(转)Java二进制指令代码解析
转自http://www.blogjava.net/DLevin/archive/2011/09/13/358497.html
Java二进制指令代码解析
Java源码在运行之前都要编译成为字节码格式(如.class文件),然后由ClassLoader将字节码载入运行。在字节码文件中,指令代码只是其中的一部分,里面还记录了字节码文件的编译版本、常量池、访问权限、所有成员变量和成员方法等信息(详见Java字节码格式详解)。本文主要简单介绍不同Java指令的功能以及在代码中如何解析二进制指令。
Java指令是基于栈的体系结构,大部分的指令默认的操作数在栈中。映像中ARM是基于寄存器的操作指令,而x86好像是混合寄存器和存储器的,发现基于栈的操作指令确实简单,学起来很快。不过不知道这种操作的效率怎么样,以我自己的推测应该是不太好的。对这方面不太了解,随便扯几句。
Java总共有200多条指令,不过很多都是重复的。我的理解,网络是Java一个非常重要的特性,而且Java在设计之初就认为字节码是要在网络中传输的,为了减少网络传输流量,字节码就要尽量设计精简、紧凑。因而Java增加了很多重复指令,比如尽量减少操作数,因而我们会发现Java的很多指令都是没有操作数的;并且指令中的操作数基本上都是当无法将值放到栈中的数据,比如局部变量的索引号和常量池中的索引号。
还有一点需要注意的是,在运行过程中,所有boolean、byte、char、short都是以int类型值存在,因而对这些类型的指令操作很少。然而好像sun实现的虚拟机中。这些类型的数组据说不是以int类型的形式保存的,这个很奇怪。我的理解,以字对齐方式的操作效率会比较高,因而做了这种转换,以空间换时间。
Java指令集(按功能分类)
常量入栈指令 |
||
操作码(助记符) |
操作数 |
描述(栈指操作数栈) |
aconst_null |
|
null值入栈。 |
iconst_m1 |
|
-1(int)值入栈。 |
iconst_0 |
|
0(int)值入栈。 |
iconst_1 |
|
1(int)值入栈。 |
iconst_2 |
|
2(int)值入栈。 |
iconst_3 |
|
3(int)值入栈。 |
iconst_4 |
|
4(int)值入栈。 |
iconst_5 |
|
5(int)值入栈。 |
lconst_0 |
|
0(long)值入栈。 |
lconst_1 |
|
1(long)值入栈。 |
fconst_0 |
|
0(float)值入栈。 |
fconst_1 |
|
1(float)值入栈。 |
fconst_2 |
|
2(float)值入栈。 |
dconst_0 |
|
0(double)值入栈。 |
dconst_1 |
|
1(double)值入栈。 |
bipush |
valuebyte |
valuebyte值带符号扩展成int值入栈。 |
sipush |
valuebyte1 valuebyte2 |
(valuebyte1 << 8) | valuebyte2 值带符号扩展成int值入栈。 |
ldc |
indexbyte1 |
常量池中的常量值(int, float, string reference, object reference)入栈。 |
ldc_w |
indexbyte1 indexbyte2 |
常量池中常量(int, float, string reference, object reference)入栈。 |
ldc2_w |
indexbyte1 indexbyte2 |
常量池中常量(long, double)入栈。 |
|
||
局部变量值转载到栈中指令 |
||
操作码(助记符) |
操作数 |
描述(栈指操作数栈) |
(wide)aload |
indexbyte |
从局部变量indexbyte中装载引用类型值入栈。 |
aload_0 |
|
从局部变量0中装载引用类型值入栈。 |
aload_1 |
|
从局部变量1中装载引用类型值入栈。 |
aload_2 |
|
从局部变量2中装载引用类型值入栈。 |
aload_3 |
|
从局部变量3中装载引用类型值入栈。 |
(wide)iload |
indexbyte |
从局部变量indexbyte中装载int类型值入栈。 |
iload_0 |
|
从局部变量0中装载int类型值入栈。 |
iload_1 |
|
从局部变量1中装载int类型值入栈。 |
iload_2 |
|
从局部变量2中装载int类型值入栈。 |
iload_3 |
|
从局部变量3中装载int类型值入栈。 |
(wide)lload |
indexbyte |
从局部变量indexbyte中装载long类型值入栈。 |
lload_0 |
|
从局部变量0中装载int类型值入栈。 |
lload_1 |
|
从局部变量1中装载int类型值入栈。 |
lload_2 |
|
从局部变量2中装载int类型值入栈。 |
lload_3 |
|
从局部变量3中装载int类型值入栈。 |
(wide)fload |
indexbyte |
从局部变量indexbyte中装载float类型值入栈。 |
fload_0 |
|
从局部变量0中装载float类型值入栈。 |
fload_1 |
|
从局部变量1中装载float类型值入栈。 |
fload_2 |
|
从局部变量2中装载float类型值入栈。 |
fload_3 |
|
从局部变量3中装载float类型值入栈。 |
(wide)dload |
indexbyte |
从局部变量indexbyte中装载double类型值入栈。 |
dload_0 |
|
从局部变量0中装载double类型值入栈。 |
dload_1 |
|
从局部变量1中装载double类型值入栈。 |
dload_2 |
|
从局部变量2中装载double类型值入栈。 |
dload_3 |
|
从局部变量3中装载double类型值入栈。 |
aaload |
|
从引用类型数组中装载指定项的值。 |
iaload |
|
从int类型数组中装载指定项的值。 |
laload |
|
从long类型数组中装载指定项的值。 |
faload |
|
从float类型数组中装载指定项的值。 |
daload |
|
从double类型数组中装载指定项的值。 |
baload |
|
从boolean类型数组或byte类型数组中装载指定项的值(先转换为int类型值,后压栈)。 |
caload |
|
从char类型数组中装载指定项的值(先转换为int类型值,后压栈)。 |
saload |
|
从short类型数组中装载指定项的值(先转换为int类型值,后压栈)。 |
|
||
将栈顶值保存到局部变量中指令 |
||
操作码(助记符) |
操作数 |
描述(栈指操作数栈) |
(wide)astore |
indexbyte |
将栈顶引用类型值保存到局部变量indexbyte中。 |
astroe_0 |
|
将栈顶引用类型值保存到局部变量0中。 |
astore_1 |
|
将栈顶引用类型值保存到局部变量1中。 |
astore_2 |
|
将栈顶引用类型值保存到局部变量2中。 |
astore_3 |
|
将栈顶引用类型值保存到局部变量3中。 |
(wide)istore |
indexbyte |
将栈顶int类型值保存到局部变量indexbyte中。 |
istore_0 |
|
将栈顶int类型值保存到局部变量0中。 |
istore_1 |
|
将栈顶int类型值保存到局部变量1中。 |
istore_2 |
|
将栈顶int类型值保存到局部变量2中。 |
istore_3 |
|
将栈顶int类型值保存到局部变量3中。 |
(wide)lstore |
indexbyte |
将栈顶long类型值保存到局部变量indexbyte中。 |
lstore_0 |
|
将栈顶long类型值保存到局部变量0中。 |
lstore_1 |
|
将栈顶long类型值保存到局部变量1中。 |
lstore_2 |
|
将栈顶long类型值保存到局部变量2中。 |
lstroe_3 |
|
将栈顶long类型值保存到局部变量3中。 |
(wide)fstore |
indexbyte |
将栈顶float类型值保存到局部变量indexbyte中。 |
fstore_0 |
|
将栈顶float类型值保存到局部变量0中。 |
fstore_1 |
|
将栈顶float类型值保存到局部变量1中。 |
fstore_2 |
|
将栈顶float类型值保存到局部变量2中。 |
fstore_3 |
|
将栈顶float类型值保存到局部变量3中。 |
(wide)dstore |
indexbyte |
将栈顶double类型值保存到局部变量indexbyte中。 |
dstore_0 |
|
将栈顶double类型值保存到局部变量0中。 |
dstore_1 |
|
将栈顶double类型值保存到局部变量1中。 |
dstore_2 |
|
将栈顶double类型值保存到局部变量2中。 |
dstore_3 |
|
将栈顶double类型值保存到局部变量3中。 |
aastore |
|
将栈顶引用类型值保存到指定引用类型数组的指定项。 |
iastore |
|
将栈顶int类型值保存到指定int类型数组的指定项。 |
lastore |
|
将栈顶long类型值保存到指定long类型数组的指定项。 |
fastore |
|
将栈顶float类型值保存到指定float类型数组的指定项。 |
dastore |
|
将栈顶double类型值保存到指定double类型数组的指定项。 |
bastroe |
|
将栈顶boolean类型值或byte类型值保存到指定boolean类型数组或byte类型数组的指定项。 |
castore |
|
将栈顶char类型值保存到指定char类型数组的指定项。 |
sastore |
|
将栈顶short类型值保存到指定short类型数组的指定项。 |
|
||
wide指令 |
||
操作码(助记符) |
操作数 |
描述(栈指操作数栈) |
wide |
|
使用附加字节扩展局部变量索引(iinc指令特殊)。 |
|
||
通用(无类型)栈操作指令 |
||
操作码(助记符) |
操作数 |
描述(栈指操作数栈) |
nop |
|
空操作。 |
pop |
|
从栈顶弹出一个字长的数据。 |
pop2 |
|
从栈顶弹出两个字长的数据。 |
dup |
|
复制栈顶一个字长的数据,将复制后的数据压栈。 |
dup_x1 |
|
复制栈顶一个字长的数据,弹出栈顶两个字长数据,先将复制后的数据压栈,再将弹出的两个字长数据压栈。 |
dup_x2 |
|
复制栈顶一个字长的数据,弹出栈顶三个字长的数据,将复制后的数据压栈,再将弹出的三个字长的数据压栈。 |
dup2 |
|
复制栈顶两个字长的数据,将复制后的两个字长的数据压栈。 |
dup2_x1 |
|
复制栈顶两个字长的数据,弹出栈顶三个字长的数据,将复制后的两个字长的数据压栈,再将弹出的三个字长的数据压栈。 |
dup2_x2 |
|
复制栈顶两个字长的数据,弹出栈顶四个字长的数据,将复制后的两个字长的数据压栈,再将弹出的四个字长的数据压栈。 |
swap |
|
交换栈顶两个字长的数据的位置。Java指令中没有提供以两个字长为单位的交换指令。 |
|
||
类型转换指令 |
||
操作码(助记符) |
操作数 |
描述(栈指操作数栈) |
i2f |
|
将栈顶int类型值转换为float类型值。 |
i2l |
|
将栈顶int类型值转换为long类型值。 |
i2d |
|
将栈顶int类型值转换为double类型值。 |
f2i |
|
将栈顶float类型值转换为int类型值。 |
f2l |
|
将栈顶float类型值转换为long类型值。 |
f2d |
|
将栈顶float类型值转换为double类型值。 |
l2i |
|
将栈顶long类型值转换为int类型值。 |
l2f |
|
将栈顶long类型值转换为float类型值。 |
l2d |
|
将栈顶long类型值转换double类型值。 |
d2i |
|
将栈顶double类型值转换为int类型值。 |
d2f |
|
将栈顶double类型值转换为float类型值。 |
d2l |
|
将栈顶double类型值转换为long类型值。 |
i2b |
|
将栈顶int类型值截断成byte类型,后带符号扩展成int类型值入栈。 |
i2c |
|
将栈顶int类型值截断成char类型值,后带符号扩展成int类型值入栈。 |
i2s |
|
将栈顶int类型值截断成short类型值,后带符号扩展成int类型值入栈。 |
|
||
整数运算 |
||
操作码(助记符) |
操作数 |
描述(栈指操作数栈) |
iadd |
|
将栈顶两int类型数相加,结果入栈。 |
isub |
|
将栈顶两int类型数相减,结果入栈。 |
imul |
|
将栈顶两int类型数相乘,结果入栈。 |
idiv |
|
将栈顶两int类型数相除,结果入栈。 |
irem |
|
将栈顶两int类型数取模,结果入栈。 |
ineg |
|
将栈顶int类型值取负,结果入栈。 |
ladd |
|
将栈顶两long类型数相加,结果入栈。 |
lsub |
|
将栈顶两long类型数相减,结果入栈。 |
lmul |
|
将栈顶两long类型数相乘,结果入栈。 |
ldiv |
|
将栈顶两long类型数相除,结果入栈。 |
lrem |
|
将栈顶两long类型数取模,结果入栈。 |
lneg |
|
将栈顶long类型值取负,结果入栈。 |
(wide)iinc |
indexbyte constbyte |
将整数值constbyte加到indexbyte指定的int类型的局部变量中。 |
|
||
浮点运算 |
||
操作码(助记符) |
操作数 |
描述(栈指操作数栈) |
fadd |
|
将栈顶两float类型数相加,结果入栈。 |
fsub |
|
将栈顶两float类型数相减,结果入栈。 |
fmul |
|
将栈顶两float类型数相乘,结果入栈。 |
fdiv |
|
将栈顶两float类型数相除,结果入栈。 |
frem |
|
将栈顶两float类型数取模,结果入栈。 |
fneg |
|
将栈顶float类型值取反,结果入栈。 |
dadd |
|
将栈顶两double类型数相加,结果入栈。 |
dsub |
|
将栈顶两double类型数相减,结果入栈。 |
dmul |
|
将栈顶两double类型数相乘,结果入栈。 |
ddiv |
|
将栈顶两double类型数相除,结果入栈。 |
drem |
|
将栈顶两double类型数取模,结果入栈。 |
dneg |
|
将栈顶double类型值取负,结果入栈。 |
|
||
逻辑运算——移位运算 |
||
操作码(助记符) |
操作数 |
描述(栈指操作数栈) |
ishl |
|
左移int类型值。 |
lshl |
|
左移long类型值。 |
ishr |
|
算术右移int类型值。 |
lshr |
|
算术右移long类型值。 |
iushr |
|
逻辑右移int类型值。 |
lushr |
|
逻辑右移long类型值。 |
|
||
逻辑运算——按位布尔运算 |
||
操作码(助记符) |
操作数 |
描述(栈指操作数栈) |
iand |
|
对int类型按位与运算。 |
land |
|
对long类型的按位与运算。 |
ior |
|
对int类型的按位或运算。 |
lor |
|
对long类型的按位或运算。 |
ixor |
|
对int类型的按位异或运算。 |
lxor |
|
对long类型的按位异或运算。 |
|
||
控制流指令——条件跳转指令 |
||
操作码(助记符) |
操作数 |
描述(栈指操作数栈) |
ifeq |
branchbyte1 branchbyte2 |
若栈顶int类型值为0则跳转。 |
ifne |
branchbyte1 branchbyte2 |
若栈顶int类型值不为0则跳转。 |
iflt |
branchbyte1 branchbyte2 |
若栈顶int类型值小于0则跳转。 |
ifle |
branchbyte1 branchbyte2 |
若栈顶int类型值小于等于0则跳转。 |
ifgt |
branchbyte1 branchbyte2 |
若栈顶int类型值大于0则跳转。 |
ifge |
branchbyte1 branchbyte2 |
若栈顶int类型值大于等于0则跳转。 |
if_icmpeq |
branchbyte1 branchbyte2 |
若栈顶两int类型值相等则跳转。 |
if_icmpne |
branchbyte1 branchbyte2 |
若栈顶两int类型值不相等则跳转。 |
if_icmplt |
branchbyte1 branchbyte2 |
若栈顶两int类型值前小于后则跳转。 |
if_icmple |
branchbyte1 branchbyte2 |
若栈顶两int类型值前小于等于后则跳转。 |
if_icmpgt |
branchbyte1 branchbyte2 |
若栈顶两int类型值前大于后则跳转。 |
if_icmpge |
branchbyte1 branchbyte2 |
若栈顶两int类型值前大于等于后则跳转。 |
ifnull |
branchbyte1 branchbyte2 |
若栈顶引用值为null则跳转。 |
ifnonnull |
branchbyte1 branchbyte2 |
若栈顶引用值不为null则跳转。 |
if_acmpeq |
branchbyte1 branchbyte2 |
若栈顶两引用类型值相等则跳转。 |
if_acmpne |
branchbyte1 branchbyte2 |
若栈顶两引用类型值不相等则跳转。 |
|
||
控制流指令——比较指令 |
||
操作码(助记符) |
操作数 |
描述(栈指操作数栈) |
lcmp |
|
比较栈顶两long类型值,前者大,1入栈;相等,0入栈;后者大,-1入栈。 |
fcmpl |
|
比较栈顶两float类型值,前者大,1入栈;相等,0入栈;后者大,-1入栈;有NaN存在,-1入栈。 |
fcmpg |
|
比较栈顶两float类型值,前者大,1入栈;相等,0入栈;后者大,-1入栈;有NaN存在,-1入栈。 |
dcmpl |
|
比较栈顶两double类型值,前者大,1入栈;相等,0入栈;后者大,-1入栈;有NaN存在,-1入栈。 |
dcmpg |
|
比较栈顶两double类型值,前者大,1入栈;相等,0入栈;后者大,-1入栈;有NaN存在,-1入栈。 |
|
||
控制流指令——无条件跳转指令 |
||
操作码(助记符) |
操作数 |
描述(栈指操作数栈) |
goto |
branchbyte1 branchbyte2 |
无条件跳转到指定位置。 |
goto_w |
branchbyte1 branchbyte2 branchbyte3 branchbyte4 |
无条件跳转到指定位置(宽索引)。 |
|
||
控制流指令——表跳转指令 |
||
操作码(助记符) |
操作数 |
描述(栈指操作数栈) |
tableswitch |
<0-3bytepad> defaultbyte1 defaultbyte2 defaultbyte3 defaultbyte4 lowbyte1 lowbyte2 lowbyte3 lowbyte4 highbyte1 highbyte2 highbyte3 highbyte4 jump offsets... |
通过索引访问跳转表,并跳转。 |
lookupswitch |
<0-3bytepad> defaultbyte1 defaultbyte2 defaultbyte3 defaultbyte4 npairs1 npairs2 npairs3 npairs4 match offsets |
通过键值访问跳转表,并跳转。 |
|
||
控制流指令——异常和finally |
||
操作码(助记符) |
操作数 |
描述(栈指操作数栈) |
athrow |
|
抛出异常。 |
jsr |
branchbyte1 branchbyte2 |
跳转到子例程序。 |
jsr_w |
branchbyte1 branchbyte2 branchbyte3 branchbyte4 |
跳转到子例程序(宽索引)。 |
(wide)ret |
indexbyte |
返回子例程序。 |
|
||
对象操作指令 |
||
操作码(助记符) |
操作数 |
描述(栈指操作数栈) |
new |
indexbyte1 indexbyte2 |
创建新的对象实例。 |
checkcast |
indexbyte1 indexbyte |
类型强转。 |
instanceof |
indexbyte1 indexbyte2 |
判断类型。 |
getfield |
indexbyte1 indexbyte2 |
获取对象字段的值。 |
putfield |
indexbyte1 indexbyte2 |
给对象字段赋值。 |
getstatic |
indexbyte1 indexbyte2 |
获取静态字段的值。 |
putstatic |
indexbyte1 indexbyte2 |
给静态字段赋值。 |
|
||
数组操作指令 |
||
操作码(助记符) |
操作数 |
描述(栈指操作数栈) |
newarray |
atype |
创建type类型的数组。 |
anewarray |
indexbyte1 indexbyte2 |
创建引用类型的数组。 |
arraylength |
|
获取一维数组的长度。 |
multianewarray |
indexbyte1 indexbyte2 dimension |
创建dimension维度的数组。 |
|
||
方法调用指令 |
||
操作码(助记符) |
操作数 |
描述(栈指操作数栈) |
invokespecial |
indexbyte1 indexbyte2 |
编译时方法绑定调用方法。 |
invokevirtual |
indexbyte1 indexbyte2 |
运行时方法绑定调用方法。 |
invokestatic |
indexbyte1 indexbyte2 |
调用静态方法。 |
invokeinterface |
indexbyte1 indexbyte2 count 0 |
调用接口方法。 |
|
||
方法返回指令 |
||
操作码(助记符) |
操作数 |
描述(栈指操作数栈) |
ireturn |
|
返回int类型值。 |
lreturn |
|
返回long类型值。 |
freturn |
|
返回float类型值。 |
dreturn |
|
返回double类型值。 |
areturn |
|
返回引用类型值。 |
return |
|
void函数返回。 |
|
||
线程同步指令 |
||
操作码(助记符) |
操作数 |
描述(栈指操作数栈) |
monitorenter |
|
进入并获得对象监视器。 |
monitorexit |
|
释放并退出对象监视器。
|