Java bytekode - Java bytecode

Java bytekode er instruksjonssettet til den virtuelle Java -maskinen (JVM).

Forholdet til Java

En Java -programmerer trenger ikke å være klar over eller forstå Java -bykode i det hele tatt. Imidlertid, som foreslått i IBM developerWorks -journal, "Å forstå bytecode og hvilken bytecode som sannsynligvis vil bli generert av en Java -kompilator, hjelper Java -programmereren på samme måte som kunnskap om montering hjelper C- eller C ++ -programmereren."

Instruksjonssett arkitektur

JVM er både en stabelmaskin og en registermaskin . Hver ramme for et metodeanrop har en "operandstabel" og en rekke "lokale variabler". Operandstakken brukes til operander til beregninger og til å motta returverdien for en kalt metode, mens lokale variabler tjener samme formål som registre og også brukes til å sende metodeargumenter. Maksimal størrelse på operandstakken og den lokale variabelgruppen, beregnet av kompilatoren, er en del av attributtene til hver metode. Hver kan være uavhengig størrelse fra 0 til 65535 verdier, hvor hver verdi er 32 bits. longog doubletyper, som er 64 bits, tar opp to påfølgende lokale variabler (som ikke trenger å være 64-biters justert i den lokale variabelen) eller en verdi i operandstakken (men regnes som to enheter i dybden av stabelen) .

Instruksjonssett

Ytterligere informasjon: Java bytecode instruksjonslister

Hver bytekode består av en byte som representerer opoden , sammen med null eller flere byte for operander.

Av de 256 mulige byte-lange opkodene , fra 2015, er 202 i bruk (~ 79%), 51 er reservert for fremtidig bruk (~ 20%), og 3 instruksjoner (~ 1%) er permanent reservert for JVM-implementeringer til bruk. To av disse ( impdep1og impdep2) skal gi feller for henholdsvis implementeringsspesifikk programvare og maskinvare. Den tredje brukes for debuggere for å implementere breakpoints.

Instruksjonene faller inn i en rekke brede grupper:

  • Last og lagre (f.eks aload_0. istore)
  • Aritmetikk og logikk (f.eks ladd. fcmpl)
  • Type konvertering (f.eks i2b. d2i)
  • Objektopprettelse og manipulering ( new, putfield)
  • Operand stack management (f.eks swap. dup2)
  • Kontrolloverføring (f.eks ifeq. goto)
  • Metodeinnkallelse og retur (f.eks invokespecial. areturn)

Det er også noen få instruksjoner for en rekke mer spesialiserte oppgaver som unntakskasting, synkronisering, etc.

Mange instruksjoner har prefikser og/eller suffikser som refererer til typer operander de opererer på. Disse er som følger:

Prefiks/suffiks Operand type
i heltall
l lang
s kort
b byte
c karakter
f flyte
d dobbelt
a henvisning

For eksempel iaddvil legge til to heltall, mens daddvil legge til to dobler. Den const, loadog storeinstruksjoner kan også ta et suffiks av formen , hvor n er et tall fra 0-3 og . Maksimum n for er forskjellig etter type. _nloadstoreconst

De constinstruksjoner presse en verdi av den angitte typen på stakken. For eksempel, iconst_5skyver et heltall (32 biters verdi) med verdien 5 på bunken, mens dconst_1det skyver en dobbel (64 bit flytende verdi) med verdien 1 på bunken. Det er også en aconst_null, som skyver en nullreferanse. Den n for loadog storeinstruksjoner spesifiserer indeksen i den lokale variable array til last fra eller lagre til. Den aload_0instruksjon skyver gjenstanden i lokal variabel 0 over stabelen (dette er vanligvis det thisobjekt). istore_1lagrer heltallet på toppen av stabelen i lokal variabel 1. For lokale variabler utover 3 slippes suffikset og operander må brukes.

Eksempel

Vurder følgende Java -kode: 

outer:
for (int i = 2; i < 1000; i++) {
    for (int j = 2; j < i; j++) {
        if (i % j == 0)
            continue outer;
    }
    System.out.println (i);
}

En Java -kompilator kan oversette Java -koden ovenfor til bytekode som følger, forutsatt at ovennevnte ble satt i en metode: 

0:   iconst_2
1:   istore_1
2:   iload_1
3:   sipush  1000
6:   if_icmpge       44
9:   iconst_2
10:  istore_2
11:  iload_2
12:  iload_1
13:  if_icmpge       31
16:  iload_1
17:  iload_2
18:  irem
19:  ifne    25
22:  goto    38
25:  iinc    2, 1
28:  goto    11
31:  getstatic       #84; // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
34:  iload_1
35:  invokevirtual   #85; // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
38:  iinc    1, 1
41:  goto    2
44:  return

Generasjon

Ytterligere informasjon: Liste over JVM -språk

Det vanligste språket som er rettet mot Java virtuell maskin ved å produsere Java bytecode er Java. Opprinnelig eksisterte bare en kompilator, javac -kompilatoren fra Sun Microsystems , som kompilerer Java -kildekoden til Java -bytekoden; men fordi alle spesifikasjonene for Java bytecode nå er tilgjengelige, har andre parter levert kompilatorer som produserer Java bytecode. Eksempler på andre kompilatorer inkluderer:

  • Eclipse -kompilator for Java (ECJ)
  • Jikes , kompilerer fra Java til Java bytecode (utviklet av IBM , implementert i C ++ )
  • Espresso, kompilerer fra Java til Java bytecode (bare Java 1.0)
  • GNU Compiler for Java (GCJ), kompilerer fra Java til Java bytecode; den kan også kompilere til opprinnelig maskinkode og var en del av GNU Compiler Collection (GCC) frem til versjon 6.

Noen prosjekter gir Java -montører for å gjøre det mulig å skrive Java -bytekode for hånd. Monteringskode kan også genereres av maskinen, for eksempel av en kompilator som er rettet mot en virtuell Java -maskin . Bemerkelsesverdige Java -montører inkluderer:

  • Jasmin , tar tekstbeskrivelser for Java-klasser, skrevet i en enkel montering-lignende syntaks ved hjelp av Java virtuell maskin instruksjonssett og genererer en Java-klassefil
  • Jamaica, en makro assembly for Java virtuell maskin . Java -syntaks brukes for klasse- eller grensesnittdefinisjon. Metodelegemer er spesifisert ved hjelp av bytecode -instruksjoner.
  • Krakatau Bytecode Tools, inneholder for øyeblikket tre verktøy: en dekompilator og demonterer for Java -klassefiler og en assembler for å lage klassefiler.
  • Lilac, en montør og demonterer for den virtuelle Java -maskinen .

Andre har utviklet kompilatorer for forskjellige programmeringsspråk for å målrette mot den virtuelle Java -maskinen, for eksempel:

Henrettelse

Ytterligere informasjon: Java virtuell maskin

Det er flere virtuelle Java -maskiner tilgjengelig i dag for å kjøre Java -bytekode, både gratis og kommersielle produkter. Hvis kjøring av bytekode i en virtuell maskin er uønsket, kan en utvikler også kompilere Java -kildekoden eller bytekoden direkte til den opprinnelige maskinkoden med verktøy som GNU Compiler for Java (GCJ). Noen prosessorer kan kjøre Java bytekode innfødt. Slike prosessorer kalles Java -prosessorer .

Støtte for dynamiske språk

Ytterligere informasjon: Liste over JVM -språk

Den virtuelle Java -maskinen gir støtte for dynamisk tastede språk . Det meste av det eksisterende JVM -instruksjonssettet er statisk skrevet - i den forstand at metodeanrop får sine signaturer typekontrollert ved kompileringstidspunktet , uten en mekanisme for å utsette denne beslutningen om kjøretid , eller for å velge metodeforsendelse ved en alternativ tilnærming.

JSR 292 ( Støtter dynamisk typede språk på Java-plattformen ) la til en ny invokedynamicinstruksjon på JVM-nivå, for å tillate metodekalling avhengig av dynamisk typekontroll (i stedet for den eksisterende statisk typekontrollerte invokevirtualinstruksjonen). The Da Vinci Machine er en prototype virtuell maskin implementering som verter JVM utvidelser sikte på å støtte dynamiske språk. Alle JVM -er som støtter JSE 7 inkluderer også invokedynamicopcode.

Se også

Referanser

Eksterne linker