总结

对于定义ABI(应用程序二进制接口)的确切层有各种各样的解释和强烈的意见。

在我看来，ABI是对特定API的给定/平台的主观约定。ABI是对于特定API“不会改变”的约定的“剩余”部分，或者由运行时环境解决:执行器、工具、链接器、编译器、jvm和OS。

定义接口:ABI, API

如果你想使用像joda-time这样的库，你必须声明一个依赖joda-time-<major>.<minor>.<patch>.jar。标准库遵循最佳实践并使用语义版本控制。这在三个层次上定义了API的兼容性:

补丁——你根本不需要修改你的代码。这个库只是修复了一些错误。 次要-你不需要改变你的代码，因为添加的东西(开闭原则是尊重的) 重要—接口(API)已更改，您可能需要更改代码。

为了让你使用同一个库的一个新的主要版本，还有很多其他的约定需要遵守:

库使用的二进制语言(在Java情况下是定义Java字节码的JVM目标版本) 调用约定 JVM规范 链接约定 运行时约定 所有这些都是由我们使用的工具定义和管理的。

例子

Java案例研究

例如，Java标准化了所有这些约定，不是在一个工具中，而是在一个正式的JVM规范中。该规范允许其他供应商提供一组不同的工具来输出兼容的库。

Java为ABI提供了另外两个有趣的案例研究:Scala版本和Dalvik虚拟机。

Dalvik虚拟机破坏了ABI

The Dalvik VM needs a different type of bytecode than the Java bytecode. The Dalvik libraries are obtained by converting the Java bytecode (with same API) for Dalvik. In this way you can get two versions of the same API: defined by the original joda-time-1.7.2.jar. We could call it joda-time-1.7.2.jar and joda-time-1.7.2-dalvik.jar. They use a different ABI one is for the stack-oriented standard Java vms: Oracle's one, IBM's one, open Java or any other; and the second ABI is the one around Dalvik.

Scala后续版本不兼容

Scala在次要的Scala版本之间不具有二进制兼容性:2。X。由于这个原因，相同的API“io。reactivex" %% "rxscala" % "0.26.5"有三个版本(将来会有更多):针对Scala 2.10、2.11和2.12。改变了什么?我现在不知道，但是二进制文件是不兼容的。可能最新的版本增加了一些东西，使得库在旧的虚拟机上无法使用，可能是与链接/命名/参数约定有关的东西。

Java连续版本是不兼容的

Java在JVM的主要版本上也有问题:4,5,6,7,8,9。它们只提供向后兼容性。Jvm9知道如何运行针对所有其他版本的编译/目标代码(javac的-target选项)，而JVM 4不知道如何运行针对JVM 5的代码。而你只有一个joda-library。由于有不同的解决方案，这种不兼容性变得显而易见:

语义版本控制:当库的目标是更高的JVM时，它们通常会改变主版本。 使用JVM 4作为ABI，您就安全了。 Java 9增加了一个关于如何在同一个库中包含特定目标JVM的字节码的规范。

为什么我要从API定义开始呢?

API and ABI are just conventions on how you define compatibility. The lower layers are generic in respect of a plethora of high level semantics. That's why it's easy to make some conventions. The first kind of conventions are about memory alignment, byte encoding, calling conventions, big and little endian encodings, etc. On top of them you get the executable conventions like others described, linking conventions, intermediate byte code like the one used by Java or LLVM IR used by GCC. Third you get conventions on how to find libraries, how to load them (see Java classloaders). As you go higher and higher in concepts you have new conventions that you consider as a given. That's why they didn't made it to the semantic versioning. They are implicit or collapsed in the major version. We could amend semantic versioning with <major>-<minor>-<patch>-<platform/ABI>. This is what is actually happening already: platform is already a rpm, dll, jar (JVM bytecode), war(jvm+web server), apk, 2.11 (specific Scala version) and so on. When you say APK you already talk about a specific ABI part of your API.

API可以移植到不同的ABI

抽象的顶层(针对最高API编写的源代码可以被重新编译/移植到任何其他较低层次的抽象。

假设我有一些rxscala的源代码。如果Scala工具改变了，我可以重新编译它们。如果JVM发生了变化，我就可以从旧机器自动转换到新机器，而不需要考虑高级概念。虽然移植可能很困难，但对任何其他客户端都有帮助。如果使用完全不同的汇编代码创建一个新的操作系统，则可以创建一个转换器。

跨语言移植的api

有些api可以移植到多种语言中，比如反应流。一般来说，它们定义到特定语言/平台的映射。我认为API是用人类语言甚至是特定的编程语言正式定义的主规范。在某种意义上，所有其他的“映射”都是ABI，比通常的ABI更多的API。REST接口也是如此。

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。

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]

让我至少回答你问题的一部分。通过一个例子说明Linux ABI如何影响系统调用，以及它为什么有用。

A systemcall is a way for a userspace program to ask the kernelspace for something. It works by putting the numeric code for the call and the argument in a certain register and triggering an interrupt. Than a switch occurs to kernelspace and the kernel looks up the numeric code and the argument, handles the request, puts the result back into a register and triggers a switch back to userspace. This is needed for example when the application wants to allocate memory or open a file (syscalls "brk" and "open").

现在系统调用有简短的名称“brk”等和相应的操作码，这些在系统特定的头文件中定义。只要这些操作码保持不变，您就可以使用不同更新的内核运行相同的已编译用户域程序，而无需重新编译。这样就有了预编译二进制文件使用的接口，因此就有了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。

调用方和被调用方之间的ABI需要一致，以确保调用成功。堆栈使用，寄存器使用，程序结束堆栈弹出。所有这些都是ABI中最重要的部分。