PHP扩展的ABI（Application Binary Interface）兼容性：如何在PHP版本间保持扩展的稳定性 - 智猿学院-前后端，数据库，人工智能，云计算等领域前沿技术讲座

PHP扩展的ABI兼容性：如何在PHP版本间保持扩展的稳定性

大家好，今天我们来深入探讨一个对于PHP扩展开发者至关重要的话题：ABI（Application Binary Interface）兼容性。当我们编写一个PHP扩展时，我们希望它能在不同的PHP版本上运行，而无需重新编译或进行重大修改。但是，PHP的内部结构和API一直在演进，这给扩展的兼容性带来了挑战。理解ABI以及如何维护扩展的ABI兼容性，对于构建长期可维护的PHP扩展至关重要。

什么是ABI？

ABI是应用程序二进制接口的缩写，它定义了二进制代码模块（如共享库或动态链接库）之间的低级交互方式。这包括：

数据类型的大小和对齐方式： 例如，int、long、double等数据类型在内存中的大小和排列方式。
函数调用约定： 如何传递函数参数（通过寄存器、堆栈等）、返回值如何传递、以及由谁负责清理堆栈。
名称修饰（Name Mangling）： 编译器如何将函数和变量的名称转换为二进制代码中的符号名称。
内存布局： 对象在内存中的布局，包括成员变量的顺序和偏移量。
系统调用接口： 程序如何与操作系统进行交互。

当两个二进制模块使用相同的ABI时，它们可以相互交互而无需重新编译。如果ABI不兼容，则一个模块编译的代码可能无法正确地与另一个模块链接和执行。

PHP扩展与ABI的关系

PHP扩展本质上是动态链接库，它们通过PHP的Zend引擎提供的API与PHP核心进行交互。这意味着PHP扩展的ABI必须与PHP核心的ABI兼容。

PHP核心的ABI并非一成不变。随着PHP版本的更新，内部数据结构、函数调用约定和API都可能发生变化。这些变化可能导致之前的PHP扩展在新的PHP版本上无法正常工作，甚至崩溃。

ABI兼容性问题示例

假设我们有一个简单的PHP扩展，它定义了一个函数my_extension_get_version()，用于返回扩展的版本号。

在PHP 5.6中：

PHP_FUNCTION(my_extension_get_version)
{
    RETURN_STRING("1.0", 1); // 复制字符串
}

在PHP 7.0中：

RETURN_STRING宏的行为发生了改变。在PHP 5.6中，它复制了字符串并分配了内存。但在PHP 7.0中，它不再复制字符串，而是直接使用了传入的字符串指针。这意味着如果传入的字符串是静态分配的，它将工作正常。但如果传入的字符串是临时分配的，它可能会被释放，导致悬空指针。

因此，在PHP 7.0中，正确的写法应该是：

PHP_FUNCTION(my_extension_get_version)
{
    RETURN_STRING(strdup("1.0")); // 复制字符串并分配内存
}

或者使用zend_string：

PHP_FUNCTION(my_extension_get_version)
{
    zend_string *str = zend_string_init("1.0", strlen("1.0"), 0);
    RETURN_STR(str); // 返回zend_string
}

这个简单的例子说明了即使是很小的API变化也可能导致ABI不兼容。

如何检查ABI兼容性？

检测ABI兼容性问题并非易事，它需要深入了解PHP的内部结构和API变化。以下是一些常用的方法：

阅读PHP官方文档和变更日志： PHP官方文档通常会记录API的变化，变更日志会详细描述每个版本中的修改。
使用php-config工具： php-config工具可以提供有关PHP配置的信息，例如包含路径、库路径和编译器标志。可以使用这些信息来编译扩展并检查是否存在链接错误。
使用ABI跟踪工具： 有一些工具可以跟踪二进制代码的ABI，例如abi-compliance-checker。这些工具可以检测ABI的变化并生成报告。
进行单元测试： 编写全面的单元测试可以帮助发现ABI兼容性问题。在不同的PHP版本上运行测试，可以验证扩展的行为是否一致。
使用静态分析工具： 静态分析工具可以检查代码中是否存在潜在的ABI兼容性问题，例如使用了不兼容的API或数据结构。

保持ABI兼容性的策略

以下是一些保持PHP扩展ABI兼容性的策略：

最小化对内部API的依赖： 尽量使用PHP的公共API，避免直接访问内部数据结构和函数。PHP的公共API通常会提供更好的兼容性保证。
使用条件编译： 可以使用#ifdef、#ifndef等预处理指令来根据不同的PHP版本选择不同的代码路径。
使用兼容性层： 可以创建一个兼容性层，用于封装PHP API的变化。兼容性层可以提供一个稳定的API，供扩展的其他部分使用。
使用ZEND_API宏： PHP提供了一些宏，例如ZEND_API，用于声明函数和变量。使用这些宏可以确保扩展与PHP核心的ABI兼容。
使用phpize和configure脚本： phpize和configure脚本可以自动检测PHP的配置并生成正确的编译选项。
使用ext_skel生成扩展骨架： ext_skel工具可以生成一个基本的扩展骨架，其中包含一些常用的宏和函数，可以帮助开发者快速开始编写扩展。
遵循PHP的编码规范： 遵循PHP的编码规范可以提高代码的可读性和可维护性，并减少ABI兼容性问题的发生。
持续集成和测试： 使用持续集成和测试可以自动构建和测试扩展，并及时发现ABI兼容性问题。

代码示例：使用条件编译

假设我们需要在不同的PHP版本中使用不同的API来获取请求的URI。

PHP 5.x：

#ifdef PHP5
    char *uri = SG(request_uri);
#endif

PHP 7.x：

#ifdef PHP7
    zend_string *uri = &PG(request_uri);
#endif

为了在两个版本上都工作，我们可以使用条件编译：

#if PHP_MAJOR_VERSION < 7
    char *uri = SG(request_uri);
#else
    zend_string *uri = &PG(request_uri);
#endif

然后，我们需要处理不同类型的数据。例如，如果我们想将URI转换为小写：

#if PHP_MAJOR_VERSION < 7
    char *lowercase_uri = estrdup(uri);
    php_strtolower(lowercase_uri, strlen(lowercase_uri));
#else
    zend_string *lowercase_uri = zend_string_tolower(uri);
#endif

注意，我们需要在不再需要时释放内存：

#if PHP_MAJOR_VERSION < 7
    efree(lowercase_uri);
#else
    zend_string_release(lowercase_uri);
#endif

这是一个简单的例子，展示了如何使用条件编译来处理不同PHP版本之间的API差异。

代码示例：使用兼容性层

我们可以创建一个兼容性层来封装PHP API的变化。例如，我们可以创建一个名为my_extension_compat.h的头文件，其中包含以下内容：

#ifndef MY_EXTENSION_COMPAT_H
#define MY_EXTENSION_COMPAT_H

#include <php.h>

#if PHP_MAJOR_VERSION < 7
#define MY_EXTENSION_GET_REQUEST_URI() SG(request_uri)
#define MY_EXTENSION_STRING_LOWER(str) php_strtolower(str, strlen(str))
#define MY_EXTENSION_STRING_DUPLICATE(str) estrdup(str)
#define MY_EXTENSION_STRING_FREE(str) efree(str)
#else
#define MY_EXTENSION_GET_REQUEST_URI() &PG(request_uri)
#define MY_EXTENSION_STRING_LOWER(str) zend_string_tolower(str)
#define MY_EXTENSION_STRING_DUPLICATE(str) zend_string_init(str, strlen(str), 0)
#define MY_EXTENSION_STRING_FREE(str) zend_string_release(str)
#endif

#endif /* MY_EXTENSION_COMPAT_H */

然后，在扩展的代码中，我们可以包含这个头文件并使用这些宏：

#include "my_extension_compat.h"

PHP_FUNCTION(my_extension_get_lowercase_uri)
{
    char *uri;
    size_t uri_len;

    #if PHP_MAJOR_VERSION < 7
        uri = MY_EXTENSION_GET_REQUEST_URI();
        uri_len = strlen(uri);
    #else
        zend_string *request_uri = MY_EXTENSION_GET_REQUEST_URI();
        uri = ZSTR_VAL(request_uri);
        uri_len = ZSTR_LEN(request_uri);
    #endif

    char *lowercase_uri = MY_EXTENSION_STRING_DUPLICATE(uri);
    MY_EXTENSION_STRING_LOWER(lowercase_uri);

    RETURN_STRINGL(lowercase_uri, uri_len);
    MY_EXTENSION_STRING_FREE(lowercase_uri);

}

这个例子展示了如何使用兼容性层来隐藏PHP API的变化，并使扩展的代码更加简洁和可读。

表格：PHP版本间的常见ABI变化

特性	PHP 5.6	PHP 7.0	PHP 7.4	PHP 8.0
字符串类型	`char*`	`zend_string`	`zend_string`	`zend_string`
内存管理	`emalloc`, `efree`	`zend_string_init`, `zend_string_release`	`zend_string_init`, `zend_string_release`	`zend_string_init`, `zend_string_release`
函数返回值	`RETURN_STRING`, `RETURN_LONG`	`RETURN_STR`, `RETURN_LONG`	`RETURN_STR`, `RETURN_LONG`	`RETURN_STR`, `RETURN_LONG`
全局变量	`SG(request_uri)`	`PG(request_uri)`	`PG(request_uri)`	`PG(request_uri)`
函数声明	`PHP_FUNCTION`	`PHP_FUNCTION`	`PHP_FUNCTION`	`PHP_FUNCTION`
对象处理	`zval*`	`zval*`	`zval*`	`zval*`
对象属性访问	`zend_read_property`, `zend_update_property`	`zend_read_property`, `zend_update_property`	`zend_read_property_ex`, `zend_update_property_ex`	`zend_read_property_ex`, `zend_update_property_ex`
异常处理	`zend_throw_exception`	`zend_throw_exception`	`zend_throw_exception`	`zend_throw_exception`
HashTable	`HashTable`	`HashTable`	`HashTable`	`HashTable`
版本宏	`PHP_VERSION_ID`	`PHP_VERSION_ID`, `PHP_MAJOR_VERSION`, `PHP_MINOR_VERSION`	`PHP_VERSION_ID`, `PHP_MAJOR_VERSION`, `PHP_MINOR_VERSION`	`PHP_VERSION_ID`, `PHP_MAJOR_VERSION`, `PHP_MINOR_VERSION`

这个表格列出了一些常见的ABI变化，但并非详尽无遗。开发者应该仔细阅读PHP官方文档和变更日志，以了解每个版本中的具体变化。

总结

维护PHP扩展的ABI兼容性是一个持续的过程，需要开发者深入了解PHP的内部结构和API变化，并采用合适的策略来应对这些变化。通过最小化对内部API的依赖、使用条件编译、使用兼容性层以及遵循PHP的编码规范，可以大大提高扩展的兼容性，并减少维护成本。

希望今天的讲座能帮助大家更好地理解PHP扩展的ABI兼容性，并为构建长期可维护的PHP扩展提供一些有用的指导。