应用程序二进制接口(ABI)

功能:

从程序员的模型到底层系统的域数据的转换 类型，大小，对齐，调用约定，它控制如何 函数的参数被传递并返回检索到的值;的 系统调用编号以及应用程序应该如何进行系统调用 到操作系统;高级语言编译器的名称 破坏方案、异常传播和调用约定 在同一平台上的编译器之间，但不需要 跨平台兼容性……

现有的实体:

直接参与程序执行的逻辑块:ALU， 通用寄存器，用于内存/ I/O映射的寄存器，等等…

消费者:

语言处理器，链接器，汇编器…

任何必须确保构建工具链作为一个整体工作的人都需要这些。如果你用汇编语言写一个模块，用Python写另一个模块，而不是你自己的引导加载程序想要使用操作系统，那么你的“应用程序”模块是跨“二进制”边界工作的，需要这种“接口”的协议。

c++命名混乱，因为应用程序中可能需要链接来自不同高级语言的目标文件。考虑使用GCC标准库对Visual c++构建的Windows进行系统调用。

ELF是用于解释的来自对象文件的链接器的一种可能期望，尽管JVM可能有其他想法。

对于一个Windows RT商店应用程序，如果你真的想让一些构建工具链一起工作，尝试搜索ARM ABI。

Linux共享库最小可运行ABI示例

在共享库的上下文中，“拥有稳定的ABI”最重要的含义是，在库更改后不需要重新编译程序。

例如:

如果您正在销售一个共享库，您可以为用户省去为每个新版本重新编译依赖于您的库的所有内容的麻烦 如果您正在销售依赖于用户发行版中的共享库的闭源程序，如果您确定ABI在目标操作系统的某些版本上是稳定的，那么您可以发布和测试更少的预构建。 这在C标准库的情况下尤其重要，您的系统中有许多程序都链接到C标准库。

现在我想提供一个最小的具体可运行的示例。

c

#include <assert.h>
#include <stdlib.h>

#include "mylib.h"

int main(void) {
    mylib_mystruct *myobject = mylib_init(1);
    assert(myobject->old_field == 1);
    free(myobject);
    return EXIT_SUCCESS;
}

mylib.c

#include <stdlib.h>

#include "mylib.h"

mylib_mystruct* mylib_init(int old_field) {
    mylib_mystruct *myobject;
    myobject = malloc(sizeof(mylib_mystruct));
    myobject->old_field = old_field;
    return myobject;
}

mylib.h

#ifndef MYLIB_H
#define MYLIB_H

typedef struct {
    int old_field;
} mylib_mystruct;

mylib_mystruct* mylib_init(int old_field);

#endif

编译和运行良好:

cc='gcc -pedantic-errors -std=c89 -Wall -Wextra'
$cc -fPIC -c -o mylib.o mylib.c
$cc -L . -shared -o libmylib.so mylib.o
$cc -L . -o main.out main.c -lmylib
LD_LIBRARY_PATH=. ./main.out

现在，假设对于标准库的v2，我们希望向mylib_mystruct添加一个名为new_field的新字段。

如果我们在old_field之前添加字段，如下所示:

typedef struct {
    int new_field;
    int old_field;
} mylib_mystruct;

重建了图书馆，但不是主要的。Out，则断言失败!

这是因为这一行:

myobject->old_field == 1

已生成程序集，该程序集试图访问结构体的第一个int，该结构体现在是new_field，而不是预期的old_field。

因此，这个更改破坏了ABI。

但是，如果我们在old_field之后添加new_field:

typedef struct {
    int old_field;
    int new_field;
} mylib_mystruct;

那么旧生成的程序集仍然访问结构的第一个int，程序仍然可以工作，因为我们保持了ABI的稳定。

下面是这个例子在GitHub上的一个全自动版本。

保持此ABI稳定的另一种方法是将mylib_mystruct视为不透明结构，仅通过方法帮助程序访问其字段。这样可以更容易地保持ABI的稳定，但是由于我们要进行更多的函数调用，因此会产生性能开销。

API 与 ABI

在前面的例子中，有趣的是，在old_field之前添加new_field只破坏了ABI，而没有破坏API。

这意味着，如果我们根据标准库重新编译main.c程序，无论如何它都会工作。

然而，如果我们改变了例如函数签名，我们也会破坏API:

mylib_mystruct* mylib_init(int old_field, int new_field);

因为在这种情况下，main.c将完全停止编译。

语义API vs编程API

我们还可以将API更改分为第三种类型:语义更改。

语义API通常是API应该做什么的自然语言描述，通常包含在API文档中。

因此，可以在不破坏程序构建本身的情况下破坏语义API。

例如，如果我们修改了

myobject->old_field = old_field;

to:

myobject->old_field = old_field + 1;

那么这既不会破坏编程API，也不会破坏ABI，但是main.c语义API会破坏。

有两种方法可以通过编程方式检查合约API:

测试一些极端情况。这很简单，但你可能总是错过一个。 正式的验证。更难做到，但产生了正确性的数学证明，本质上是将文档和测试统一为“人”/机器可验证的方式!当然，前提是你的正式描述中没有bug;-) 这个概念与数学本身的形式化密切相关:https://math.stackexchange.com/questions/53969/what-does-formal-mean/3297537#3297537

打破C / c++共享库abi的所有东西的列表

待办事项:查找/创建最终列表:

https://github.com/lvc/abi-compliance-checker自动化工具进行检查 https://community.kde.org/Policies/Binary_Compatibility_Issues_With_C%2B%2B KDE c++ ABI指南 https://plan99.net/~mike/writing-shared-libraries.html

Java最小可运行示例

Java中的二进制兼容性是什么?

在Ubuntu 18.10, GCC 8.2.0中测试。

为了调用共享库中的代码，或者在编译单元之间调用代码，object文件需要包含调用的标签。c++修改了方法标签的名称，以加强数据隐藏并允许重载方法。这就是为什么您不能混合来自不同c++编译器的文件，除非它们显式地支持相同的ABI。

功能:一组影响编译器、程序集编写者、链接器和操作系统的契约。契约规定了函数如何布局，参数在哪里传递，参数如何传递，函数返回如何工作。这些元组通常特定于(处理器体系结构，操作系统)元组。

现有实体:参数布局、函数语义、寄存器分配。例如，ARM架构有许多ABI (APCS, EABI, GNU-EABI，更不用说一堆历史案例)-使用混合ABI会导致你的代码在跨边界调用时无法工作。

使用者:编译器、程序集编写器、操作系统、CPU特定架构。

谁需要这些细节?编译器，程序集编写者，代码生成(或对齐要求)的链接器，操作系统(中断处理，系统调用接口)。如果您进行汇编编程，那么您将遵循ABI!

c++的名称破坏是一个特殊的情况——它是一个以连接器和动态连接器为中心的问题——如果名称破坏没有标准化，那么动态链接将无法工作。从今以后，c++ ABI就这么叫了，c++ ABI。这不是链接器级别的问题，而是代码生成的问题。一旦你有了一个c++二进制文件，如果不从源代码重新编译，就不可能使它与另一个c++ ABI兼容(名称混乱，异常处理)。

ELF是一种用于加载器和动态链接器的文件格式。ELF是二进制代码和数据的容器格式，它指定了一段代码的ABI。我不认为ELF是严格意义上的ABI，因为PE可执行文件不是ABI。

所有的abi都是特定于指令集的。ARM ABI在MSP430或x86_64处理器上没有意义。

Windows有几个abi -例如，fastcall和stdcall是两个常用的abi。系统调用ABI又不同了。

应用二进制接口(ABI)

ABI -应用二进制接口是关于运行时两个二进制部分之间的机器码通信，如应用程序，库，操作系统…ABI描述了如何将对象保存在内存中，如何调用函数(调用约定)，如何修改…

API和ABI的一个很好的例子是iOS生态系统从v5开始使用Swift语言。

Application layer - When you create an application using different languages. For example you can create application using Swift and Objective-C[Mixing Swift and Objective-C] Application - OS layer - runtime - Swift Standard Library and Swift Run Time Library[About] are parts of OS and they should not be included into each bundle(e.g. app, framework). It is the same as like Objective-C uses. Available from iOS v12.2 Library layer - Module Stability case - compile time - you will be able to import a framework which was built with another version of Swift's compiler. It means that it is safety to create a closed-source(pre-build) binary which will be consumed by a different version of compiler( .swiftinterface is used with .swiftmodule[About]) and you will not get Module compiled with _ cannot be imported by the _ compiler //or Compiled module was created by a newer version of the compiler Library layer - Library Evolution case Compile time - if a dependency was changed, a client has not to be recompiled. Runtime - a system library or a dynamic framework can be hot-swapped by a new one.

[API vs ABI] [Swift模块稳定性和库稳定性]

答:简单地说，ABI与API的一个共同之处是它是一个接口。可重用程序公开了一个稳定的接口(API)，可用于在另一个程序中重用该程序。

B. However, an ABI is an interface issued for some specific processor-platform for some specific language. All compiler-vendors desiring to target that platform for that same language will have to ensure that not only compiled code in form of relocatable object codes comply with the interface to be able to link and cross-link with each other but also executables comply with it to be able to run on the platform at all. So, ABI is much broader set of specifications/standard than a typical function API. It may include some API objects to be enforced upon the language-users by the compiler. The compiler-vendor will have to include support for the same in their distributions. Needless to say, the platform vendor is the rightful authority to issue ABIs for its platform. Both compiler vendors and ABIs need to comply with the corresponding language-standard (e.g. ISO standard for C++).

C.平台供应商对ABI的定义是:

“1。可执行文件为了在特定的执行环境中执行而必须遵守的规范。例如，Arm架构的Linux ABI。

独立生成的可重定位文件必须遵守的规范的一个特定方面，以便静态可链接和可执行。例如，Arm架构的c++ ABI, Arm架构的运行时ABI, Arm架构的C库ABI。”

D.举例;基于Itanium架构的c++通用ABI也由一个联盟发布。平台供应商自己的c++的abi在多大程度上符合它完全取决于平台供应商。

E.作为另一个例子。Arm架构的c++ ABI在这里。

F.前面已经说过，处理器体系结构的ABI将确保一个可重用程序和另一个重用它的程序之间的API适用于该处理器体系结构。

G. That brings us to service-oriented components (e.g. SOAP-based web services). They too require an API to exist between a SOAP-based web service and client program (could be an app, front-end or another web service) for the client program to reuse the web service.The API is described in terms of standardized protocols like WSDL (interface description) and SOAP(message format) and is language-neutral and platform-neutral. It is not targeted to any specific processor-platform and thus it is not "binary" like ABI. A client-program on any one platform type and written in any language can remotely reuse a web service written in any other language and hosted on an entirely different processor-platform. This is made possible by the fact that both WSDL and SOAP are text-based (XML) protocols. In case of RESTful web services, the transport protocol http--also a text-based protocol-- itself acts as the API (CRUD methods).