jvm学习笔记-chapter6 类文件结构

class类文件结构

数据及结构

是一组以8位字节为基础单位的二进制流。当遇到占有8位字节以上空间的数据项时，则会按照高位在前的方式分割成若干个8位字节进行存储
采用一种类似于C语言结构体的伪结构来存储数据
- 无符号数：u1 u2 u4 u8
- 表: 由多个无符号数或者其他表作为数据项构成的复合数据类型

文件格式

类型	名称	数量	说明
u4	magic	1	魔数（0xCAFEBABY）-- 确定这个class文件是否能被虚拟机接受
u2	minor_version	1	次版本号
u2	major_version	1	主版本号
u2	constant_pool_count	1	常量池容量计数值
cp_info	constant_pool	constant_pool_count-1	常量池中每一项常量都是一个表（14种，jdk 1.7）字面量 – 文本字符串、声明为final的常量值符号引用 – 类和接口的全限定名、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符
u2	access_flags	1	一共有16个标志位可以使用（当前之定义8个）识别一些类或者接口层次的访问信息 ACC_PUBLIC、ACC_SUPER、ACC_FINAL、ACC_INTERFACE、ACC_ABSTRACT、ACC_SYNTHETIC、ACC_ANNOTATION、ACC_ENUM
u2	this_class	1
u2	super_class	1
u2	interfaces_count	1
u2	interfaces	interfaces_count
u2	fields_count	1
field_info	fields	fields_count	包含类级变量和实例级变量（不包含局部变量）字段表结构：access_flags(u2)、name_index(u2)、descriptor_index(u2)、attributes_count(u2)、attributes(attribute_info) 字段表集合中不会列出从超类或父接口中继承来的字段，但可能列出原本不存在的字段（譬如内部类为了保持对外部类的访问性，会自动添加指向外部类实例的字段）
u2	methods_count	1
method_info	methods	methods_count	方法表结构同字段表一样方法表中的代码经过编译器编译成字节码指令后，存放在方法属性表中的“Code”属性里如果父类方法在子类中没有被重写，方法表集合中就不会出现来自父类的方法信息，但同样有可能会出现编译器自动添加的方法，如类构造器"clinit"和实例构造器"init"
u2	attributes_count	1
attribute_info	attributes	attributes_count	如Code、ConstantValue、InnerClasses等等

字节码指令简介

加载和存储指令 – 将数据在栈帧中的局部变量表和操作数栈之间来回传输

* 将一个局部变量表加载到操作数栈：iload、iload_n、lload、fload、dload、aload（对象）、...
* 讲一个数值从操作数栈存储到局部变量表：i(l/f/d/a)store、i(l/f/d/a)store_n
* 将一个常量加载到操作数栈：bipush、sipush、ldc、ldc_w、ldc2_w、aconst_null、iconst_ml、iconst_i、lconst_l、fconst_f、dconst_d
* 扩充局部变量表的访问索引指令：wide

运算指令

*  加法指令：i(l/f/d)add
*  减法指令：i(l/f/d)sub
*  乘法指令：i(l/f/d)mul
*  除法指令：i(l/f/d)div
*  求余指令：i(l/f/d)rem
*  取反指令：i(l/f/d)neg
*  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

补充说明：
- java 虚拟机规范没有明确定义过整型数据溢出的具体运算结果，除非求余及除法指令时除数为0抛出异常(ArithmeticException)，其余任何整数运算场景都不抛出运行时异常
- 浮点数转为整数时，所有小数部分有效字节会被丢弃 – 向零舍入模式
- java虚拟机在处理浮点数运算时不会抛出任何运行时异常，当一个操作溢出时，将会使用有符号的无穷大来表示，如果某个操作没有明确的数学定义的话，将会使用NaN来表示。所有使用Nan值作为操作数的算术操作，结果都返回NaN。

         System.out.println(-9.11 > 1.11);            falseSystem.out.println((int)-9.11);                -9System.out.println((int)9.11);                9System.out.println(Double.NaN +1);            NaNSystem.out.println(Double.NaN *2);           NaNSystem.out.println(Double.NaN /2);           NaNSystem.out.println(Double.NaN < 1);       false

类型转换指令

对象创建与访问指令

创建类实例指令： new
创建数组指令： 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：getstatic、putstatic、getfield、putfield
把一个数组元素加载到操作数栈的指令：ba(ca/sa/ia/fa/da/aa)load
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站：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、dup_x2、dup2_x1、dup2_x2
将栈最顶端两个数值互换：swap

控制转移指令

条件分支：ifeq、iflt、ifle、ifne、ifgt、ifge、ifnull、ifnonnull、if_icmpeq、if_icmpne、if_icmplt、…
复合分支：tableswitch、lookupswitch
无条件分支：goto、goto_w、jsr、jsr_w、ret

方法调用和返回指令

invokevirtual 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）
invokeinterface 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，找到适合的方法进行调用
invokespecial 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 用于调用类方法（static方法）
invokedynamic 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
返回指令：ireturn(当返回值是boolean、byte、char、short、int类型时使用)、lreturn、freturn、dreturn和areturn、return（声明为void的方法、实例初始化方法以及类和接口的类初始化方法使用）

异常处理指令

java程序中显式抛出异常的操作（throw语句）都是由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它java虚拟机指令检测到异常时自动抛出。
在Java虚拟机中，处理异常（catch语句）是采用异常表来完成的。

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