C API and ABI Stability

Unless documented otherwise, Python’s C API is covered by the Backwards Compatibility Policy, PEP 387. Most changes to it are source-compatible (typically by only adding new API). Changing existing API or removing API is only done after a deprecation period or to fix serious issues.

CPython’s Application Binary Interface (ABI) is forward- and backwards-compatible across a minor release (if these are compiled the same way; see Consideraciones de la plataforma below). So, code compiled for Python 3.10.0 will work on 3.10.8 and vice versa, but will need to be compiled separately for 3.9.x and 3.11.x.

There are two tiers of C API with different stability expectations:

  • Unstable API, may change in minor versions without a deprecation period. It is marked by the PyUnstable prefix in names.

  • Limited API, is compatible across several minor releases. When Py_LIMITED_API is defined, only this subset is exposed from Python.h.

These are discussed in more detail below.

Names prefixed by an underscore, such as _Py_InternalState, are private API that can change without notice even in patch releases. If you need to use this API, consider reaching out to CPython developers to discuss adding public API for your use case.

Unstable C API

Any API named with the PyUnstable prefix exposes CPython implementation details, and may change in every minor release (e.g. from 3.9 to 3.10) without any deprecation warnings. However, it will not change in a bugfix release (e.g. from 3.10.0 to 3.10.1).

It is generally intended for specialized, low-level tools like debuggers.

Projects that use this API are expected to follow CPython development and spend extra effort adjusting to changes.

Interfaz binaria de aplicación estable

For simplicity, this document talks about extensions, but the Limited API and Stable ABI work the same way for all uses of the API – for example, embedding Python.

Limited C API

Python 3.2 introduced the Limited API, a subset of Python’s C API. Extensions that only use the Limited API can be compiled once and be loaded on multiple versions of Python. Contents of the Limited API are listed below.

Py_LIMITED_API

Se define esta macro antes de incluir Python.h para optar por usar sólo la API limitada y para seleccionar la versión de la API limitada.

Define Py_LIMITED_API to the value of PY_VERSION_HEX corresponding to the lowest Python version your extension supports. The extension will be ABI-compatible with all Python 3 releases from the specified one onward, and can use Limited API introduced up to that version.

En lugar de utilizar directamente la macro PY_VERSION_HEX, se codifica una versión menor mínima (por ejemplo, 0x030A0000 para Python 3.10) para tener estabilidad cuando se compila con futuras versiones de Python.

También se puede definir Py_LIMITED_API con 3. Esto funciona igual que 0x03020000 (Python 3.2, la función que introdujo la API limitada).

Stable ABI

To enable this, Python provides a Stable ABI: a set of symbols that will remain ABI-compatible across Python 3.x versions.

Nota

The Stable ABI prevents ABI issues, like linker errors due to missing symbols or data corruption due to changes in structure layouts or function signatures. However, other changes in Python can change the behavior of extensions. See Python’s Backwards Compatibility Policy (PEP 387) for details.

The Stable ABI contains symbols exposed in the Limited API, but also other ones – for example, functions necessary to support older versions of the Limited API.

En Windows, las extensiones que usan la ABI estable deben estar vinculadas con python3.dll en lugar de una biblioteca específica de la versión como python39.dll.

En algunas plataformas, Python buscará y cargará archivos de bibliotecas compartidas con el nombre de la etiqueta abi3 (por ejemplo, mymodule.abi3.so). No comprueba si tales extensiones se ajustan a una ABI estable. El usuario (o sus herramientas de empaquetado) necesitan asegurarse que, por ejemplo, las extensiones que se crean con la API limitada 3.10+ no estén instaladas para versiones inferiores de Python.

Todas las funciones de la ABI estable se presentan como funciones en la biblioteca compartida de Python, no sólo como macros. Esto las hace utilizables desde lenguajes que no usan el preprocesador de C.

Alcance y rendimiento de la API limitada

El objetivo de la API limitada es permitir todo lo que es posible con la API completa en C, pero posiblemente con una penalización de rendimiento.

Por ejemplo, mientras PyList_GetItem() está disponible, su variante macro “insegura” PyList_GET_ITEM() no lo está. La macro puede ser más rápida porque puede confiar en los detalles de implementación específicos de la versión del objeto de lista.

Sin definirse Py_LIMITED_API, algunas funciones de la API en C están integradas o reemplazadas por macros. Definir Py_LIMITED_API desactiva esta integración, permitiendo estabilidad mientras que se mejoren las estructuras de datos de Python, pero posiblemente reduzca el rendimiento.

Al dejar fuera la definición de Py_LIMITED_API, es posible compilar una extensión de la API limitada con una ABI específica de la versión. Esto puede mejorar el rendimiento para esa versión de Python, pero limitará la compatibilidad. Compilar con Py_LIMITED_API producirá una extensión que se puede distribuir donde una versión específica no esté disponible - por ejemplo, para los prelanzamientos de una versión próxima de Python.

Advertencias de la API limitada

Note that compiling with Py_LIMITED_API is not a complete guarantee that code conforms to the Limited API or the Stable ABI. Py_LIMITED_API only covers definitions, but an API also includes other issues, such as expected semantics.

Un problema contra el que Py_LIMITED_API no protege es llamar una función con argumentos que son inválidos en una versión inferior de Python. Por ejemplo, se considera una función que empieza a aceptar NULL como un argumento. Ahora en Python 3.9, NULL selecciona un comportamiento predeterminado, pero en Python 3.8, el argumento se usará directamente, causando una desreferencia NULL y se detendrá. Un argumento similar funciona para campos de estructuras.

Otro problema es que algunos campos de estructura no se ocultan actualmente cuando se define Py_LIMITED_API, aunque son parte de la API limitada.

Por estas razones, recomendamos probar una extensión con todas las versiones menores de Python que soporte, y preferiblemente compilar con la versión más baja.

También recomendamos revisar la documentación de todas las API usadas para verificar si es parte explícitamente de la API limitada. Aunque se defina Py_LIMITED_API, algunas declaraciones privadas se exponen por razones técnicas (o incluso involuntariamente, como errores).

También tome en cuenta que la API limitada no necesariamente es estable: compilar con Py_LIMITED_API con Python 3.8 significa que la extensión se ejecutará con Python 3.12, pero no necesariamente compilará con Python 3.12. En particular, las partes de la API limitada se pueden quedar obsoletas y eliminarse, siempre que la ABI estable permanezca estable.

Consideraciones de la plataforma

ABI stability depends not only on Python, but also on the compiler used, lower-level libraries and compiler options. For the purposes of the Stable ABI, these details define a “platform”. They usually depend on the OS type and processor architecture

Es la responsabilidad de cada distribuidor particular de Python de asegurarse de que todas las versiones de Python en una plataforma particular se compilen de una forma que no rompa la ABI estable. Este es el caso de las versiones de Windows y macOS de python.org y muchos distribuidores de terceros.

ABI Checking

Added in version 3.15.

Python includes a rudimentary check for ABI compatibility.

This check is not comprehensive. It only guards against common cases of incompatible modules being installed for the wrong interpreter. It also does not take platform incompatibilities into account. It can only be done after an extension is successfully loaded.

Despite these limitations, it is recommended that extension modules use this mechanism, so that detectable incompatibilities raise exceptions rather than crash.

Most modules can use this check via the Py_mod_abi slot and the PyABIInfo_VAR macro, for example like this:

PyABIInfo_VAR(abi_info);

static PyModuleDef_Slot mymodule_slots[] = {
   {Py_mod_abi, &abi_info},
   ...
};

The full API is described below for advanced use cases.

int PyABIInfo_Check(PyABIInfo *info, const char *module_name)
Part of the Stable ABI since version 3.15.

Verify that the given info is compatible with the currently running interpreter.

Return 0 on success. On failure, raise an exception and return -1.

If the ABI is incompatible, the raised exception will be ImportError.

The module_name argument can be NULL, or point to a NUL-terminated UTF-8-encoded string used for error messages.

Note that if info describes the ABI that the current code uses (as defined by PyABIInfo_VAR, for example), using any other Python C API may lead to crashes. In particular, it is not safe to examine the raised exception.

Added in version 3.15.

PyABIInfo_VAR(NAME)
Part of the Stable ABI since version 3.15.

Define a static PyABIInfo variable with the given NAME that describes the ABI that the current code will use. This macro expands to:

static PyABIInfo NAME = {
    1, 0,
    PyABIInfo_DEFAULT_FLAGS,
    PY_VERSION_HEX,
    PyABIInfo_DEFAULT_ABI_VERSION
}

Added in version 3.15.

type PyABIInfo
Part of the Stable ABI (including all members) since version 3.15.
uint8_t abiinfo_major_version

The major version of PyABIInfo. Can be set to:

  • 0 to skip all checking, or

  • 1 to specify this version of PyABIInfo.

uint8_t abiinfo_minor_version

The major version of PyABIInfo. Must be set to 0; larger values are reserved for backwards-compatible future versions of PyABIInfo.

uint16_t flags

This field is usually set to the following macro:

PyABIInfo_DEFAULT_FLAGS

Default flags, based on current values of macros such as Py_LIMITED_API and Py_GIL_DISABLED.

Alternately, the field can be set to the following flags, combined by bitwise OR. Unused bits must be set to zero.

ABI variant – one of:

PyABIInfo_STABLE

Specifies that the stable ABI is used.

PyABIInfo_INTERNAL

Specifies ABI specific to a particular build of CPython. Internal use only.

Free-threading compatibility – one of:

PyABIInfo_FREETHREADED

Specifies ABI compatible with free-threading builds of CPython. (That is, ones compiled with --disable-gil; with t in sys.abiflags)

PyABIInfo_GIL

Specifies ABI compatible with non-free-threading builds of CPython (ones compiled without --disable-gil).

uint32_t build_version

The version of the Python headers used to build the code, in the format used by PY_VERSION_HEX.

This can be set to 0 to skip any checks related to this field. This option is meant mainly for projects that do not use the CPython headers directly, and do not emulate a specific version of them.

uint32_t abi_version

The ABI version.

For the Stable ABI, this field should be the value of Py_LIMITED_API (except if Py_LIMITED_API is 3; use Py_PACK_VERSION(3, 2) in that case).

Otherwise, it should be set to PY_VERSION_HEX.

It can also be set to 0 to skip any checks related to this field.

PyABIInfo_DEFAULT_ABI_VERSION

The value that should be used for this field, based on current values of macros such as Py_LIMITED_API, PY_VERSION_HEX and Py_GIL_DISABLED.

Added in version 3.15.

Contenido de la API limitada

Currently, the Limited API includes the following items: