理解 ABI 和 extern "C"

ABI（Application Binary Interface）是一种用于定义程序或库之间如何通过二进制代码进行交互的标准。它规定了如下几个方面：

数据类型的大小和对齐：定义基本数据类型（如整数、浮点数等）的大小和内存布局。

函数调用约定：定义函数如何接收参数和返回值，包括参数传递的顺序、使用的寄存器、栈清理责任等。

系统调用接口：定义应用程序如何通过系统调用与操作系统内核进行交互。

二进制格式：规定可执行文件、目标文件和动态库的二进制格式（如 ELF、PE 等）。

寄存器使用约定：规定哪些寄存器用于参数传递、哪些寄存器需要在函数调用后保持不变等。

异常处理和系统调用接口：特别是在涉及高级语言特性或系统级编程时，ABI 可能还包括异常处理机制和系统调用接口。

ABI 的存在使得不同编译器编译出的二进制代码可以互操作，在涉及到跨平台开发或者需要使用多种编程语言的项目中尤其重要。

C 语言的 ABI

当我们谈论 C 语言的 ABI 时，我们实际上是在讨论特定平台（硬件架构和操作系统）上的 C 程序的应用程序二进制接口。这并不是 C 语言标准的一部分，而是平台、编译器和操作系统共同定义的规则和约定。C 语言本身并不定义 ABI，因为它旨在保持最大的灵活性和可移植性，以便在多种硬件和操作系统上实现。

所以不像是由委员会讨论制定的语言规范一样，C-ABI 并不指代某一个具体的标准，根据平台不同都可能有区别。

以下是一个简单的表格，列出了不同平台的常见 ABI 规范。

架构/操作系统	Linux	Windows	macOS
x86	System V ABI	cdecl, stdcall	不常用
x86-64	System V ABI	Microsoft x64 ABI	System V ABI
ARM	ARM EABI	ARM (WinCE)	ARM64 ABI
ARM64	AArch64 ABI	Microsoft ARM64 ABI	ARM64 ABI
PowerPC	PowerPC ELF ABI	不常用	不常用
RISC-V	RISC-V ELF ABI	不常用	不常用

System V ABI：这是大多数 Unix 系统（包括 Linux 和 macOS）在 x86 和 x86-64 架构上使用的 ABI。

Microsoft x64 ABI：这是 Windows 在 x86-64 架构上使用的 ABI。

ARM EABI 和 AArch64 ABI：这些是 ARM 架构的标准 ABI，分别用于 32 位和 64 位。

cdecl 和 stdcall：这些是 Windows 在 x86 架构上常用的调用约定。

RISC-V ELF ABI：这是 RISC-V 架构的标准 ABI，用于 ELF 格式的可执行文件。

这些不同的 ABI 之间可能存在不兼容，需要通过特定的接口或工具进行转换和适配。

理解 extern "C"

包括 C++ 和 Rust 在内的很多编程语言都使用 extern "C" 导出符合 C 语言标准的函数，通常它会做这些事：

1. 禁用 C++ 名称修饰：在 C++ 中，函数名通常会被编译器进行名称修饰（name mangling），以支持函数重载和其他特性。extern "C" 指示编译器不要对这些函数进行名称修饰，而是使用 C 的命名约定。这使得编译后的函数名在链接时可以被 C 语言或其他支持 C ABI 的语言正确识别。

2. 使用 C 的函数调用约定：extern "C" 确保函数使用 C 语言的函数调用约定。这包括参数传递的方式、返回值的处理、栈的清理等。这种约定与 C++ 或其他语言的调用约定可能不同，因此这是确保跨语言调用时正确性的关键。

3. 跨语言链接：使用 extern "C" 可以让其他语言（如 Python、Rust、Fortran 等）通过 C 的 ABI 调用这些函数。由于所有平台几乎都会支持 C 语言并定义其在自己平台上的 ABI，因此使用 C-ABI 可以确保在任何平台上都能使用一套稳定的 ABI 来提供跨语言的二进制兼容性。

因此通过 extern "C" 导出函数，可以提高函数接口的兼容性和可移植性，使得这些函数可以被其他语言或库轻松调用。