FFI（Foreign Function Interface）是这样一种机制：用一种编程语言写的程序能调用另一种编程语言写的函数（routines）。

FFI 有两种内涵。一种是是在当前正在使用的语言（host）中，调用由其它语言（guest）提供的库。第二种内涵与第一种方向相反，即，使用当前语言（host）写库，供其它语言（guest）调用。不过，后者不是任何语言都能做到的，有些语言即使能做，也会非常吃力。

FFI 的历史和现状

FFI 这个术语最早来自 Common Lisp 的规范。目前几乎所有严肃编程的语言都有提供 FFI 的支持，但大多数是单向功能。

不同语言称呼这种语言间调用的功能名字可能不同。Common Lisp、Haskell、Python、Rust 这些叫 FFI，Java 叫 JNI 或 JNA，还有一些其它语言叫 “绑定”。严格来说，FFI 与 绑定，意义并不相同，绑定可以理解为 FFI 中的一种实现。

不同语言实现 FFI 的方式不尽相同。有的语言，比如，要调用 C 库，必须用 C 语言，按那种语言的绑定规范，实现一个 C 项目，用 C 编译器编译并链接，生成库文件，再由这种语言调用（这种语言本身已经实现了加载其定义的规范 C 库的能力）。

有的语言，比如，Rust，要调用 C 库，不再需要使用 C 语言写绑定工程，而是直接使用 Rust 语言写。这样，就有个好处是，你不再需要掌握 C 语言的那么多的繁文缛节和工具链（但是还是必须懂 C 语言）。

FFI 调用原理

为什么不同的语言之间能互相调用呢？

我们知道，计算机的运算，最底层的数据/代码都是以二进制的形式存在。所有的语言在编译后，都会以二进制的形式去执行（即使编译后的代码为字节码，虚拟机在运行的时候，也会继续翻译成 CPU 认识的二进制指令）。这就为不同语言间的调用提供了可能性。

但是，可能归可能。二进制毕竟太底层了。没有大家一致认可的调用约定，那也是不可能互通的。于是，ABI（应用程序二进制接口） 就出现了。调用约定，类型表示和名称修饰这三者的统称，即是众所周知的应用二进制接口（ABI）。

试想，如果所有的语言在调用时都能认识同样一套 ABI 规范，那么就能完全畅通的调用了。可惜，世界不会像我们人为想象的那样干净。

在计算机技术发展的过程中，出现了各种 ABI 规范，它们有的看起来相似，但在具体编译器的实现上，又有细微不同。所以，这是一件很麻烦的事情。大体来说，有如下规范：

• cdecl
• syscall
• optlink
• pascal
• register
• stdcall
• fastcall
• thiscall
• winapi
• Intel ABI
• System V

等。详情可参考：X86调用约定。

而 Rust 目前支持如下 ABI 约定：

• stdcall
• aapcs
• cdecl
• fastcall
• vectorcall
• Rust
• rust-intrinsic
• system
• C
• win64
• sysv64

不过，值得庆幸的是，目前我们 IT 工业的基石，绝大部分是由 C 语言写成。于是自然而然，绝大多数库都遵循 cdecl（或 C）规范。所以我们可以专注于 C 规范来讨论问题。

FFI 的困难之处

FFI 实现起来，比想像的要复杂许多，困难体现在：

• 如果 host 语言（调用主动方）带 GC（垃圾收集器），而 guest 语言（调用被动方）不带，那么可能会在资源管理（创建，释放）上面造成一些问题，需要特别细致地处理；
• 复杂对象或类型，在映射到两边的时候，可能会有一些不协调甚至失真的现象；
• 两边要同时引用一个可变对象的时候，可能会遇到问题；
• 如果两边的语言都是运行在 VM 之上的语言，那么这两个语言之间的直接 FFI 非常困难甚至不可能；
• 类型系统/对象组合模型/继承机制等其它细节，可能在跨语言的时候，成为障碍；
• 其它。

所以，虽然都能做 FFI，但是不同语言实现 FFI 的困难程度是不同的。

哪些语言可以方便地对外提供 FFI 库支持

可惜，大部分语言只能单向地“索取”。目前所知，能（较方便地）对其它语言提供 FFI 库支持的语言有：

• C
• C++（通过定义 C 接口）
• Rust（通过使用 C 约定）
• Ada
• Fortran

小编能力所限，如有未列举完整之处，欢迎补充。

偷懒的程序员

在开发的过程中，要一个一个对大量的 C/C++ 库写绑定来进行 FFI，毕竟是一项费时费力的活儿。聪明的程序员们就开始构想一些“通用”的方案，实现批量快速绑定。

SWIG

以下定义来自 https://zh.wikipedia.org/wiki/SWIG：

简单包装界面产生器(SWIG)是一个开源软件工具，用来将C语言或C++写的计算机程序或函式库，连接脚本语言，例如Lua, Perl, PHP, Python, R, Ruby, Tcl, 和其它语言，例如C#, Java, JavaScript, Go, D, OCaml, Octave, Scilab以及Scheme. 也可以输出成XML格式。

也就是说，使用了 SWIG 这套工具和规范，就可以直接在上层语言（动态语言居多）中调用 C/C++ 库了，省却大量烦恼。但在实际使用中，还会有一些细节问题，往往需要人工调整。所以也不是那么完美。

SWIG 官网：http://swig.org/ 。

Gnome 社区关于构建通用 GI 规范的理想和实践

Gnome/Gtk 那一帮理想主义青年，发明了 GI（GObject Introspection）。用于对基于 glib/gobject 生态的众多软件（C 代码库）自动生成完整的接口描述文件（及 typelib），然后其它语言只要实现了对 Gir 这一个标准的支持，那么就可以无缝调用所有经过 Gir 化处理的 C 库。而不再需要单独为每一个 C 库做绑定了。这样就大大简化了 FFI 接口项目的编写工作。

目前这一杰出创意的重量级工作成果有 cairo, pango, gtk 等库。

更多信息请参考：https://gi.readthedocs.io/en/latest/。

另一种思路——基于字节码的平台级路线

语言间的相互调用，历史的发展提供了另一条路线：建立一个共同的字节码平台，这个平台之上的所有语言，皆可便捷地相互调用。

JVM 平台语言之间的 FFI

Java 发展到现在，已经形成了一个强大的 JVM 生态。JVM 平台上有大量的新语言产生，比如 Scala, Clojure, JRuby, Jython 等。这些语言前端不同，但是共享同一套 JVM 字节码和调用规范。因此，这些语言和 Java 之间，以及这些衍生语言之间，能比较容易地实现相互调用。

JVM 平台的缺点在于，其生态中的成果，被局限在了 JVM 平台内，无法（或很难）被其它语言平台所享用。

WASM 平台的 FFI

Web Assembly（WASM）是一个新的字节码平台，其势头发展很猛。其有着比 JVM 平台更大的野心和联盟。因为是新设计的字节码，故其在设计的时候，就对 JVM 平台的一些问题做了规避（这方面可 Google 查阅相关资料）。

目前几乎所有主流语言都已实现将 WASM 作为编译目标，并且有相当一部分语言能够加载 WASM 库文件，调用其中的函数。不同的语言编译出的 WASM 效能和体积大小也是不同的。目前来看，C、C++、Rust 这些非 GC 语言能够编译出最精简，执行效率最高的 WASM 字节码。

WASM 的规范还在快速完善中。

结语

本篇描述了 FFI （外部程序接口）的概念和基本原理，并对其历史、内在的困难，以及程序员在 FFI 发展上的各种尝试，都做了简单介绍。

本篇大量内容参考 wikipedia 的 Foreign function interface 页面。

恕小编能力所限，如有描述不当或不完整之处，欢迎同行指正或补充，感谢！