指令由一个字节长度的、代表着某种特定操作含义的数字(称为操作 码,Opcode)以及跟随其后的零至多个代表此操作所需参数(称为操作数,Operands)而构 成。
- 6.4.1 字节码与数据类型
- 操作码助记符中都有特殊的字符来表 明专门为哪种数据类型服务:i代表对int类型的数据操作,l代表long,s代表short,b代表byte,c代 表char,f代表float,d代表double,a代表reference。
- byte、char和short、boolean -->int 处理
大部分的指令都没有支持整数类型byte、char和short,甚至 没有任何指令支持boolean类型。编译器会在编译期或运行期将byte和short类型的数据带符号 扩展(Sign-Extend)为相应的int类型数据,将boolean和char类型数据零位扩展(ZeroExtend)为相应的int类型数据。与之类似,在处理boolean、byte、short和char类型的数组时, 也会转换为使用对应的int类型的字节码指令来处理。因此,大多数对于boolean、byte、short 和char类型数据的操作,实际上都是使用相应的int类型作为运算类型(Computational Type)。
- 6.4.2 加载和存储指令
- 将一个局部变量加载到操作栈:iload、iload_<n>、lload、lload_<n>、fload、fload_ <n>、dload、dload_<n>、aload、aload_<n>
- 将一个数值从操作数栈存储到局部变量表:istore、istore_<n>、lstore、lstore_<n>、 fstore、fstore_<n>、dstore、dstore_<n>、astore、astore_<n>。
- 将一个常量加载到操作数栈:bipush、sipush、ldc、ldc_w、ldc2_w、aconst_null、 iconst_m1、iconst_<i>、lconst_<l>、fconst_<f>、dconst_<d>。
- 扩充局部变量表的访问索引的指令:wide。
- 6.4.3 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。
- 6.4.4 类型转换指令
- 宽化类型转换(安全)
- 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(产生不同的正负号、不同的数量级)
- 必须显式地使用转换 指令来完成,这些转换指令包括:i2b、i2c、i2s、l2i、f2i、f2l、d2i、d2l和d2f。
- 6.4.5 对象创建与访问指令
- 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,或者称为实例变 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存储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。
- 6.4.6 操作数栈管理指令
- 将操作数栈的栈顶一个或两个元素出栈:pop、pop2。
- 复制栈顶一个或两个数值并将复制值或双份的复制值重新压入栈顶:dup、dup2、 dup_x1、dup2_x1、dup_x2、dup2_x2。
- 将栈最顶端的两个数值互换:swap。
- 6.4.7 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。
- 6.4.8 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、私有 方法和父类方法。
- invokestatic指令用于调用类方法(static方法)。
- invokedynamic指令用于在运行时动态解析出调用点限定符所引用的方法,并执行该方 法,前面4条调用指令的分派逻辑都固化在Java虚拟机内部,而invokedynamic指令的分派逻 辑是由用户所设定的引导方法决定的。
- 6.4.9 异常处理指令
在Java程序中显式抛出异常的操作(throw语句)都由athrow指令来实现,除了用throw语 句显式抛出异常情况之外,Java虚拟机规范还规定了许多运行时异常会在其他Java虚拟机指 令检测到异常状况时自动抛出。
- 在Java虚拟机中,处理异常(catch语句)不是由字节码指令来实现的(很久之前曾经 使用jsr和ret指令来实现,现在已经不用了),而是采用异常表来完成的。
- 6.4.10 同步指令
- Java虚拟机可以支持方法级的同步和方法内部一段指令序列的同步,这两种同步结构都 是使用管程(Monitor)来支持的。
- 方法级的同步是隐式的,即无须通过字节码指令来控制,它实现在方法调用和返回操作 之中。
- 同步一段指令集序列通常是由Java语言中的synchronized语句块来表示的,Java虚拟机的 指令集中有monitorenter和monitorexit两条指令来支持synchronized关键字的语义,正确实现 synchronized关键字需要Javac编译器与Java虚拟机两者共同协作支持