API和ABI的区别

我是Linux系统编程的新手，在阅读时遇到了API和ABI Linux系统编程。

API的定义:

API定义了接口一个软件进行通信与另一个在源级。

ABI的定义:

而API定义了一个源接口时，ABI定义了两个之间的低级二进制接口或者更多的软件特定的体系结构。它定义了应用程序如何与本身，应用程序如何交互与内核，以及如何一个应用程序与库交互。

程序如何在源级进行通信?什么是源级别?它是否与源代码有关?或者库的源代码包含在主程序中?

我所知道的唯一区别是API主要由程序员使用，而ABI主要由编译器使用。

当前回答

Linux共享库最小可运行API vs ABI示例

这个答案是从我的另一个答案中提取出来的:什么是应用程序二进制接口(ABI)?但我觉得它也直接回答了这个问题，而且这些问题不是重复的。

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。

正如我们将在下面的示例中看到的，即使API没有改变，也可以修改ABI，从而破坏程序。

#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;-)

在Ubuntu 18.10, GCC 8.2.0中测试。

2019-03-03 15:34:52

其他回答

让我举一个具体的例子，说明在Java中ABI和API是如何不同的。

ABI不兼容的更改是如果我将方法a# m()从将字符串作为参数更改为String…论点。这不是ABI兼容的，因为您必须重新编译调用它的代码，但它是API兼容的，因为您可以通过重新编译来解析它，而无需在调用方中更改任何代码。

这里有一个例子。我的Java库有类A

    // Version 1.0.0
    public class A {
        public void m(String string) {
            System.out.println(string);
        }
    }

我有一个类使用这个库

    public class Main {
        public static void main(String[] args) {
            (new A()).m("string");
        }
    }

现在，库作者编译了他们的类A，我编译了我的类Main，一切都运行得很好。想象一个新版本的a出现了

    // Version 2.0.0
    public class A {
        public void m(String... string) {
            System.out.println(string[0]);
        }
    }

如果我只是使用新编译的类A，并将其与之前编译的类Main一起删除，那么在试图调用该方法时就会得到异常

Exception in thread "main" java.lang.NoSuchMethodError: A.m(Ljava/lang/String;)V
        at Main.main(Main.java:5)

如果我重新编译Main，这是固定的，所有工作再次。

2017-02-22 16:08:01

API:应用程序接口

这是您从应用程序/库中公开的公共类型/变量/函数集。

在C/ c++中，这是在应用程序附带的头文件中公开的内容。

ABI:应用程序二进制接口

这就是编译器构建应用程序的方式。它定义了一些东西(但不限于):

参数如何传递给函数(寄存器/堆栈)。谁从堆栈中清除参数(调用方/被调用方)。返回值的位置。异常如何传播。

2010-09-24 06:25:42

这是我的外行解释:

API——考虑包含文件。它们提供编程接口。 ABI——想想内核模块。当你在某个内核上运行它时，它必须同意如何在没有包含文件的情况下进行通信，即作为低级二进制接口。

2010-09-24 05:28:43

(应用二进制接口)结合操作系统的特定硬件平台的规范。它超越了API(应用程序程序接口)，后者定义了从应用程序到操作系统的调用。ABI为特定的CPU系列定义API和机器语言。API不能确保运行时兼容性，但ABI可以，因为它定义了机器语言或运行时格式。

礼貌

2017-02-05 02:57:43