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。

简而言之，从哲学上讲，只有某种类型的东西才能相处得很好，而ABI可以被看作是一种软件东西一起工作的东西。

区分ABI和API的最好方法是了解它的用途和原因:

对于x86-64，通常有一个ABI(对于x86 32位，有另一组ABI):

http://www.x86-64.org/documentation/abi.pdf

https://developer.apple.com/library/mac/documentation/DeveloperTools/Conceptual/LowLevelABI/140-x86-64_Function_Calling_Conventions/x86_64.html

http://people.freebsd.org/~obrien/amd64-elf-abi.pdf

Linux + FreeBSD + MacOSX紧随其后，略有变化。Windows x64有自己的ABI:

http://eli.thegreenplace.net/2011/09/06/stack-frame-layout-on-x86-64/

Knowing the ABI and assuming other compiler follows it as well, then the binaries theoretically know how to call each other (libraries API in particular) and pass parameters over the stack or by registers etc. Or what registers will be changed upon calling the functions etc. Essentially these knowledge will help software to integrate with one another. Knowing the order of the registers / stack layout I can easily piece together different software written in assemblies together without much problem.

但是API是不同的:

它是一个定义了参数的高级函数名，这样如果不同的软件使用这些API构建，就可以相互调用。但是必须遵守SAME ABI的附加要求。

例如，Windows曾经是POSIX API兼容的:

https://en.wikipedia.org/wiki/Windows_Services_for_UNIX

https://en.wikipedia.org/wiki/POSIX

Linux也是POSIX兼容的。但是二进制文件不能被移动并立即运行。但是因为它们在POSIX兼容的API中使用了相同的NAMES，所以您可以在C语言中使用相同的软件，在不同的操作系统中重新编译它，并立即让它运行起来。

API是为了简化软件集成-预编译阶段。所以在编译之后，如果ABI不同的话，软件看起来会完全不同。

ABI的目的是在二进制/汇编级别定义软件的精确集成。

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]

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。

术语ABI用于指代两个不同但相关的概念。

当谈到编译器时，它指的是用于从源级结构转换到二进制结构的规则。数据类型有多大?堆栈是如何工作的?如何将参数传递给函数?调用者和被调用者应该保存哪些寄存器?

当谈到库时，它指的是由编译库提供的二进制接口。这个接口是多种因素的结果，包括库的源代码、编译器使用的规则，以及在某些情况下从其他库中获得的定义。

对库的更改可以在不破坏API的情况下破坏ABI。例如，考虑具有如下接口的库。

void initfoo(FOO * foo)
int usefoo(FOO * foo, int bar)
void cleanupfoo(FOO * foo)

应用程序程序员编写的代码是

int dostuffwithfoo(int bar) {
  FOO foo;
  initfoo(&foo);
  int result = usefoo(&foo,bar)
  cleanupfoo(&foo);
  return result;
}

应用程序程序员并不关心FOO的大小或布局，但应用程序二进制文件最终会硬编码FOO的大小。如果标准库程序员在foo中添加了一个额外的字段，并且有人将新的标准库二进制文件与旧的应用程序二进制文件一起使用，那么标准库可能会进行越界内存访问。

OTOH，如果标准库的作者像这样设计他们的API。

FOO * newfoo(void)
int usefoo(FOO * foo, int bar)
void deletefoo((FOO * foo, int bar))

应用程序程序员编写的代码是

int dostuffwithfoo(int bar) {
  FOO * foo;
  foo = newfoo();
  int result = usefoo(foo,bar)
  deletefoo(foo);
  return result;
}

然后，应用程序二进制文件不需要知道任何关于FOO的结构，这些都可以隐藏在库中。你为此付出的代价是涉及到堆操作。