Java字节码指令集

　　运算指令：

加法指令：iadd、ladd、fadd、dadd
减法指令：isub、lsub、fsub、dsub
乘法指令：imul、lmul、fmul、dmul
除法指令：idiv、ldiv、fdiv、ddiv
求余指令：irem、lrem、frem、drem
取反指令：ineg、lneg、fneg、dneg
位移指令：ishl、ishr、iushr、lshl、lshr、lushr
按位或指令：ior、lor
按位与指令：iand、land
按位异或指令：ixor、lxor
局部变量自增指令：iinc
比较指令：dcmpg、dcmpl、fcmpg、fcmpl、lcmp

　　类型转换指令：

　　Java虚拟机对于宽化类型转换直接支持，并不需要指令执行，包括：

int类型到long、float或者double类型
long类型到float、double类型
float类型到double类型

　　窄化类型转换指令包括有：i2b、i2c、i2s、l2i、f2i、f2l、d2i、d2l和d2f。但是窄化类型转换很可能会造成精度丢失。

　　对象创建与操作指令：

创建类实例的指令：new
创建数组的指令：newarray，anewarray，multianewarray
访问类字段（static字段，或者称为类变量）和实例字段（非static字段，或者成为实例变量）的指令：getfield、putfield、getstatic、putstatic
把一个数组元素加载到操作数栈的指令：baload、caload、saload、iaload、laload、faload、daload、aaload
将一个操作数栈的值储存到数组元素中的指令：bastore、castore、sastore、iastore、fastore、dastore、aastore
取数组长度的指令：arraylength
检查类实例类型的指令：instanceof、checkcast

　　操作数栈管理指令：

　　Java虚拟机提供了一些用于直接操作操作数栈的指令，包括：pop、pop2、dup、dup2、dup_x1、dup2_x1、dup_x2、dup2_x2和swap；

　　控制转移指令：

条件分支：ifeq、iflt、ifle、ifne、ifgt、ifge、ifnull、ifnonnull、if_icmpeq、if_icmpne、if_icmplt, if_icmpgt、if_icmple、if_icmpge、if_acmpeq和if_acmpne。
复合条件分支：tableswitch、lookupswitch
无条件分支：goto、goto_w、jsr、jsr_w、ret

　　方法调用和返回指令：

invokevirtual指令用于调用对象的实例方法，根据对象的实际类型进行分派（虚方法分派），这也是Java语言中最常见的方法分派方式。
invokeinterface指令用于调用接口方法，它会在运行时搜索一个实现了这个接口方法的对象，找出适合的方法进行调用。
invokespecial指令用于调用一些需要特殊处理的实例方法，包括实例初始化方法（§2.9）、私有方法和父类方法。
invokestatic指令用于调用类方法（static方法）。

而方法返回指令则是根据返回值的类型区分的，包括有ireturn（当返回值是boolean、byte、char、short和int类型时使用）、lreturn、freturn、dreturn和areturn，另外还有一条return指令供声明为void的方法、实例初始化方法、类和接口的类初始化方法使用

　　抛出异常指令：

athrow

关于Java虚拟机中的字节码指令

源代码经过编译器编译之后便会生成一个字节码文件，字节码是一种二进制的类文件，它的内容是JVM的指令，而不像C、C++经由编译器直接生成机器码。我们不用担心生成的字节码文件的兼容性，因为所有的JVM全部遵守Java虚拟机规范，也就是说所有的JVM环境都是一样的，这样一来字节码文件可以在各种JVM上运行。当然也包括KVM。

每一个线程都有一个保存帧的栈。在每一个方法调用的时候创建一个帧。一个帧包括了三个部分：操作栈，局部变量数组，和一个对当前方法所属类的常量池的引用。

局部变量数组也被称之为局部变量表，它包含了方法的参数，也用于保存一些局部变量的值。参数值得存放总是在局部变量数组的index0开始的。如果当前帧是由构造函数或者实例方法创建的，那么该对象引用将会存放在location0处，然后才开始存放其余的参数。

局部变量表的大小由编译时决定，同时也依赖于局部变量的数量和一些方法的大小。操作栈是一个（LIFO）栈，用于压入和取出值，其大小也在编译时决定。某些opcode指令将值压入操作栈，其余的opcode指令将操作数取出栈。使用它们后再把结果压入栈。操作栈也用于接收从方法中返回的值。

以HelloWorld程序为例，经过命令：

E:\JavaExe>javap -c HelloWorld>HelloWorld.bytecode

就会在目录下生成一个字节码文件，用编辑器打开后

Compiled from "HelloWorld.java"

class HelloWorld extends java.lang.Object{

public HelloWorld(java.lang.String,int);

Code:

0:aload_0

1:invokespecial#1; //Method java/lang/Object."":()V

4:aload_0

5:ldc#2; //String

7:putfield#3; //Field name:Ljava/lang/String;

10:aload_0

11:iconst_0

12:putfield#4; //Field idNumber:I

15:aload_0

16:aload_1

17:putfield#3; //Field name:Ljava/lang/String;

20:aload_0

21:iload_2

22:putfield#4; //Field idNumber:I

25:aload_0

26:aload_1

27:iload_2

28:invokevirtual#5; //Method StoreData:(Ljava/lang/String;I)V

31:return

public void StoreData(java.lang.String,int);

Code:

0:bipush90

2:istore_2

3:return

void print(AnotherClass);

Code:

0:aload_1

1:bipush10

3:putfield#6; //Field AnotherClass.a:I

6:new#7; //class AnotherClass

9:dup

10:invokespecial#8; //Method AnotherClass."":()V

13:astore_1

14:aload_1

15:bipush20

17:putfield#6; //Field AnotherClass.a:I

20:return

}

以上是经过编译后的HelloWorld的字节码文件。我们可以对照源文件来查看一些重要的指令。

class HelloWorld

{

privateString name = "";

privateint idNumber = 0;

public HelloWorld(String strName, int num)

{

name = strName;

idNumber = num;

StoreData(strName,num);

}

publicvoid StoreData(String str,int i)

{

i = 90;

}

void print(AnotherClass another)

{

another.a=10;

another=new AnotherClass();

another.a=20;

}

}

class AnotherClass

{

public int a = 0;

}

void print(AnotherClass);

Code:

0:aload_1

1:bipush10

3:putfield#6; //Field AnotherClass.a:I

6:new#7; //class AnotherClass

9:dup

10:invokespecial#8; //Method AnotherClass."":()V

13:astore_1

14:aload_1

15:bipush20

17:putfield#6; //Field AnotherClass.a:I

20:return

aload_1 把存放在局部变量表中索引1位置的对象引用压入操作栈

bipush 10 把整数10压入栈

putfield #2 把成员变量a的值设置成栈中的10，#2代表2号常量项

new #3 创建AnotherClass的对象，把引用放入栈

dup 复制刚放入的引用（这时存在着两个相同的引用）

invokespecial #4 通过其中的一个引用调用AnotherClass的构造器，初始化对象，让另一个相同引用指向初始化的对象，然后前一个引用（this）弹出栈

asstore_1 把引用保存到局部变量表中的索引1位置中，然后引用弹出栈

aload_1 把局部变量表中索引1处的值压入操作栈。

bipush 20 把整数20压入栈

putfield #2 把成员变量a的值设置成栈中的10

return 执行完毕退出

我们继续看构造函数中的一段代码：

public HelloWorld(java.lang.String,int);

Code:

将该（this）对象压入操作栈，对于实例方法和构造函数的局部变量表来说第一个入口总是这个“this”。因为你需要访问一些实例中的方法和变量。

0:aload_0

调用该类的超类构造函数，因为所有类都继承与Java.lang.Object。而该类(HelloWorld)没有new函数操作，所以编译器提供必要的字节码来调用这些基类构造器。

1:invokespecial#1; //Method java/lang/Object."":()V

将该（this）对象压入操作栈

4:aload_0

字符串

5:ldc#2; //String abc

把栈中的name的值置为栈中的”abc”

7:putfield#3; //Field name:Ljava/lang/String;

同样，将this压入栈

10:aload_0

将0压入栈。

11:iconst_0

将idNumber置为栈中的0，就是上一句指令中的操作

12:putfield#4; //Field idNumber:I

将this压入栈

15:aload_0

将位于局部变量表中位置1处的方法的形参strName压入栈

16:aload_1

将name的值置为栈中的strName

17:putfield#3; //Field name:Ljava/lang/String;

将this压入栈，this总是位于局部变量表的index0处！

20:aload_0

将位于局部变量表中位置2处的方法形参num压入栈

21:iload_2

同17号操作，赋值

22:putfield#4; //Field idNumber:I

将this压入操作栈

25:aload_0

将strName压入栈

26:aload_1

将num压入栈

27:iload_2

调用方法StoreData

28:invokevirtual#5; //Method StoreData:(Ljava/lang/String;I)V

31:return

如果有()V 标志方法没有参数列表

我们观察发现，在每一个opcode指令的左边的位置序号都不是连续的。０，１，４，５，７，１０……为什么？

每一个方法都有一个对应得ByteCode序列，这些值对应着每一个opcode和其参数存放的序列中的某一个索引值。为什么这些索引不是顺序的？既然每一个指令占据一个字节，那索引为什么不是0，1，2呢？原因是：一些指令的参数占据了一些bytecode数组空间。比如：

Aload_0指令没有参数，所以占有一个字节，第二个指令invokespecial，由于它本身带有参数，结果它本身和参数分别就占据了一个位置，所以，上面的１过了就不是４。