字节码层面理解枚举类Enum在switch中的使用

1.本文从字节码层面来探究，switch的case变量值为java枚举Enum时，编译器究竟做了什么工作。

2.源码如下

枚举类Color

public enum Color {RED,BLUE,YELLOW
}

switch中使用Color

public class MySwitchTest {int chooseColor(Color c){switch (c){case RED:return 5;case RED:return 6;case YELLOW:return 7;default:return 8;}}
}

3.先看结果，javac编译后，MySwitchTest生成了一个内部类MySwitchTest$1，反编译后的MySwitchTest的代码大致如下：

public class MySwitchTest {int chooseColor(Color c){int a = MySwitchTest$1.$SwitchMap$Color[c.ordinal];switch (a){case 1:return 5;case 2:return 6;case 3:return 7;default:return 8;}}static class MySwitchTest$1 {static final int[] $SwitchMap$Color;static {Color[] values = Color.values();int length = values.length;$SwitchMap$Color = new int[length];try {$SwitchMap$Color[Color.RED.ordinal()] = 1; //和switch中的case 1对应} catch (NoSuchFieldError e) {}try {$SwitchMap$Color[Color.BLUE.ordinal()] = 2; //和switch中的case 2对应} catch (NoSuchFieldError e) {}try {$SwitchMap$Color[Color.YELLOW.ordinal()] = 3; //和switch中的case 3对应} catch (NoSuchFieldError e) {}}}
}

4.我们来看MySwitchTest.java编译后生成的class文件，除了一个MySwitchTest.class外，还生成了一个MySwitchTest$1.class文件，MySwitchTest$1是MySwitchTest的一个内部类，是编译器javac在编译MySwitchTest.java时自动生成的。

运行 javap -v -p MySwitchTest\$1.class，可以得到内部类的字节码如下

Classfile /C:/workspace/test/target/classes/MySwitchTest$1.classLast modified 2019-12-16; size 619 bytesMD5 checksum 26074600ed9a7634433a37fd542bc348Compiled from "MySwitchTest.java"
class MySwitchTest$1minor version: 0major version: 52flags: ACC_SUPER, ACC_SYNTHETIC
Constant pool:
...
{static final int[] $SwitchMap$Color;descriptor: [Iflags: ACC_STATIC, ACC_FINAL, ACC_SYNTHETICstatic {};descriptor: ()Vflags: ACC_STATICCode:stack=3, locals=1, args_size=00: invokestatic  #1                  // Method Color.values:()[LColor;3: arraylength4: newarray       int6: putstatic     #2                  // Field $SwitchMap$Color:[I9: getstatic     #2                  // Field $SwitchMap$Color:[I12: getstatic     #3                  // Field Color.RED:LColor;15: invokevirtual #4                  // Method Color.ordinal:()I18: iconst_119: iastore20: goto          2423: astore_024: getstatic     #2                  // Field $SwitchMap$Color:[I27: getstatic     #6                  // Field Color.BLUE:LColor;30: invokevirtual #4                  // Method Color.ordinal:()I33: iconst_234: iastore35: goto          3938: astore_039: getstatic     #2                  // Field $SwitchMap$Color:[I42: getstatic     #7                  // Field Color.YELLOW:LColor;45: invokevirtual #4                  // Method Color.ordinal:()I48: iconst_349: iastore50: goto          5453: astore_054: return
}
SourceFile: "MySwitchTest.java"
EnclosingMethod: #22.#0                 // MySwitchTest
InnerClasses:static #8; //class MySwitchTest$1

字节码里省略了常量池的内容，以及静态块static{}的一些属性，我们从上依次分析一些重要的内容。

4.1

class MySwitchTest$1minor version: 0major version: 52flags: ACC_SUPER, ACC_SYNTHETIC

major version: 52表示生成这段字节码的jdk版本是8。flags:acc_synthentic表示这个类是编译器自动生成的。

4.2

  static final int[] $SwitchMap$Color;descriptor: [Iflags: ACC_STATIC, ACC_FINAL, ACC_SYNTHETIC

从这一段很容易看出，MySwitchTest$1有一个字段int[] $SwitchMap$Color，flags:ACC_SYNTHETIC 表示该字段是编译器自动生成的。

4.3

static {};descriptor: ()Vflags: ACC_STATICCode:stack=3, locals=1, args_size=00: invokestatic  #1                  // Method Color.values:()[LColor;3: arraylength4: newarray       int6: putstatic     #2                  // Field $SwitchMap$Color:[I9: getstatic     #2                  // Field $SwitchMap$Color:[I12: getstatic     #3                  // Field Color.RED:LColor;15: invokevirtual #4                  // Method Color.ordinal:()I18: iconst_119: iastore20: goto          2423: astore_024: getstatic     #2                  // Field $SwitchMap$Color:[I27: getstatic     #6                  // Field Color.BLUE:LColor;30: invokevirtual #4                  // Method Color.ordinal:()I33: iconst_234: iastore35: goto          3938: astore_039: getstatic     #2                  // Field $SwitchMap$Color:[I42: getstatic     #7                  // Field Color.YELLOW:LColor;45: invokevirtual #4                  // Method Color.ordinal:()I48: iconst_349: iastore50: goto          5453: astore_054: return

MySwitchTest$1最重要的部分就是静态块static{}，指令0~6，调用生成一个int型数组，数组长度和Color.values()的长度一致，并将数组赋值给$SwitchMap$Color字段。指令9~20，调用第一个case的值RED的ordinal()，返回值0，以0为下标，找到数组$SwitchMap$Color的下标为0的元素，赋值为1。指令23，异常处理代码，暂时忽略，后面专门讲解。指令24~35，逻辑与指令9~20相同，为数组$SwitchMap$Color下标为1的元素，赋值为2。指令38，异常处理代码，暂时忽略，后面专门讲解。指令39~50，逻辑与指令9~20相同，为数组$SwitchMap$Color下标为2的元素，赋值为3。指令53，异常处理代码，暂时忽略，后面专门讲解。指令54，return，方法结束。至此，MySwitchTest$1的值为{1, 2, 3}

5.了解了MySwitchTest$1的字节码逻辑之后，我们来看MySwitchTest的chooseColor()方法的字节码。

 public int chooseColor(Color);descriptor: (LColor;)Iflags: ACC_PUBLICCode:stack=2, locals=2, args_size=20: getstatic     #2                  // Field MySwitchTest$1.$SwitchMap$Color:[I3: aload_14: invokevirtual #3                  // Method Color.ordinal:()I7: iaload8: tableswitch   { // 1 to 31: 362: 383: 41default: 44}36: iconst_537: ireturn38: bipush        640: ireturn41: bipush        743: ireturn44: bipush        846: ireturn

指令0~7，获取MySwitchTest$1的字段，由上一节的分析可知该字段值为{1, 2, 3}，调用参数Color的ordinal()方法，并以ordinal()方法的返回值为下标，获取MySwitchTest$1.$SwitchMap$Color的元素。由此可知，当参数为RED时，获取的元素为1，当参数BLUE时，获取到的元素为2，当参数YELLOW时，获取到的元素为3，这与上一节根据RED、BLUE、YELLOW元素生成MySwitchTest$1.$SwitchMap$Color的值的逻辑相同。指令8，根据switch生成的指令tableswitch，但是仔细观察case的值并不是RED,BLUE,YELLOW了，而是变成了1,2,3，这也和上一节根据RED、BLUE、YELLOW元素生成MySwitchTest$1.$SwitchMap$Color的值的逻辑相同。指令36~46，根据不同的case值返回不同的结果。

6.总结：由第4节的分析和第5节的分析，可知当switch的变量为Enum时，编译器会生成一个内部类并在该内部类存储一个整型数组，在数组的下标为Enum.ordinal()的位置处存放元素Enum.ordinal()+1。在switch匹配时，也会以枚举变量的ordinal()值为下表，从内部类数组中获取元素作为匹配值，而且switch的case值也是内部类数组值相同。另外，如果想了解switch的字节码，可以参考字节码层面理解Switch，如果想了解Enum的字节码，可以参考字节码层面理解java枚举Enum。

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