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第1章编译
1.1 简介
MPIR 是一个开源的多精度整数和有理数计算库，基于 GMP 库开发。它有什么用呢？
如下图所示，笔者在推导缓和曲线弦长
随弧长
变化的函数时，得到了一个递推公式。
图1.1
递推公式如下：
可见
的计算只涉及到分数（有理数）的四则运算，是比较简单的。只是随着
的增大，运算量越来越大，手工计算会越来越困难。
上述公式可以编程实现。C/C++的基本数据类型中，使用double表示
是比较恰当的。double是有误差的，而且
的计算误差会积累，随着
的增大
的计算误差会越来越大。
借助MPIR的有理数计算功能，可以解决上述问题。
的前几项见下表：
|
n |
系数 |
|
0 |
1 |
|
1 |
-1/90 |
|
2 |
1/22680 |
|
3 |
-79/2043241200 |
|
4 |
2633/12504636144000 |
|
5 |
1215749/1646485441080480000 |
|
6 |
48316241/15905049360837436800000 |
|
7 |
193921367/49059847710292202784000000 |
|
8 |
-73267589502073/927478383356982505319631360000000 |
MPIR是从GMP移植而来的。因为GMP主要是针对于Unix、Linux操作系统的，使用VC++编译比较困难。MPIR的主要工作其实就是把GMP移植到Windows操作系统，使得VC++能够编译。
1.2 下载
浏览网址http://www.mpir.org/，下载mpir-2.7.0.zip，然后解压到W:\mpir\v2.7.0\mpir。目录结构如下图所示：
图1.2
1.3 解决方案
mpir 2.7.0自带了四个Visual Studio 解决方案，如下所示：
W:\mpir\v2.7.0\mpir\build.vc10\mpir.sln 使用vc2010打开
W:\mpir\v2.7.0\mpir\build.vc11\mpir.sln 使用vc2012打开
W:\mpir\v2.7.0\mpir\build.vc12\mpir.sln 使用vc2013打开
W:\mpir\v2.7.0\mpir\build.vc14\mpir.sln 使用vc2015打开
使用vc2010打开mpir.sln后，可以看到有七个项目，如下图所示：
图1.3
这七个项目的区别如下：
dll_mpir_gc 生成动态库，不使用汇编代码
dll_mpir_p3 生成动态库，含32位汇编代码（奔腾3）
dll_mpir_core2 生成动态库，含64位汇编代码（酷睿2）
lib_mpir_cxx 生成静态库，不使用汇编代码
lib_mpir_gc 生成静态库，不使用汇编代码
lib_mpir_p3 生成静态库，含32位汇编代码（奔腾3）
lib_mpir_core2 生成静态库，含64位汇编代码（酷睿2）
mpir有两套API：C API和C++ API。前者可用于C和C++，后者只能用于C++。lib_mpir_gc、lib_mpir_p3、lib_mpir_core2只含有C API；lib_mpir_cxx只含有C++ API；dll_mpir_gc、dll_mpir_p3、dll_mpir_core2既有C API又有C++ API。
从兼容性考虑，建议不要使用汇编代码。只有在对速度要求特别高的情况下，需要考虑使用汇编代码。
1.4 创建项目
为了使用vc6~vc2008编译mpir 2.7.0，需要创建项目。
笔者在W:\mpir\v2.7.0\vc目录下创建了11个目录，如下图所示。
make-dll-c 将创建动态库，只使用c语言
make-dll-asm32 将创建动态库，使用32位汇编代码
make-dll-asm64 将创建动态库，使用64位汇编代码
make-libS-* 将创建静态库，C运行时库为单线程
make-libT-* 将创建静态库，C运行时库为多线程
make-libD-* 将创建静态库，C运行时库为多线程DLL
图1.4
每个目录下，又有多个子目录，如下图所示。如：使用vc6编译请进入vc6目录。
图1.5
1.5 复制文件树
W:\mpir\v2.7.0\mpir\build.vc10\mpir.sln里每个项目都有文件树。如下图所示。现在要把这些项目的文件树复制到上一节新建的项目里。
图1.6
可以手工添加，只不过五百多个文件添加起来还是很繁琐的。可以使用vcHelper来完成此项繁琐的工作。如下图所示，vcHelper把W:\mpir\v2.7.0\mpir\build.vc10\dll_mpir_gc\dll_mpir_gc.vcxproj里的文件树复制到W:\mpir\v2.7.0\vc\make-dll-c\vc6\mpir.dsp。
图1.7
需要复制的文件树如下表所示：
|
从 W:\mpir\v2.7.0\mpir\build.vc10\dll_mpir_gc\dll_mpir_gc.vcxproj 复制到 W:\mpir\v2.7.0\vc\make-dll-c\vc6\mpir.dsp W:\mpir\v2.7.0\vc\make-libD-c\vc6\mpirD.dsp W:\mpir\v2.7.0\vc\make-libS-c\vc6\mpirS.dsp W:\mpir\v2.7.0\vc\make-libT-c\vc6\mpirT.dsp |
|
从 W:\mpir\v2.7.0\mpir\build.vc10\dll_mpir_p3\dll_mpir_p3.vcxproj 复制到 W:\mpir\v2.7.0\vc\make-dll-asm32\vc6\mpir.dsp W:\mpir\v2.7.0\vc\make-libD-asm32\vc6\mpirD.dsp W:\mpir\v2.7.0\vc\make-libS-asm32\vc6\mpirS.dsp W:\mpir\v2.7.0\vc\make-libT-asm32\vc6\mpirT.dsp |
|
从 W:\mpir\v2.7.0\mpir\build.vc10\dll_mpir_core2\dll_mpir_core2.vcxproj 复制到 W:\mpir\v2.7.0\vc\make-dll-asm64\vc2008\mpir.dsp W:\mpir\v2.7.0\vc\make-libD-asm64\vc2008\mpirD.dsp W:\mpir\v2.7.0\vc\make-libS-asm64\vc2008\mpirS.dsp W:\mpir\v2.7.0\vc\make-libT-asm64\vc2008\mpirT.dsp |
vcHelper的下载：访问http://pan.baidu.com/s/1gd7XDkf 然后进入public\Tools\vcHelper下载压缩包。
1.6 不使用预编译头文件
设置VC++，编译时不使用预编译头文件。
VC++6.0的设置如下图所示：
图1.8
VC++.NET的设置如下图所示：
图1.9
1.7 包含目录
编译.c文件时，需要文件W:\mpir\v2.7.0\mpir\mpir.h。该文件相对于VC++6.0项目文件（W:\mpir\v2.7.0\vc\make-dll-c\vc6\mpir.dsp）的相对路径为../../../mpir
VC++6.0的具体配置如下：
图1.10
VC++.NET的配置如下
图1.11
1.8 定义宏
需要定义宏：HAVE_CONFIG_H，不过它似乎没有什么实质作用。
编译生成动态库，还需要定义宏MSC_BUILD_DLL。它用来导出mpir的API函数。
VC++6.0的配置如下：
图1.12
VC++.NET的配置如下。vc2002~vc2008不能选择All Configuration，vc2010后可以选择All Configuration了。
图1.13
1.9 编译前事件
编译前，需要执行"编译前事件"。下图是VC++.NET的配置：
图1.14
上图表示编译前将执行两条命令：
"cd ..\..\..\mpir\build.vc10"表示设置..\..\..\mpir\build.vc10为当前目录。这是相对于W:\mpir\v2.7.0\vc\make-dll-c\vc6\mpir.dsp的目录，换成绝对目录就是W:\mpir\v2.7.0\mpir\build.vc10
"prebuild gc Win32"表示运行当前目录下的prebuild.bat文件，也就是运行W:\mpir\v2.7.0\mpir\build.vc10\prebuild.bat。gc和Win32是传递给prebuild.bat的两个参数。第一个参数有三个选项：gc、p3、core2，分别表示不使用汇编代码、使用32位汇编代码、使用64位汇编代码。第二个参数有两个选项：Win32、x64，分别表示32位、64位平台。
VC++6.0不支持"编译前事件"，可以设置gmp-h.in文件的Custom Build，如下图所示：
图1.15
编译时，只要gmp-h.in是第一个被编译的，那么"cd ..\..\..\mpir\build.vc10"和"prebuild gc Win32"就会被执行，相当于"编译前事件"。
prebuild.bat的内容有些复杂，笔者并没有完全理解，只知道"prebuild.bat gc Win32"执行后将在W:\mpir\v2.7.0\mpir目录下生成五个文件：config.h、gmp.h、gmp-mparam.h、longlong.h、mpir.h。这些都是编译时需要的文件。
1.10 修改 obj 的位置
mpf、mpn、mpq、mpz下有很多重名的.c文件，编译时它们将生成重名的.obj文件。这些重名的.obj文件不能放在同一目录下，因此需要修改mpf、mpn、mpq、mpz这四个目录下所有.c文件生成的.obj文件的存放目录。
对于VC++6.0，设置如下图所示。mpf目录下的.c文件生成的.obj文件，原存放目录为 Temp\DU，现存放目录为Temp\DU\mpf。
图1.16
对于VC++.NET，设置如下图所示。mpf目录下的.c文件生成的.obj文件，原存放目录为$(IntDir)\，现存放目录为$(IntDir)\mpf\。注意：$(IntDir)\mpf\最后的\一定不能少，因为$(IntDir)\mpf会被当做文件，而$(IntDir)\mpf\才会被当做目录。
图1.17
根据上面两张图的配置，再修改mpn、mpq、mpz目录下.c文件的配置。
1.11 编译yasm
不需要编译汇编代码的，请跳过本节。
编译汇编代码需要yasm。mpir 2.7.0自带了yasm源代码，如下所示：
W:\mpir\v2.7.0\mpir\yasm\Mkfiles\vc9\yasm.sln 使用vc2008编译
W:\mpir\v2.7.0\mpir\yasm\Mkfiles\vc10\yasm.sln 使用vc2010编译
如果需要最新版本的yasm，可到如下网址下载：
http://www.tortall.net/projects/yasm/
http://yasm.tortall.net/
使用vc2010打开W:\mpir\v2.7.0\mpir\yasm\Mkfiles\vc10\yasm.sln。选择Win32 Release，然后鼠标右键单击"vsyasm"在弹出菜单中单击【Rebuild】。如下图所示。
编译时将会执行Python脚本文件W:\mpir\v2.7.0\mpir\yasm\modules\arch\x86\gen_x86_insn.py。笔者不清楚该脚本做了哪些工作，经测试发现不执行该脚本也不会影响最终exe文件的生成。
图1.18
编译生成的文件是W:\mpir\v2.7.0\mpir\yasm\Mkfiles\vc10\Win32\Release\vsyasm.exe。VC++可以调用该程序编译汇编代码。
1.12 编译汇编代码
不需要编译汇编代码的，请跳过本节。
VC++调用yasm编译汇编代码有三种方法：Custom Build、.rules文件、.targets文件。
1.12.1 Custom Build
Custom Build的优点是适用面广，vc6~vc2015都能使用；缺点是修改命令行参数稍显麻烦。
下图是mpn\yasm\*.asm的Custom Build配置：
图1.19
Outputs是编译*.asm后的输出文件，连接时会用到此文件。上图的设置为"$(IntDir)\$(InputName).obj"其中$(IntDir)是编译时的临时目录，$(InputName)是编译.asm文件名，如：编译add_n.asm时，$(InputName)就是add_n。
Commands是vsyasm.exe的命令行，具体如下：
|
..\..\..\mpir\yasm\Mkfiles\vc10\Win32\Release\vsyasm.exe -Xvc -f Win32 -g cv8 -d "DLL" -o "$(IntDir)\\" -rnasm -pnasm $(InputPath) |
..\..\..\mpir\yasm\Mkfiles\vc10\Win32\Release\vsyasm.exe是W:\mpir\v2.7.0\mpir\yasm\Mkfiles\vc10\Win32\Release\vsyasm.exe相对于W:\mpir\v2.7.0\vc\make-dll-asm32\vc6\mpir.dsp的相对路径。
-Xvc 是错误信息显示格式。对于gcc编译器可设置为 -Xgcc 或 -Xgnu。
-f Win32 表明是32位平台，对于64位平台可指定为-f x64
-g cv8 用来生成调试信息，这种调试信息不能被 vc6 识别，所以使用vc6编译.asm文件时，请去除该选项。
-o "$(IntDir)\\"表示将在目录$(IntDir)里生成.obj文件。注意$(IntDir)后面的两个反斜杠一个都不能少。
$(InputPath)表示输入文件，如：add_n.asm、addmul_1.asm……
这里需要说明一下vc6里Custom Build的编译顺序。因为vc6不支持"编译前事件"，可使用Custom Build代替"编译前事件"，此时编译顺序就显得非常重要了。笔者经实验得到以下规律（并不能确保它一定正确）：
1、Custom Build比.c或.cpp的编译要早；
2、在IDE里先后设置文件A、B的Custom Build，则编译时的顺序为逆序，即先编译B再编译A；
3、初次打开.dsp文件，编译顺序是文件在.dsp里的相反顺序。如：.dsp文件里从上到下依次有A、B需要Custom Build，那么编译时先编译B再编译A。
在图1.15中，gmp-h.in在.dsp文件里是最后一个文件，因此Custom Build时它总是第一个被编译。这样，就保证了它扮演"编译前事件"的角色。
1.12.2 .rules文件
vc2005和vc2008可以使用. rules文件。使用vc2008打开W:\mpir\v2.7.0\vc\make-dll-asm32\vc2008\mpir.sln，鼠标右键单击mpir项目，弹出菜单中单击【Custom Build Rules...】菜单项
图1.20
弹出如下界面，请单击"Find Existing..."按钮。
图1.21
请载入W:\mpir\v2.7.0\mpir\yasm\Mkfiles\vc9\yasm.rules文件，如下图所示：
图1.22
下图所示界面，请单击"否"按钮。
图1.23
下图所示界面内，请勾选"Yasm"，然后单击"OK"按钮。
图1.24
此时查看mpir项目属性，可以看到配置里多了一项"Yasm Assembler"，可以在这里对Yasm的命令行参数进行配置。如下图所示：
图1.25
再查看某个.asm文件的属性，可以看到它被自动关联到Yasm Assembler，也就是说编译.asm文件时将使用Yasm Assembler来编译。如下图所示：
图1.26
1.12.3 .targets文件
从vc2010开始. rules文件被.targets文件代替。使用vc2010打开W:\mpir\v2.7.0\vc\make-dll-asm32\vc2010\mpir.sln，鼠标右键单击mpir项目，弹出菜单中单击【Build Customization...】菜单项
图1.27
同样是单击"Find Existing..."按钮
图1.28
请载入W:\mpir\v2.7.0\mpir\yasm\Mkfiles\vc10\vsyasm.targets文件，如下图所示：
图1.29
下图所示界面，请单击"否"按钮。
图1.30
下图所示界面内，请勾选"vsyasm"，然后单击"OK"按钮。
图1.31
注意：Yasm Assembler不会自动关联*.asm，需要将*.asm的Item Type属性更改为Yasm Assembler。
图1.32
1.13 替换long long
VC++6.0不支持long long，可用__int64替换它。具体如下：
1、替换 gmp-impl.h 里的 long long int 为 __int64；
修改后的两行代码如下：
|
typedef __int64 DItype; typedef unsigned __int64 UDItype; |
2、替换printf\doprnt.c、printf\repl-vsnprintf.c、scanf\doscan.c里的long long 为 __int64。
1.14 strnlen函数
vc6、vc2002、vc2003不支持strnlen函数，所以需要修改代码。具体就是修改printf\repl-vsnprintf.c
|
修改前 |
修改后 |
|
#if ! HAVE_STRNLEN static size_t strnlen (const char *s, size_t n) { size_t i; for (i = 0; i < n; i++) if (s[i] == '\0') break; return i; } #endif |
#if _MSC_VER <= 1310 static size_t strnlen(const char*str ,size_t num) { size_t n = 0; if(str && num) { while(str[n]) { if(++n >= num) { break; } } } return n; } #endif//#if _MSC_VER <= 1310 |
vc6、vc2002、vc2003的_MSC_VER分别为1200、1300、1310。从vc2005开始，VC++实现了strnlen函数。