ABI 是什么 ？

应用二进制接口 (ABI) 是两个二进制程序模块之间的底层接口，通常存在于：

• 已编译的应用程序代码 与
• 操作系统、硬件 或 共享库 之间。

它定义了数据结构、函数调用 和 系统调用 在二进制层面如何表示和访问，从而使得分开编译的代码可以在运行时协同工作。

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✅ 为什么需要 ABI？

在以下情况下需要 ABI：

1. 程序的不同部分是分开编译的
   • 例如，使用预编译库（如 .so, .dll, .a, .dylib）。
2. 跨语言或跨编译器集成
   • 例如，从 Rust 调用 C 代码，或 Dart 通过 FFI 调用原生代码。
3. 与操作系统或硬件交互
   • 系统调用遵循 ABI 规则，因此您的应用程序可以与内核或硬件通信。
4. 确保可移植性和兼容性
   • 更改库的 ABI（例如函数签名的布局）可能会破坏依赖的应用程序。

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⚙️ ABI 具体规定了什么？

它定义了以下技术细节：

方面	描述
调用约定 (Calling convention)	函数如何被调用：参数如何传递（在寄存器/栈中）、谁清理栈、返回值如何传递。
数据类型布局 (Data types layout)	结构体 (structs)、联合体 (unions)、枚举 (enums) 的内存对齐 (alignment)、填充 (padding) 和大小 (size)。
名称修饰 (Name mangling)	函数名在二进制文件中如何编码（C++ 使用修饰，C 语言不使用）。
寄存器使用 (Register usage)	哪些寄存器用于传递参数、返回值，以及哪些寄存器必须被保留（preserved）。
栈布局 (Stack layout)	局部变量和返回地址如何放置。

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📌 示例 1：从 Rust 调用 C 函数

假设您有这样一个 C 函数：

// lib.c
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

如果您将其编译成共享库 (libadd.so)，并从 Rust 调用它：

// main.rs
extern "C" {
    fn add(a: i32, b: i32) -> i32;
}

fn main() {
    unsafe {
        println!("3 + 4 = {}", add(3, 4));
    }
}

🔸 这里的 "C" 指定了 C ABI，因此 Rust 知道如何正确调用 add —— 使用相同的调用约定、栈布局等。

如果没有 ABI，Rust 和 C 可能以不同方式表示整数、使用不同的调用约定、或将值放在不同的寄存器中——这将导致程序崩溃或数据损坏。

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📌 示例 2：结构体布局不匹配

在 C 语言中：

struct A {
    int x;
    char y;
};

在内存中，它可能看起来像这样：

字段	字节	说明
x	0-3	int (4 字节)
y	4	char (1 字节)
---填充(padding)---	5–7	用于对齐 (alignment)

如果另一种语言（例如 Python 的 ctypes 或 Go 的 FFI）在不知道填充规则的情况下尝试访问此结构体，它将错误地读取内存。ABI 定义了这种布局。

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📌 示例 3：Flutter/Dart 通过 FFI 调用原生 C++

当 Dart 调用一个原生 C 函数时：

// native.c
double multiply(double a, double b) {
    return a * b;
}

Dart 端使用 FFI：

final multiply = nativeLib
  .lookupFunction<Double Function(Double, Double),
                   double Function(double, double)>('multiply');

Dart 使用 C ABI 来确保其调用函数的方式以及参数/结果的传递方式与 C 函数匹配。

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📌 实际后果：ABI 破坏

如果您用 g++ 9.0 构建了一个 C++ 库，后来又用 g++ 13.0 构建，默认的 C++ ABI 可能已经改变，这可能导致：

• 段错误 (segmentation faults)
• 未定义行为 (undefined behavior)
• 链接器错误 (linker errors)

这就是为什么库维护者要承诺跨版本的 ABI 稳定性。

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🧠 总结

概念	解释
ABI	组件之间的二进制级契约 (Binary-level contract)。
为何重要	支持跨模块、跨语言、跨编译器的协作。
定义内容	函数调用、内存布局、系统调用、寄存器使用方式等。
没有它会怎样	来自不同来源的编译代码将无法协同工作。