指定它为x86。要不然您的程序在
x64 的Windows 环境下，将无法调用这个COM。下图是Visual Studio Orcas 的C#工程属
性。
"Detect 64-bit Portability Issues"编译开关
VisualStudio 里面的“Detect 64-bit Portability Issues”编译开关。这样，编译器可以帮您发
现大多数的 64 位问题。虽然打开这个开关会稍微增加一些编译时间，但是绝对值得这
么去做。
代码检查(Code Review)
这是最重要的一点，前面所说的这些要点能覆盖大多数的问题，但不是全部。所以在写
完代码后，一定要做检查，最好找别人帮您检查。像微软和其他知名的软件公司都十分
重视代码检查，不经别人检查的代码是不允许提交的。
让我们用一个例子来结束这篇文章，请看下面这段32位时代的代码
PVOID p;
..........
int n = int(p);
..........
p = PVOID(n);
如果把这段代码移植到64位，很多人会写成这样：
PVOID p;
..........
__int64 n = __int64(p);
..........
p = PVOID(n);
http://www.freedocuments.info/7522137270/