Java字节码指令集

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."<init>":()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:      bipush    90

   2:      istore_2

   3:      return

void print(AnotherClass);

  Code:

   0:      aload_1

   1:      bipush    10

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

   6:      new #7; //class AnotherClass

   9:      dup

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

   13:    astore_1

   14:    aload_1

   15:    bipush    20

   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

{

     private   String name = "";

     private  int idNumber = 0;

     public HelloWorld(String strName, int num)

     {

        name = strName;

        idNumber = num;

        StoreData(strName,num);

     }

  public  void 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:      bipush    10

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

   6:      new #7; //class AnotherClass

   9:      dup

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

   13:    astore_1

   14:    aload_1

   15:    bipush    20

   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."<init>":()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。