【JVM】模板解释器--如何根据字节码生成汇编码？
1、背景##
仅针对JVM的模板解释器：
如何根据opcode和寻址模式，将bytecode生成汇编码。
本文的示例中所使用的字节码和汇编码，请参见上篇博文：按值传递还是按引用？
2、寻址模式##
本文不打算深入展开寻址模式的阐述，我们聚焦Intel的IA32-64架构的指令格式：
简要说明下，更多的请参考intel的手册：
-- Prefixes ： 用于修饰操作码Opcode，赋予其lock、repeat等的语义.
-- REX Prefix：
---- Specify GPRs and SSE registers.
---- Specify 64-bit operand size.
---- Specify extended control registers.
--Opcode：操作码,如mov、push.
--Mod R/M：寻址相关，具体见手册。
--SIB：和Mod R/M结合起来指定寻址。
--Displacement：配合Mod R/M和SIB指定寻址。
--Immediate：立即数。
对上面的Opcode、Mod R/W、SIB、disp、imm如果不明白，看句汇编有个概念：
%mov %eax , %rax,-0x18(%rcx,%rbx,4)
如果这句汇编也不太明白，那么配合下面的：
-- Base + (Index ∗ Scale) + Displacement -- Using all the addressing components together allows efficient
indexing of a two-dimensional array when the elements of the array are 2, 4, or 8 bytes in size.
3、合法的值（64位）##
关注下这4个参数的合法取值：
• Displacement — An 8-bit, 16-bit, or 32-bit value.
• Base — The value in a 64-bit general-purpose register.
• Index — The value in a 64-bit general-purpose register.
• Scale factor — A value of 2, 4, or 8 that is multiplied by the index value.
4、Mod R/M（32位寻址）##
我们在后文将会用到Mod R/M字节，所以将32位寻址的格式贴在这里：
上表的备注，其中第1条将在我们的示例中用到，所以这里留意下：
- The [--][--] nomenclature means a SIB follows the ModR/M byte.
- The disp32 nomenclature denotes a 32-bit displacement that follows the ModR/M byte (or the SIB byte if one is present) and that is
added to the index. - The disp8 nomenclature denotes an 8-bit
5、SIB（32位寻址）##
同样，因为用到了Mod R/M字节，那么SIB字节也可能要用到：
6、示例##
6.1、准备工作###
来看个实际的例子。
下面的代码是生成mov汇编码：
void Assembler::movl(Address dst, Register src) {
InstructionMark im(this);
prefix(dst, src);
emit_int8((unsigned char)0x89);
emit_operand(src, dst);
}
prefix(dst,src)就是处理prefix和REX prefix，这里我们不关注。
emit_int8((unsigned char) 0x89)顾名思义就是生成了一个字节，那字节的内容0x89代表什么呢？
先不急，还有一句emit_operand(src,dst)，这是一段很长的代码，我们大概看下：
void Assembler::emit_operand(Register reg, Register base, Register index,
Address::ScaleFactor scale, int disp,
RelocationHolder const& rspec,
int rip_relative_correction) {
relocInfo::relocType rtype = (relocInfo::relocType) rspec.type();
// Encode the registers as needed in the fields they are used in
int regenc = encode(reg) << 3;
int indexenc = index->is_valid() ? encode(index) << 3 : 0;
int baseenc = base->is_valid() ? encode(base) : 0;
if (base->is_valid()) {
if (index->is_valid()) {
assert(scale != Address::no_scale, "inconsistent address");
// [base + index*scale + disp]
if (disp == 0 && rtype == relocInfo::none &&
base != rbp LP64_ONLY(&& base != r13)) {
// [base + index*scale]
// [00 reg 100][ss index base]
/**************************
* 关键点：关注这里
**************************/
assert(index != rsp, "illegal addressing mode");
emit_int8(0x04 | regenc);
emit_int8(scale << 6 | indexenc | baseenc);
} else if (is8bit(disp) && rtype == relocInfo::none) {
// ...
} else {
// [base + index*scale + disp32]
// [10 reg 100][ss index base] disp32
assert(index != rsp, "illegal addressing mode");
emit_int8(0x84 | regenc);
emit_int8(scale << 6 | indexenc | baseenc);
emit_data(disp, rspec, disp32_operand);
}
} else if (base == rsp LP64_ONLY(|| base == r12)) {
// ...
} else {
// ...
}
} else {
// ...
}
}
上面的代码的关注点已经标出，这里我们将其抽出，并将前文中的emit_int8((unsigned char) 0x89)结合起来：
emit_int8((unsigned char) 0x89)
emit_int8(0x04 | regenc);
emit_int8(scale << 6 | indexenc | baseenc);
最终其生成了如下的汇编代码（64位机器）：
mov %eax,(%rcx,%rbx,1)
好了，问题来了：
上面这句汇编怎么得出的？
6.2、计算过程###
我们给个下面的值：
regenc = 0x0，scale << 6 | indexenc | baseenc = 25
进行简单的运算就可以得到：
emit_int8((unsigned char) 0x89) //得到0x89
emit_int8(0x04 | regenc); //得到0x04
emit_int8(scale << 6 | indexenc | baseenc); //得到0x19
合起来就是三个字节：
0x89 0x04 0x19
1、0x89对应什么？
从上表可以看出因为JVM工作在64位下，所以需要配合REX.W来“起头”，不过在我们这个例子中，其恰好是0。
主要看那个89/r：
MOV r/m64,r64 //64位，将寄存器中的值给到寄存器或者内存地址中
2、0x04代表什么？
现在我们要用到上面的Mod R/M表和SIB表了。
用第二个字节0x04查Mod R/M表，可知源操作数是寄存器EAX，同时可知寻址类型是[--][--]类型，含义为：
The [--][--] nomenclature means a SIB follows the ModR/M byte.
3、0x19代表什么？
继续查SIB表，对应字节0x19的是：
base = ECX
scaled index = EBX
4、汇编代码：
//32位
mov %eax,%(ecx,ebx,1)
//64位
mov %rax,%(rcx,rbx,1)
7、结语##
本文简要探讨了：
如何根据opcode和寻址模式，将bytecode生成汇编码。
终。
