C++的ABI和API有什么区别_C++接口规范与ABI/API概念解析

API是源码级接口，定义函数、类等如何被调用；ABI是二进制接口，规定编译后代码的交互规则，如符号修饰、调用约定和内存布局。API兼容确保代码能编译，ABI兼容确保程序能正确链接和运行。C++无统一ABI，不同编译器间常不兼容，而C有稳定ABI。通过Pimpl模式、C风格接口等可提升ABI稳定性。

API 和 ABI 是 C++ 开发中常被提及的两个概念，它们都与“接口”有关，但层次和用途不同。理解它们的区别对编写可维护、可复用、兼容性良好的代码非常重要。

什么是 API？

在 C++ 中，API 通常体现在：

• 头文件中声明的函数原型
• 类的公共成员函数和数据
• 命名空间中的公开符号
• 模板接口的设计方式

例如：

class Calculator {
public:
    int add(int a, int b);
};

只要源代码能正确包含头文件并调用该函数，就完成了 API 层面的使用。API 关注的是“怎么写代码才能用这个功能”。

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什么是 ABI？

ABI 确保不同编译单元（如库和可执行文件）即使由不同的编译器或不同版本生成，也能在二进制层面正确链接和运行。

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ABI 涉及的内容包括：

• 函数名称的修饰规则（name mangling）
• 参数传递方式（寄存器还是栈）
• 调用约定（__cdecl、__stdcall 等）
• 类内存布局（虚函数表位置、成员偏移）
• 异常处理机制
• 数据类型的大小和对齐方式

例如：C++ 编译器会把 Calculator::add(int, int) 转换成类似 _ZN11Calculator3addEii 的符号名。如果两个模块使用的 name mangling 规则不一致，链接就会失败 —— 这就是 ABI 不兼容。

API 与 ABI 的关键区别

• 层级不同：API 是源码级契约，ABI 是二进制级契约。
• 修改影响不同：修改 API 会影响用户代码是否能编译通过；修改 ABI 会影响已编译程序能否正常链接或运行。
• 兼容性要求不同：保持 API 兼容只需头文件不变或向后兼容；保持 ABI 兼容则要求内存布局、调用方式等完全匹配。
• 语言限制不同：C 语言有稳定的 ABI（如 System V AMD64），而 C++ 没有统一标准 ABI，不同编译器（GCC、Clang、MSVC）之间通常 ABI 不兼容。

举个例子：你更新了一个动态库。

• 如果只增加新函数，旧代码仍能编译通过 → API 兼容。
• 但如果改变了某个虚函数的位置，导致虚表错乱，程序崩溃 → ABI 不兼容。

如何设计更稳定的接口？

• 使用 Pimpl 模式隐藏实现细节，避免类布局变化破坏 ABI。
• 导出 C 风格接口（extern "C"）来获得稳定的 ABI。
• 避免在公开头文件中暴露 STL 容器作为值类型参数或返回值。
• 固定调用约定，特别是在跨模块通信时。
• 版本化你的库，并明确标注 ABI 变更点。

比如：

extern "C" {
    void* calculator_create();
    int   calculator_add(void* calc, int a, int b);
    void  calculator_destroy(void* calc);
}

基本上就这些。API 决定你怎么用一个库，ABI 决定这个库能不能真正跑起来。两者都要重视，尤其是发布共享库时。不复杂但容易忽略。

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