Java二進制指令代碼解析

阿新 • • 發佈：2017-05-27

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http://www.blogjava.net/DLevin/archive/2011/09/13/358497.html

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http://www.blogjava.net/DLevin/archive/2011/09/13/358497.html

Java二進制指令代碼解析

小註：去年在看《深入解析JVM》書的時候做的一些記錄，同時參考了《Java虛擬機規範》。只是對指令的一些列舉，加入了一些自己的理解。可以用來查詢。

Java二進制指令代碼解析

Java源碼在運行之前都要編譯成為字節碼格式（如.class文件），然後由ClassLoader將字節碼載入運行。在字節碼文件中，指令代碼只是其中的一部分，裏面還記錄了字節碼文件的編譯版本、常量池、訪問權限、所有成員變量和成員方法等信息（詳見Java字節碼格式詳解）。本文主要簡單介紹不同Java指令的功能以及在代碼中如何解析二進制指令。

Java指令是基於棧的體系結構，大部分的指令默認的操作數在棧中。映像中ARM是基於寄存器的操作指令，而x86好像是混合寄存器和存儲器的，發現基於棧的操作指令確實簡單，學起來很快。不過不知道這種操作的效率怎麽樣，以我自己的推測應該是不太好的。對這方面不太了解，隨便扯幾句。

Java總共有200多條指令，不過很多都是重復的。我的理解，網絡是Java一個非常重要的特性，而且Java在設計之初就認為字節碼是要在網絡中傳輸的，為了減少網絡傳輸流量，字節碼就要盡量設計精簡、緊湊。因而Java增加了很多重復指令，比如盡量減少操作數，因而我們會發現Java的很多指令都是沒有操作數的；並且指令中的操作數基本上都是當無法將值放到棧中的數據，比如局部變量的索引號和常量池中的索引號。

還有一點需要註意的是，在運行過程中，所有boolean、byte、char、short都是以int類型值存在，因而對這些類型的指令操作很少。然而好像sun實現的虛擬機中。這些類型的數組據說不是以int類型的形式保存的，這個很奇怪。我的理解，以字對齊方式的操作效率會比較高，因而做了這種轉換，以空間換時間。

Java指令集（按功能分類）

常量入棧指令
操作碼（助記符）	操作數	描述（棧指操作數棧）
aconst_null		null值入棧。
iconst_m1		-1(int)值入棧。
iconst_0		0(int)值入棧。
iconst_1		1(int)值入棧。
iconst_2		2(int)值入棧。
iconst_3		3(int)值入棧。
iconst_4		4(int)值入棧。
iconst_5		5(int)值入棧。
lconst_0		0(long)值入棧。
lconst_1		1(long)值入棧。
fconst_0		0(float)值入棧。
fconst_1		1(float)值入棧。
fconst_2		2(float)值入棧。
dconst_0		0(double)值入棧。
dconst_1		1(double)值入棧。
bipush	valuebyte	valuebyte值帶符號擴展成int值入棧。
sipush	valuebyte1 valuebyte2	(valuebyte1 << 8) \| valuebyte2 值帶符號擴展成int值入棧。
ldc	indexbyte1	常量池中的常量值（int, float, string reference, object reference）入棧。
ldc_w	indexbyte1 indexbyte2	常量池中常量（int, float, string reference, object reference）入棧。
ldc2_w	indexbyte1 indexbyte2	常量池中常量（long, double）入棧。

局部變量值轉載到棧中指令
操作碼（助記符）	操作數	描述（棧指操作數棧）
(wide)aload	indexbyte	從局部變量indexbyte中裝載引用類型值入棧。
aload_0		從局部變量0中裝載引用類型值入棧。
aload_1		從局部變量1中裝載引用類型值入棧。
aload_2		從局部變量2中裝載引用類型值入棧。
aload_3		從局部變量3中裝載引用類型值入棧。
(wide)iload	indexbyte	從局部變量indexbyte中裝載int類型值入棧。
iload_0		從局部變量0中裝載int類型值入棧。
iload_1		從局部變量1中裝載int類型值入棧。
iload_2		從局部變量2中裝載int類型值入棧。
iload_3		從局部變量3中裝載int類型值入棧。
(wide)lload	indexbyte	從局部變量indexbyte中裝載long類型值入棧。
lload_0		從局部變量0中裝載int類型值入棧。
lload_1		從局部變量1中裝載int類型值入棧。
lload_2		從局部變量2中裝載int類型值入棧。
lload_3		從局部變量3中裝載int類型值入棧。
(wide)fload	indexbyte	從局部變量indexbyte中裝載float類型值入棧。
fload_0		從局部變量0中裝載float類型值入棧。
fload_1		從局部變量1中裝載float類型值入棧。
fload_2		從局部變量2中裝載float類型值入棧。
fload_3		從局部變量3中裝載float類型值入棧。
(wide)dload	indexbyte	從局部變量indexbyte中裝載double類型值入棧。
dload_0		從局部變量0中裝載double類型值入棧。
dload_1		從局部變量1中裝載double類型值入棧。
dload_2		從局部變量2中裝載double類型值入棧。
dload_3		從局部變量3中裝載double類型值入棧。
aaload		從引用類型數組中裝載指定項的值。
iaload		從int類型數組中裝載指定項的值。
laload		從long類型數組中裝載指定項的值。
faload		從float類型數組中裝載指定項的值。
daload		從double類型數組中裝載指定項的值。
baload		從boolean類型數組或byte類型數組中裝載指定項的值（先轉換為int類型值，後壓棧）。
caload		從char類型數組中裝載指定項的值（先轉換為int類型值，後壓棧）。
saload		從short類型數組中裝載指定項的值（先轉換為int類型值，後壓棧）。

將棧頂值保存到局部變量中指令
操作碼（助記符）	操作數	描述（棧指操作數棧）
(wide)astore	indexbyte	將棧頂引用類型值保存到局部變量indexbyte中。
astroe_0		將棧頂引用類型值保存到局部變量0中。
astore_1		將棧頂引用類型值保存到局部變量1中。
astore_2		將棧頂引用類型值保存到局部變量2中。
astore_3		將棧頂引用類型值保存到局部變量3中。
(wide)istore	indexbyte	將棧頂int類型值保存到局部變量indexbyte中。
istore_0		將棧頂int類型值保存到局部變量0中。
istore_1		將棧頂int類型值保存到局部變量1中。
istore_2		將棧頂int類型值保存到局部變量2中。
istore_3		將棧頂int類型值保存到局部變量3中。
(wide)lstore	indexbyte	將棧頂long類型值保存到局部變量indexbyte中。
lstore_0		將棧頂long類型值保存到局部變量0中。
lstore_1		將棧頂long類型值保存到局部變量1中。
lstore_2		將棧頂long類型值保存到局部變量2中。
lstroe_3		將棧頂long類型值保存到局部變量3中。
(wide)fstore	indexbyte	將棧頂float類型值保存到局部變量indexbyte中。
fstore_0		將棧頂float類型值保存到局部變量0中。
fstore_1		將棧頂float類型值保存到局部變量1中。
fstore_2		將棧頂float類型值保存到局部變量2中。
fstore_3		將棧頂float類型值保存到局部變量3中。
(wide)dstore	indexbyte	將棧頂double類型值保存到局部變量indexbyte中。
dstore_0		將棧頂double類型值保存到局部變量0中。
dstore_1		將棧頂double類型值保存到局部變量1中。
dstore_2		將棧頂double類型值保存到局部變量2中。
dstore_3		將棧頂double類型值保存到局部變量3中。
aastore		將棧頂引用類型值保存到指定引用類型數組的指定項。
iastore		將棧頂int類型值保存到指定int類型數組的指定項。
lastore		將棧頂long類型值保存到指定long類型數組的指定項。
fastore		將棧頂float類型值保存到指定float類型數組的指定項。
dastore		將棧頂double類型值保存到指定double類型數組的指定項。
bastroe		將棧頂boolean類型值或byte類型值保存到指定boolean類型數組或byte類型數組的指定項。
castore		將棧頂char類型值保存到指定char類型數組的指定項。
sastore		將棧頂short類型值保存到指定short類型數組的指定項。

wide指令
操作碼（助記符）	操作數	描述（棧指操作數棧）
wide		使用附加字節擴展局部變量索引（iinc指令特殊）。

通用（無類型）棧操作指令
操作碼（助記符）	操作數	描述（棧指操作數棧）
nop		空操作。
pop		從棧頂彈出一個字長的數據。
pop2		從棧頂彈出兩個字長的數據。
dup		復制棧頂一個字長的數據，將復制後的數據壓棧。
dup_x1		復制棧頂一個字長的數據，彈出棧頂兩個字長數據，先將復制後的數據壓棧，再將彈出的兩個字長數據壓棧。
dup_x2		復制棧頂一個字長的數據，彈出棧頂三個字長的數據，將復制後的數據壓棧，再將彈出的三個字長的數據壓棧。
dup2		復制棧頂兩個字長的數據，將復制後的兩個字長的數據壓棧。
dup2_x1		復制棧頂兩個字長的數據，彈出棧頂三個字長的數據，將復制後的兩個字長的數據壓棧，再將彈出的三個字長的數據壓棧。
dup2_x2		復制棧頂兩個字長的數據，彈出棧頂四個字長的數據，將復制後的兩個字長的數據壓棧，再將彈出的四個字長的數據壓棧。
swap		交換棧頂兩個字長的數據的位置。Java指令中沒有提供以兩個字長為單位的交換指令。

類型轉換指令
操作碼（助記符）	操作數	描述（棧指操作數棧）
i2f		將棧頂int類型值轉換為float類型值。
i2l		將棧頂int類型值轉換為long類型值。
i2d		將棧頂int類型值轉換為double類型值。
f2i		將棧頂float類型值轉換為int類型值。
f2l		將棧頂float類型值轉換為long類型值。
f2d		將棧頂float類型值轉換為double類型值。
l2i		將棧頂long類型值轉換為int類型值。
l2f		將棧頂long類型值轉換為float類型值。
l2d		將棧頂long類型值轉換double類型值。
d2i		將棧頂double類型值轉換為int類型值。
d2f		將棧頂double類型值轉換為float類型值。
d2l		將棧頂double類型值轉換為long類型值。
i2b		將棧頂int類型值截斷成byte類型，後帶符號擴展成int類型值入棧。
i2c		將棧頂int類型值截斷成char類型值，後帶符號擴展成int類型值入棧。
i2s		將棧頂int類型值截斷成short類型值，後帶符號擴展成int類型值入棧。

整數運算
操作碼（助記符）	操作數	描述（棧指操作數棧）
iadd		將棧頂兩int類型數相加，結果入棧。
isub		將棧頂兩int類型數相減，結果入棧。
imul		將棧頂兩int類型數相乘，結果入棧。
idiv		將棧頂兩int類型數相除，結果入棧。
irem		將棧頂兩int類型數取模，結果入棧。
ineg		將棧頂int類型值取負，結果入棧。
ladd		將棧頂兩long類型數相加，結果入棧。
lsub		將棧頂兩long類型數相減，結果入棧。
lmul		將棧頂兩long類型數相乘，結果入棧。
ldiv		將棧頂兩long類型數相除，結果入棧。
lrem		將棧頂兩long類型數取模，結果入棧。
lneg		將棧頂long類型值取負，結果入棧。
(wide)iinc	indexbyte constbyte	將整數值constbyte加到indexbyte指定的int類型的局部變量中。

浮點運算
操作碼（助記符）	操作數	描述（棧指操作數棧）
fadd		將棧頂兩float類型數相加，結果入棧。
fsub		將棧頂兩float類型數相減，結果入棧。
fmul		將棧頂兩float類型數相乘，結果入棧。
fdiv		將棧頂兩float類型數相除，結果入棧。
frem		將棧頂兩float類型數取模，結果入棧。
fneg		將棧頂float類型值取反，結果入棧。
dadd		將棧頂兩double類型數相加，結果入棧。
dsub		將棧頂兩double類型數相減，結果入棧。
dmul		將棧頂兩double類型數相乘，結果入棧。
ddiv		將棧頂兩double類型數相除，結果入棧。
drem		將棧頂兩double類型數取模，結果入棧。
dneg		將棧頂double類型值取負，結果入棧。

邏輯運算——移位運算
操作碼（助記符）	操作數	描述（棧指操作數棧）
ishl		左移int類型值。
lshl		左移long類型值。
ishr		算術右移int類型值。
lshr		算術右移long類型值。
iushr		邏輯右移int類型值。
lushr		邏輯右移long類型值。

邏輯運算——按位布爾運算
操作碼（助記符）	操作數	描述（棧指操作數棧）
iand		對int類型按位與運算。
land		對long類型的按位與運算。
ior		對int類型的按位或運算。
lor		對long類型的按位或運算。
ixor		對int類型的按位異或運算。
lxor		對long類型的按位異或運算。

控制流指令——條件跳轉指令
操作碼（助記符）	操作數	描述（棧指操作數棧）
ifeq	branchbyte1 branchbyte2	若棧頂int類型值為0則跳轉。
ifne	branchbyte1 branchbyte2	若棧頂int類型值不為0則跳轉。
iflt	branchbyte1 branchbyte2	若棧頂int類型值小於0則跳轉。
ifle	branchbyte1 branchbyte2	若棧頂int類型值小於等於0則跳轉。
ifgt	branchbyte1 branchbyte2	若棧頂int類型值大於0則跳轉。
ifge	branchbyte1 branchbyte2	若棧頂int類型值大於等於0則跳轉。
if_icmpeq	branchbyte1 branchbyte2	若棧頂兩int類型值相等則跳轉。
if_icmpne	branchbyte1 branchbyte2	若棧頂兩int類型值不相等則跳轉。
if_icmplt	branchbyte1 branchbyte2	若棧頂兩int類型值前小於後則跳轉。
if_icmple	branchbyte1 branchbyte2	若棧頂兩int類型值前小於等於後則跳轉。
if_icmpgt	branchbyte1 branchbyte2	若棧頂兩int類型值前大於後則跳轉。
if_icmpge	branchbyte1 branchbyte2	若棧頂兩int類型值前大於等於後則跳轉。
ifnull	branchbyte1 branchbyte2	若棧頂引用值為null則跳轉。
ifnonnull	branchbyte1 branchbyte2	若棧頂引用值不為null則跳轉。
if_acmpeq	branchbyte1 branchbyte2	若棧頂兩引用類型值相等則跳轉。
if_acmpne	branchbyte1 branchbyte2	若棧頂兩引用類型值不相等則跳轉。

控制流指令——比較指令
操作碼（助記符）	操作數	描述（棧指操作數棧）
lcmp		比較棧頂兩long類型值，前者大，1入棧；相等，0入棧；後者大，-1入棧。
fcmpl		比較棧頂兩float類型值，前者大，1入棧；相等，0入棧；後者大，-1入棧；有NaN存在，-1入棧。
fcmpg		比較棧頂兩float類型值，前者大，1入棧；相等，0入棧；後者大，-1入棧；有NaN存在，-1入棧。
dcmpl		比較棧頂兩double類型值，前者大，1入棧；相等，0入棧；後者大，-1入棧；有NaN存在，-1入棧。
dcmpg		比較棧頂兩double類型值，前者大，1入棧；相等，0入棧；後者大，-1入棧；有NaN存在，-1入棧。

控制流指令——無條件跳轉指令
操作碼（助記符）	操作數	描述（棧指操作數棧）
goto	branchbyte1 branchbyte2	無條件跳轉到指定位置。
goto_w	branchbyte1 branchbyte2 branchbyte3 branchbyte4	無條件跳轉到指定位置（寬索引）。

控制流指令——表跳轉指令
操作碼（助記符）	操作數	描述（棧指操作數棧）
tableswitch	<0-3bytepad> defaultbyte1 defaultbyte2 defaultbyte3 defaultbyte4 lowbyte1 lowbyte2 lowbyte3 lowbyte4 highbyte1 highbyte2 highbyte3 highbyte4 jump offsets...	通過索引訪問跳轉表，並跳轉。
lookupswitch	<0-3bytepad> defaultbyte1 defaultbyte2 defaultbyte3 defaultbyte4 npairs1 npairs2 npairs3 npairs4 match offsets	通過鍵值訪問跳轉表，並跳轉。

控制流指令——異常和finally
操作碼（助記符）	操作數	描述（棧指操作數棧）
athrow		拋出異常。
jsr	branchbyte1 branchbyte2	跳轉到子例程序。
jsr_w	branchbyte1 branchbyte2 branchbyte3 branchbyte4	跳轉到子例程序（寬索引）。
(wide)ret	indexbyte	返回子例程序。

對象操作指令
操作碼（助記符）	操作數	描述（棧指操作數棧）
new	indexbyte1 indexbyte2	創建新的對象實例。
checkcast	indexbyte1 indexbyte	類型強轉。
instanceof	indexbyte1 indexbyte2	判斷類型。
getfield	indexbyte1 indexbyte2	獲取對象字段的值。
putfield	indexbyte1 indexbyte2	給對象字段賦值。
getstatic	indexbyte1 indexbyte2	獲取靜態字段的值。
putstatic	indexbyte1 indexbyte2	給靜態字段賦值。

數組操作指令
操作碼（助記符）	操作數	描述（棧指操作數棧）
newarray	atype	創建type類型的數組。
anewarray	indexbyte1 indexbyte2	創建引用類型的數組。
arraylength		獲取一維數組的長度。
multianewarray	indexbyte1 indexbyte2 dimension	創建dimension維度的數組。

方法調用指令
操作碼（助記符）	操作數	描述（棧指操作數棧）
invokespecial	indexbyte1 indexbyte2	編譯時方法綁定調用方法。
invokevirtual	indexbyte1 indexbyte2	運行時方法綁定調用方法。
invokestatic	indexbyte1 indexbyte2	調用靜態方法。
invokeinterface	indexbyte1 indexbyte2 count 0	調用接口方法。

方法返回指令
操作碼（助記符）	操作數	描述（棧指操作數棧）
ireturn		返回int類型值。
lreturn		返回long類型值。
freturn		返回float類型值。
dreturn		返回double類型值。
areturn		返回引用類型值。
return		void函數返回。

線程同步指令
操作碼（助記符）	操作數	描述（棧指操作數棧）
monitorenter		進入並獲得對象監視器。
monitorexit		釋放並退出對象監視器。

參考《深入解析JVM》 2010年10月6日

Java二進制指令代碼解析

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