ABI（Application Binary Interface，应用二进制接口）是二进制层面的契约。它用于处理已经编译好的目标文件、静态库、动态库，之间如何互相调用、传递数据。

ABI 规定了什么

  • 调用约定（calling convention）：参数和返回值放寄存器还是栈、顺序如何、谁负责清栈（x86 的 cdecl / stdcall / fastcall，x64 的 System V AMD64 / Microsoft x64）
  • 名字修饰（name mangling）：同一个函数在不同 ABI 下会有不同的符号名
    • Itanium（GCC / Clang）：void foo(int) → _Z3fooi
    • MSVC：void foo(int) → ?foo@@YAXH@Z
  • 对象布局：成员顺序、填充字节、基类子对象位置、vptr 位置（见 类的内存占用）
  • 类型大小与对齐：sizeof / alignof、位域布局
  • 虚函数表布局：虚函数的槽位顺序，决定 virtual 调用跳到哪里（见 多态）
  • 异常与 RTTI：栈展开表、type_info 的结构
  • 动态链接细节：符号可见性、SONAME、符号版本
  • 文件格式：ELF（Linux）、PE/COFF（Windows）、Mach-O（macOS）
对比维度 API（源码契约） ABI（二进制契约）
内容 头文件里的声明、类定义、文档里的语义约定 符号名、调用约定、对象布局、vtable、异常、动态链接
阶段 编译期 链接期 + 运行期

ABI 兼容是什么意思

ABI 兼容（binary compatible）指的是：用旧版本编译出来的程序，不重新编译，直接换成新版本的库也能正常运行。

  • 保证源码之间仍旧能通过编译的是 API 兼容，保证旧的二进制文件能直接用的才是 ABI 兼容
  • 动态库发布新版本时，ABI 兼容才能让用户直接替换 .so / .dll，否则只能重新编译整个程序

谁定义 ABI

C++ 标准不规定 ABI，只规定语义。具体二进制长什么样由实现决定：

平台 / 编译器 ABI
GCC / Clang（Linux、macOS） Itanium C++ ABI
MSVC（Windows） Microsoft C++ ABI
标准库 libstdc++ / libc++ / MSVC STL 各自实现，布局可能不同

因此同一份源码用 GCC 和 MSVC 编出来的二进制不能互相链接，甚至同一编译器换了标准库（libstdc++/libc++）也不行。

C 语言本身没有 name mangling，调用约定按平台固定，因此跨语言调用时经常用 C ABI 当作标准。

怎么保持 ABI 稳定

  • pImpl（编译防火墙）：头文件里只放一个指向实现的指针，成员全藏在 .cpp 里；改实现不动头文件，对象大小也不变
  • 纯 C 接口：extern "C" 关掉 name mangling，调用约定按平台固定；配合不透明指针（typedef struct Foo Foo;）把实现藏起来（见 extern “C”）
  • 预留槽位：接口里留空的虚函数或私有成员，新功能往里填
  • 符号版本化：glibc 用 .symver 给同一符号保留多个版本（如 GLIBC_2.2.5），旧程序仍绑到旧实现
  • SONAME 升级：ABI 破坏时把 libfoo.so.1 升成 libfoo.so.2，让包管理器同时装两个版本
  • abi_tag：GCC / Clang 的 __attribute__((abi_tag("v2"))) 会把标签编进符号名，避免新旧 ABI 悄悄混用

工具

nm -D --defined-only libfoo.so | c++filt     # 看导出的符号
readelf -sW libfoo.so                        # 符号表 / 版本信息
objdump -T libfoo.so                         # 动态符号表
abi-dumper libfoo.so -o foo.abi              # 导出 ABI 描述
abi-compliance-checker -l foo -old old.abi -new new.abi
abidiff old.so new.so                        # libabigail 的 ABI diff

GCC 的 -fabi-version=n 可以指定遵循哪一版 Itanium ABI。