3.字节码指令

上面所列举的指令助记符中,有一部分是以尖括号结尾的(例如ioad<n>)。这些指令助记符实际上代表这个组指令(例如iload<n>代表了i1oad0、iload1、i1oad2和i1oad3这几个指令)。
比如:
iload_0: 将局部变量表中索引为0位置上的数据压入操作数栈中
iload 4: 将局部变量表中索引为4位置上的数据压入操作数栈中

• 【常量入栈指令】将一个常量加载到作数栈: bipush、 sipush、ldc、ldcw、1dc2_w

aconst_null、 iconst_m1、 iconst_<i>、lconst_<l>、 fconst_<f>、const_<d>

常量入栈指令的功能是将常数压入操作数栈,根据数据类型和入栈内容的不同 又可以分为 const系列、push系列和 ldc指令

• 指令const系列: 用于对特定的常量入栈,入栈的常量隐含在指令本身里。指令有: icons_<i>

(i从-1到5)、lconst_<1>(1从0到1)、 fconst_<f>(f从0到2)、 dconst_<d>(d从0到1), aconst_null

常数到操作数栈：bipush,sipush,ldc,ldcw,ldc2_w,aconst_null,iconst_ml,iconst,lconst,fconst,dconst 比如: iconst_m1 将-1压入操作数栈; iconst_x(x为到5) 将x压入栈 lconst、 lconst1 分别将长整数θ和1压入栈 fconst_0、 fconst_1、 fconst_2 分别将浮点数θ、1、2压入栈 dconst_0和 dconst1分别将 double型θ和1压入栈\ ` acoust_null 将null压入操作数栈 从指令的命名上不难找岀规律, 指令助记符的第一个字符总是喜欢表示数据类型,i表示整数,l表示长整数, f表示浮点数,d表示双精度浮点, 习惯上用a表示对象引用。如果指令隐含操作的参数,会以下划线形式给出

• 指令push系列: 主要包括 bipush和 sipush。它们的区别在于接收数据类型的不同, blush接收8位整数作为参数, sipush接收16位整数, 它们都将参数压入栈

• 指令ldc系列: 如果以上指令都不能满足需求,那么可以使用万能的ldc指令,它可以接收一个8位的参数,该常量池中的int、float或者 String的索引,将指定的内容压入堆栈

总结

• 【出栈装入局部变量表指令】将一个数值从操作薮栈存储到局部变量表:store、 store(其中

x为i、1、f、d、a 、n 为0到3); pastore(其x为i、1、f、d、a、b、c、s)

这类指令主要以 store的形式存在, 比如 xstore、xstoren(x为i、l、f、d、a, n为0-3) 操作数栈到变量：istore,istore,lstore,lstore,fstore,fstore,dstore,dstor,astore,astore

其中,指令 istorp-n将从操作数栈中弹出一个整数, 并把它赋值给局部变量索引n位置 指令 store由于没有隐含参数信息,故需要提供一个byte类型的参数类指定目标局部变量表的位置

一般说来,类似像 store这样的命令需要带一个参数,用来指明将弹出的元素放在局部变量表的第几个位置。但是,为 了尽可能压缩指令大小,使用专门的 istore_1指令表示将弹出的元素放置在局部变量表第1个位置。类似的还有 store_0、 istore_2、 istore_3,它们分别表示从操作数栈顶弹出一个元素,存放在局部变量表第0、2、3个位置

由于局部变量表前几个位置总是非常常用,因此这种做法虽然增加了指令数量,但是可以大大压缩生成的字节码的体积如果局部变量表很大,需要存储的槽位大于3,那么可以使用 istore指令,外加一个参数,用来表示需要存放的槽位位

• 扩充局部变早表的访问索引的指令:wide

4.2 算术指令

1、作用:

算术指令用于对两个操作数栈上的值进行某种特定运算,并把结果重新压入操作数栈

2、分类

大体上算术指令可以分为两种:对整型数据进行运算的指令与对浮点类型数据进行运算的指令

3、byte、 short、char和 boolean类型说明

在每一大类中,都有针对]ava虚拟机具体数据类型的专用算术指令。
但没有直接支持byte、 short、char和 boolean类型的算术指令,对于这些数据的运算,都使用int类型的指令来处理。此外,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

4、运算时的溢出
数据运算可能会导致溢出,例如两个很大的正整数相加,结果能是一个负数。其实Java虚拟机规范并无明确规定过整
型数据溢岀的具体结果,仅规定了在处理整型薮据时,只有除法指令以及求余指令中当岀现除数为0时会导致虚拟机抛出
异常 ArithmeticException

5、运算模式

• 向最接近数舍入模式:JwM要求在进行浮点数计算时,所有的运算结果都必须舍入到适当的精度,非精确结果必须

舍入为可被表示的最接近的精确值,如果有两种可表示的形式与该值一样接近,将优先选择最低有效位为零的

• 向零舍入模式:将浮点数转换为整数时,采用该模式,该模式将在目标数值类型中选择一个最接近但是不大于原值

的数字作为最精确的舍入结果

6、NaN值使用
当一个操作产生溢岀时, 将会使用有符号的无穷大表示,如果某个操作结果没有明确的数学定义的话,将会使用NaN值
来表示。而且所有使用NaN值作为操作数的算术操作,结果都会返回NaN

7.所有的算术指令包括
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 // remainder:余数
取反指令:ineg、lneg、fneg、dneg // negation:取反

自增指令:iinc
位运算指令,又可分为:

• 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、lxo

比较指令: dcmpg, dcmpl, fcmpg, fcmpl, lcmp

8. i++和++i的区别

1.不涉及其他赋值时, 指令是相同

2.涉及到赋值时, 操作指令有区别

9,比较指令
比较指令的作用是比较栈顶两个元素的大小,并将比较结果入栈

• 比较指令有: dcmpg, dcmpl, fcmpg, fcmpl, lcmp

  • 与前面讲解的指令类似,首字符d表示doub1e类型,f表示f1oat,l表示long

• 对于double和float类型的数字,由于NaN的存在,各有两个版本的比较指令。以float为例,有fcmpg和fcmpl两

个指令,它们的区别在于在数字比较时,若遇到NaN值,处理结果不同

• 指令dcmpl和 dcmpg也是类似的 ,根据其命名可以推测其含义,在此不再赘述
• 指令lcmp针对1ong型整数,由于long型整数没有NaN值,故无需准备两套指令

举例:
指令 fcmpg和fcmpl都从栈中弹出两个操作数,并将它们做比较,设栈顶的元素为v2,栈顶顺位第2位的元素为v1,
若v1=v2,则压入;若v1>v2则压入1; 若v1两个指令的不同之处在于,如果遇到NaN值, fcmpg会压入1,而fcmpl会压入-1

4.3 类型转换指令

1、类型转换指令说明
①类型转换指同以将两种不同的数值类型进行相互转换
②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

2.宽化类型转换
a.转换规则
Java虚拟机直接支持以下数值的宽化类型转换( widening numeric conversion,小范围类型向大范围类型的安全
转换)。也就是说,并不需要指令执行,包括

• 从int类型到long、 float或者 double类型。对应的指令为:i21、i2f、i2d
• 从1ong类型到float、double类型。对应的指令为:i2f、i2d
• 从float类型到double类型。对应的指令为:f2d

简化为:int—>long—>float —>double

b.精度损失问题
1. 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

1. 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

尽管宽化类型转换实际上是可能发生精度丢失的,但是这种转换永远不会导致Java虚拟机抛出运行时异常

c.补充说明
从byte、char和shot类型到int类型的宽化类型转换实际上是不存在的。对于byte类型转为int,虚拟机并没有做实
质性的转化处理,只是简单地通过操作数栈交换了两个数据。而将byte转为long时,使用的是i21,可以看到在内部
byte在这里己经等同于int类型处理,类似的还有 short类型,这种处理方式有两个特点:
一方面可以减少实际的数据类型,如果为 short和byte都准备一套指令,那么指令的数量就会大增,而虚拟机目前的
设计上,只愿意使用一个字节表示指令,因此指令总数不能超过256个,为了节省指令资源,将 short和byte当做
int处理也在情理之中
另一方面,由于局部变量表中的槽位固定为32位,无论是byte或者 short存入局部变量表,都会占用32位空间。从这
个角度说,也没有必要特意区分这几种数据类型.

3.窄化类型转换(Narrowing Numeric Conversion)
a.转换规则
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:12i
• 从f1oat类型到int或者long类型。对应的指令有:f21、f21
• 从 double类型到int、long或者float类型。对应的指令有:d2i、d2l、d2f

b.精度损失问题
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

尽管数据类型窄化转换可能会发生上限溢岀、下限溢岀和精度丢失等情况,但是Java虚拟杋规范中明确规定数值类型
的窄化转换指令永远不可能导致虚拟机抛出运行时异常

c.补充说明

1. 当将一个浮点值窄化转换为整数类型T(T限于int或1ong类型之一)的时候,将遵循以下转换规则

• 如果浮点值是NaN,那转换结果就是int或1ong类型的0
• 如果浮点值不是无穷大的话,浮点值使用IEEE 754的向零舍入模式取整,获得整数值v,如果v在目标类型T

(int或1ong)的表示范围之内,那转换结果就是v。否则,将根据v的符号,转换为T所能表示的最大或者最小正数

1. 当将一个 double类型窄化转换为 float类型时,将遵循以下转换规则:

通过向最接近数舍入模式舍入一个可以使用float类型表示的数字。最后结果根据下面这3条规则判断

• 如果转换结果的绝对值太小而无法使用float来表示,将返回float类型的正负零
• 如果转换结果的绝对值太大而无法使用float来表示,将返回 float类型的正负无穷大
• 对于 double类型的NaN值将按规定转换为f1oat类型的NaN值

  4.4 对象的创建与访问指令

  
  

  4.5 方法调用与返回指令

  4.6 操作数栈管理指令

  4.7 比较控制指令

  4.8 异常处理指令

  4.9 同步控制指令

加：iadd,ladd,fadd,dadd
减：isub,lsub,fsub,dsub
乘：imul,lmul,fmul,dmul
除：idiv,ldiv,fdiv,ddiv
余数：irem,lrem,frem,drem
取负：ineg,lneg,fneg,dneg
移位：ishl,lshr,iushr,lshl,lshr,lushr
按位或：ior,lor
按位与：iand,land
按位异或：ixor,lxor
类型转换：i2l,i2f,i2d,l2f,l2d,f2d(放宽数值转换)
i2b,i2c,i2s,l2i,f2i,f2l,d2i,d2l,d2f(缩窄数值转换)
创建类实便：new
创建新数组：newarray,anewarray,multianwarray
访问类的域和类实例域：getfield,putfield,getstatic,putstatic
把数据装载到操作数栈：baload,caload,saload,iaload,laload,faload,daload,aaload
从操作数栈存存储到数组：bastore,castore,sastore,iastore,lastore,fastore,dastore,aastore
获取数组长度：arraylength
检相类实例或数组属性：instanceof,checkcast
操作数栈管理：pop,pop2,dup,dup2,dup_xl,dup2_xl,dup_x2,dup2_x2,swap
有条件转移：ifeq,iflt,ifle,ifne,ifgt,ifge,ifnull,ifnonnull,if_icmpeq,if_icmpene,
if_icmplt,if_icmpgt,if_icmple,if_icmpge,if_acmpeq,if_acmpne,lcmp,fcmpl
fcmpg,dcmpl,dcmpg
复合条件转移：tableswitch,lookupswitch
无条件转移：goto,goto_w,jsr,jsr_w,ret
调度对象的实便方法：invokevirtual
调用由接口实现的方法：invokeinterface
调用需要特殊处理的实例方法：invokespecial
调用命名类中的静态方法：invokestatic
方法返回：ireturn,lreturn,freturn,dreturn,areturn,return
异常：athrow
finally关键字的实现使用：jsr,jsr_w,ret