文章目录

什么是字节码指令
javap的用法
字节码与数据类型
字节码指令集
- 加载和存储指令
- 运算指令
- 类型转换指令
- 对象创建与访问指令
- 操作数栈管理指令
- 控制转移指令
- 方法调用和返回指令
- 异常处理指令

什么是字节码指令

Java源代码经过编译器编译之后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指令，而不像C或C++由编译器直接生成机器码。

字节码指令由一个字节长度的、代表着某种特定操作含义的操作码（opcode)以及跟随其后的零至多个代表此操作所需参数的操作数所构成。虚拟机中许多指令并不包含操作数，只有一个操作码。

如果不考虑异常处理的话，那Java虚拟机的解释器可以使用下面这段伪代码作为最基本的执行模型来理解：

do {自动计算PC寄存器的值加1; 根据PC寄存器指示的位置，从字节码流中取出操作码; if (字节码存在操作数) 从字节码流中取出操作数; 执行操作码所定义的操作;
} while (字节码流长度 > 0);

javap的用法

javap是 Java class文件分解器，可以反编译，也可以查看java编译器生成的字节码。用于分解class文件。

javap命令分解一个class文件，它根据options来决定到底输出什么。如果没有使用options,那么javap将会输出包，类里的protected和public域以及类里的所有方法。javap将会把它们输出在标准输出上。

通过javap命令可以查看一个java类反汇编得到的Class文件版本号、常量池、访问标识、变量表、指令代码行号表等等信息。不显示类索引、父类索引、接口索引集合、<clinit>( )、<init>()等结构

字节码与数据类型

在Java虚拟机的指令集中，大多数指令都包含其操作所对应的数据类型信息。
例如：iload指令用于从局部变量表中加载int型的数据到操作数栈中，而fload指令加载的则是float类型的数据。
这两条指令的操作在虚拟机内部可能会是由同一段代码来实现的，但在Class文件中它们必须拥有各自独立的操作码。

对于大部分与数据类型相关的字节码指令，它们的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

也有一些指令的助记符中没有明确指明操作类型的字母，例如 array length指令，它没有代表数据类型的特殊字符，但操作数永远只能是一个数组类型的对象。
还有另外一些指令，例如无条件跳转指令goto则是与数据类型无关的指令。

大部分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为相应的int类型数据，将boolean和char类型数据零位扩展为相应的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对int类型作为运算类型来进行的。

字节码指令集

JVM指令码表：https://blog.csdn.net/weixin_43598687/article/details/122219111

加载和存储指令

加载和存储指令用于将数据在栈帧中的局部变量表和操作数栈（见第2章关于内存区域的介绍）之间来回传输。

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

运算指令

算术指令用于对两个操作数栈上的值进行某种特定运算，并把结果重新存入到操作栈顶。大体上运算指令可以分为两种：对整型数据进行运算的指令与对浮点型数据进行运算的指令。

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

类型转换指令

类型转换指令可以将两种不同的数值类型相互转换，这些转换操作一般用于实现用户代码中的显式类型转换操作，或者用来处理本节开篇所提到的字节码指令集中数据类型相关指令无法与数据类型一一对应的问题。

1. 宽化类型转换：小范围类型向大范围类型的安全转换。

从int类型到long、float或者double类型。对应的指令为: i21、i2f、i2d
从long类型到float、double类型。对应的指令为:12f、12d
从float类型到double类型。对应的指令为:f2d

宽化类型转换是不会因为超过目标类型最大值而丢失信息的，例如，从int转换到long，或者从int转换到double，都不会丢失任何信息，转换前后的值是精确相等的。
从int、long类型数值转换到float，或者long类型数值转换到double时，将可能发生精度丢失—一可能丢失掉几个最低有效位上的值，转换后的浮点数值是根据IEEE754最接近舍入模式所得到的正确整数值。

2. 窄化类型转换
Java虚拟机也直接支持以下窄化类型转换:

从int类型至byte、short或者char类型。对应的指令有: i2b、i2c、i2s
从long类型到int类型。对应的指令有:l2i
从float类型到int或者long类型。对应的指令有:f2i、f2l
从double类型到int、long或者float类型。对应的指令有:d2i、d2l、d2f

窄化类型转换可能会导致转换结果具备不同的正负号、不同的数量级，因此，转换过程很可能会导致数值丢失精度。

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储存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

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

控制转移指令

控制转移指令可以让Java虚拟机有条件或无条件地从指定位置指令的下一条指令继续执行程序，即在有条件或无条件地修改PC寄存器的值。

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

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），支持多态。
invokeinterface指令：用于调用接口方法
invokespecial指令：用于调用一些需要特殊处理的实例方法
invokestatic指令：用于调用类静态方法。
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。
方法返回指令：ireturn（当返回值是boolean、byte、char、short和int类型时使用）、lreturn（long）、freturn（float）、dreturn（double）和areturn（reference）。

异常处理指令

显式抛出异常指令：athrow

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