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一. 前言
二. 指令集
2.1. 支持的数据类型
2.2. 指令分类
三. 指令手册
3.1. 操作数栈
3.2. 运算与转换
3.3. 条件转移
3.4. 类与数组
3.5. 调度与返回加 finally
3.6. 指令手册汇总
3.7. 示例 一. 前言 字节码指令集的特点是数据量短小精干#xff0c;便于传…目录
一. 前言
二. 指令集
2.1. 支持的数据类型
2.2. 指令分类
三. 指令手册
3.1. 操作数栈
3.2. 运算与转换
3.3. 条件转移
3.4. 类与数组
3.5. 调度与返回加 finally
3.6. 指令手册汇总
3.7. 示例 一. 前言 字节码指令集的特点是数据量短小精干便于传输跨平台。同时也损失一定的解释执行效率。
1. 由 操作码 操作数组成。 JVM的指令由一个字节长度的、代表着某种特定操作含义的数字称为操作码Opcode以及跟随其后的零至多个代表此操作所需参数称为操作数Operands而构成。2. 指令集的操作码是单字节的总数不可能超过256条。为了尽可能获得短小精干的编译代码。3. 操作数的长度不对齐长度超过1字节的以big一endian顺序存储即高位在前的字节序。如两个无符号字节存储的值就是(byte18)|byte2。不对齐可省略很多填充和间隔符号。4. 字节码指令流单字节对齐但除Iableswitch和lookupswitch两个指令例外4字节为界少的补空。
二. 指令集
2.1. 支持的数据类型 JVM指令集中大多数的指令都包含了其所操作的数据类型信息。数据类型相关的操作码助记符中的首字母都跟操作的数据类型相关i代表对int类型的数据操作l代表 long s代表shortb代表bytec代表charf代表floatd代表doublea代表reference。 指令集并非支持所有类型byte、char、short、boolean 等类型都用操作数的运算类型computational type为int的指令来完成。byte和short类型的数据带符号扩展sign-extend为相应的int类型数据boolean和char类型数据零位扩展zero-extend为相应的int类型数据。
2.2. 指令分类
1. 加载和存储指令加载存储指令用于局部变量与操作数栈交换数据以及常量装载到操作数栈如push、load、store、const。按数据类型不同在指令前面加i/l/f/d/a等操作数放指令后面超过4直接写下标例iload_3、iload 4。
2. 运算指令加add、减sub、乘mul、除div、求余rem、取反neg、移位shl左r右、与and、或or、异或xor、自增inc、cmp比较。
3. 类型转换指令2to表示操作类型 到 目标类型从小字节类型转大是宽化指令从大字节类型转小窄化指令。
4. 对象创建与访问指令创建对象new、创建基本类型数组newarray、创建引用类型数组anewarray、创建多维数组multianewarray。
5. 操作数栈管理指令出栈pop、交换swap、复制栈顶并压栈dup。
6. 控制转移指令条件跳转指令if与eq/ne/lt/le/gt/ge组合与0比较或加cmp表示栈顶两个操作数比较、复合条件跳转指令tableswitch与lookupswitch、无条件跳转指令goto。
7. 方法调用和返回指令调用对象的实例方法invokevirtual、调用接口方法invokeinterface、调用特殊实例方法invokespecial如初始化方法、调用类静态方法invokestatic、调用动态链接方法invokedynamic。返回指令return带类型、以及SE6之前的jsr、ret。
8. 异常处理指令athrow。
9. 同步指令monitorenter monitorexit。
三. 指令手册
3.1. 操作数栈
过程符号变量到操作数栈iload, iload_, lload, lload_, fload, fload_, dload, dload_, aload, aload_操作数栈到变量istore, istore_, lstore, lstore_, fstore, fstore_, dstore, dstor_, astore, astore_常数到操作数栈bipush, sipush, ldc, ldc_w, ldc2_w, aconst_null, iconst_ml, iconst_, lconst_, fconst_, dconst_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操作数栈管理pop, pop2, dup, dup2, dup_xl, dup2_xl, dup_x2, dup2_x2, swap
3.2. 运算与转换
过程符号加iadd, ladd, fadd, dadd减is, ls, fs, ds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
3.3. 条件转移
过程符号有条件转移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
3.4. 类与数组
过程符号创建类实便new创建新数组newarray, anewarray, multianwarray访问类的域和类实例域getfield, putfield, getstatic, putstatic获取数组长度arraylength检相类实例或数组属性instanceof, checkcast
3.5. 调度与返回加 finally
过程符号调度对象的实便方法invokevirt l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athrowfinally 关键字的实现使用jsr, jsr_w, ret
3.6. 指令手册汇总
指令码助记符说明0x00nop什么都不做0x01aconst_null将 null 推送至栈顶0x02iconst_m1将 int 型 -1 推送至栈顶0x03iconst_0将 int 型 0 推送至栈顶0x04iconst_1将 int 型 1 推送至栈顶0x05iconst_2将 int 型 2 推送至栈顶0x06iconst_3将 int 型 3 推送至栈顶0x07iconst_4将 int 型 4 推送至栈顶0x08iconst_5将 int 型 5 推送至栈顶0x09lconst_0将 long 型 0 推送至栈顶0x0alconst_1将 long 型 1 推送至栈顶0x0bfconst_0将 float 型 0 推送至栈顶0x0cfconst_1将 float 型 1 推送至栈顶0x0dfconst_2将 float 型 2 推送至栈顶0x0edconst_0将 double 型 0 推送至栈顶0x0fdconst_1将 double 型 1 推送至栈顶0x10bipush将单字节的常量值 (-128~127) 推送至栈顶0x11sipush将一个短整型常量值 (-32768~32767) 推送至栈顶0x12ldc将int,0x13ldc_w将int,0x14ldc2_w将 long 或 double 型常量值从常量池中推送至栈顶宽索引0x15iload将指定的 int 型本地变量推送至栈顶0x16lload将指定的 long 型本地变量推送至栈顶0x17fload将指定的 float 型本地变量推送至栈顶0x18dload将指定的 double 型本地变量推送至栈顶0x19aload将指定的引用类型本地变量推送至栈顶0x1aiload_0将第一个 int 型本地变量推送至栈顶0x1biload_1将第二个 int 型本地变量推送至栈顶0x1ciload_2将第三个 int 型本地变量推送至栈顶0x1diload_3将第四个 int 型本地变量推送至栈顶0x1elload_0将第一个 long 型本地变量推送至栈顶0x1flload_1将第二个 long 型本地变量推送至栈顶0x20lload_2将第三个 long 型本地变量推送至栈顶0x21lload_3将第四个 long 型本地变量推送至栈顶0x22fload_0将第一个 float 型本地变量推送至栈顶0x23fload_1将第二个 float 型本地变量推送至栈顶0x24fload_2将第三个 float 型本地变量推送至栈顶0x25fload_3将第四个 float 型本地变量推送至栈顶0x26dload_0将第一个 double 型本地变量推送至栈顶0x27dload_1将第二个 double 型本地变量推送至栈顶0x28dload_2将第三个 double 型本地变量推送至栈顶0x29dload_3将第四个 double 型本地变量推送至栈顶0x2aaload_0将第一个引用类型本地变量推送至栈顶0x2baload_1将第二个引用类型本地变量推送至栈顶0x2caload_2将第三个引用类型本地变量推送至栈顶0x2daload_3将第四个引用类型本地变量推送至栈顶0x2eiaload将 int 型数组指定索引的值推送至栈顶0x2flaload将 long 型数组指定索引的值推送至栈顶0x30faload将 float 型数组指定索引的值推送至栈顶0x31daload将 double 型数组指定索引的值推送至栈顶0x32aaload将引用型数组指定索引的值推送至栈顶0x33baload将 boolean 或 byte 型数组指定索引的值推送至栈顶0x34caload将 char 型数组指定索引的值推送至栈顶0x35saload将 short 型数组指定索引的值推送至栈顶0x36istore将栈顶 int 型数值存入指定本地变量0x37lstore将栈顶 long 型数值存入指定本地变量0x38fstore将栈顶 float 型数值存入指定本地变量0x39dstore将栈顶 double 型数值存入指定本地变量0x3aastore将栈顶引用型数值存入指定本地变量0x3bistore_0将栈顶 int 型数值存入第一个本地变量0x3cistore_1将栈顶 int 型数值存入第二个本地变量0x3distore_2将栈顶 int 型数值存入第三个本地变量0x3eistore_3将栈顶 int 型数值存入第四个本地变量0x3flstore_0将栈顶 long 型数值存入第一个本地变量0x40lstore_1将栈顶 long 型数值存入第二个本地变量0x41lstore_2将栈顶 long 型数值存入第三个本地变量0x42lstore_3将栈顶 long 型数值存入第四个本地变量0x43fstore_0将栈顶 float 型数值存入第一个本地变量0x44fstore_1将栈顶 float 型数值存入第二个本地变量0x45fstore_2将栈顶 float 型数值存入第三个本地变量0x46fstore_3将栈顶 float 型数值存入第四个本地变量0x47dstore_0将栈顶 double 型数值存入第一个本地变量0x48dstore_1将栈顶 double 型数值存入第二个本地变量0x49dstore_2将栈顶 double 型数值存入第三个本地变量0x4adstore_3将栈顶 double 型数值存入第四个本地变量0x4bastore_0将栈顶引用型数值存入第一个本地变量0x4castore_1将栈顶引用型数值存入第二个本地变量0x4dastore_2将栈顶引用型数值存入第三个本地变量0x4eastore_3将栈顶引用型数值存入第四个本地变量0x4fiastore将栈顶 int 型数值存入指定数组的指定索引位置0x50lastore将栈顶 long 型数值存入指定数组的指定索引位置0x51fastore将栈顶 float 型数值存入指定数组的指定索引位置0x52dastore将栈顶 double 型数值存入指定数组的指定索引位置0x53aastore将栈顶引用型数值存入指定数组的指定索引位置0x54bastore将栈顶 boolean 或 byte 型数值存入指定数组的指定索引位置0x55castore将栈顶 char 型数值存入指定数组的指定索引位置0x56sastore将栈顶 short 型数值存入指定数组的指定索引位置0x57pop将栈顶数值弹出0x58pop2将栈顶的一个long 或 double 类型的)或两个数值弹出其它0x59dup复制栈顶数值并将复制值压入栈顶0x5adup_x1复制栈顶数值并将两个复制值压入栈顶0x5bdup_x2复制栈顶数值并将三个或两个复制值压入栈顶0x5cdup2复制栈顶一个long 或 double 类型的)或两个其它数值并将复制值压入栈顶0x5ddup2_x1待补充0x5edup2_x2待补充0x5fswap将栈最顶端的两个数值互换(数值不能是 long 或 double 类型的)0x60iadd将栈顶两 int 型数值相加并将结果压入栈顶0x61ladd将栈顶两 long 型数值相加并将结果压入栈顶0x62fadd将栈顶两 float 型数值相加并将结果压入栈顶0x63dadd将栈顶两 double 型数值相加并将结果压入栈顶0x64isub将栈顶两 int 型数值相减并将结果压入栈顶0x65lsub将栈顶两 long 型数值相减并将结果压入栈顶0x66fsub将栈顶两 float 型数值相减并将结果压入栈顶0x67dsub将栈顶两 double 型数值相减并将结果压入栈顶0x68imul将栈顶两 int 型数值相乘并将结果压入栈顶0x69lmul将栈顶两 long 型数值相乘并将结果压入栈顶0x6afmul将栈顶两 float 型数值相乘并将结果压入栈顶0x6bdmul将栈顶两 double 型数值相乘并将结果压入栈顶0x6cidiv将栈顶两 int 型数值相除并将结果压入栈顶0x6dldiv将栈顶两 long 型数值相除并将结果压入栈顶0x6efdiv将栈顶两 float 型数值相除并将结果压入栈顶0x6fddiv将栈顶两 double 型数值相除并将结果压入栈顶0x70irem将栈顶两 int 型数值作取模运算并将结果压入栈顶0x71lrem将栈顶两 long 型数值作取模运算并将结果压入栈顶0x72frem将栈顶两 float 型数值作取模运算并将结果压入栈顶0x73drem将栈顶两 double 型数值作取模运算并将结果压入栈顶0x74ineg将栈顶 int 型数值取负并将结果压入栈顶0x75lneg将栈顶 long 型数值取负并将结果压入栈顶0x76fneg将栈顶 float 型数值取负并将结果压入栈顶0x77dneg将栈顶 double 型数值取负并将结果压入栈顶0x78ishl将 int 型数值左移位指定位数并将结果压入栈顶0x79lshl将 long 型数值左移位指定位数并将结果压入栈顶0x7aishr将 int 型数值右符号移位指定位数并将结果压入栈顶0x7blshr将 long 型数值右符号移位指定位数并将结果压入栈顶0x7ciushr将 int 型数值右无符号移位指定位数并将结果压入栈顶0x7dlushr将 long 型数值右无符号移位指定位数并将结果压入栈顶0x7eiand将栈顶两 int 型数值作“按位与”并将结果压入栈顶0x7fland将栈顶两 long 型数值作“按位与”并将结果压入栈顶0x80ior将栈顶两 int 型数值作“按位或”并将结果压入栈顶0x81lor将栈顶两 long 型数值作“按位或”并将结果压入栈顶0x82ixor将栈顶两 int 型数值作“按位异或”并将结果压入栈顶0x83lxor将栈顶两 long 型数值作“按位异或”并将结果压入栈顶0x84iinc将指定 int 型变量增加指定值i,0x85i2l将栈顶 int 型数值强制转换成 long 型数值并将结果压入栈顶0x86i2f将栈顶 int 型数值强制转换成 float 型数值并将结果压入栈顶0x87i2d将栈顶 int 型数值强制转换成 double 型数值并将结果压入栈顶0x88l2i将栈顶 long 型数值强制转换成 int 型数值并将结果压入栈顶0x89l2f将栈顶 long 型数值强制转换成 float 型数值并将结果压入栈顶0x8al2d将栈顶 long 型数值强制转换成 double 型数值并将结果压入栈顶0x8bf2i将栈顶 float 型数值强制转换成 int 型数值并将结果压入栈顶0x8cf2l将栈顶 float 型数值强制转换成 long 型数值并将结果压入栈顶0x8df2d将栈顶 float 型数值强制转换成 double 型数值并将结果压入栈顶0x8ed2i将栈顶 double 型数值强制转换成 int 型数值并将结果压入栈顶0x8fd2l将栈顶 double 型数值强制转换成 long 型数值并将结果压入栈顶0x90d2f将栈顶 double 型数值强制转换成 float 型数值并将结果压入栈顶0x91i2b将栈顶 int 型数值强制转换成 byte 型数值并将结果压入栈顶0x92i2c将栈顶 int 型数值强制转换成 char 型数值并将结果压入栈顶0x93i2s将栈顶 int 型数值强制转换成 short 型数值并将结果压入栈顶0x94lcmp比较栈顶两 long 型数值大小并将结果10-1压入栈顶0x95fcmpl比较栈顶两 float 型数值大小并将结果10-1压入栈顶当其中一个数值为 NaN 时将 -1 压入栈顶0x96fcmpg比较栈顶两 float 型数值大小并将结果10-1压入栈顶当其中一个数值为 NaN 时将 1 压入栈顶0x97dcmpl比较栈顶两 double 型数值大小并将结果10-1压入栈顶当其中一个数值为 NaN 时将 -1 压入栈顶0x98dcmpg比较栈顶两 double 型数值大小并将结果10-1压入栈顶当其中一个数值为 NaN 时将 1 压入栈顶0x99ifeq当栈顶 int 型数值等于 0 时跳转0x9aifne当栈顶 int 型数值不等于 0 时跳转0x9biflt当栈顶 int 型数值小于 0 时跳转0x9cifge当栈顶 int 型数值大于等于 0 时跳转0x9difgt当栈顶 int 型数值大于 0 时跳转0x9eifle当栈顶 int 型数值小于等于 0 时跳转0x9fif_icmpeq比较栈顶两 int 型数值大小当结果等于 0 时跳转0xa0if_icmpne比较栈顶两 int 型数值大小当结果不等于 0 时跳转0xa1if_icmplt比较栈顶两 int 型数值大小当结果小于 0 时跳转0xa2if_icmpge比较栈顶两 int 型数值大小当结果大于等于 0 时跳转0xa3if_icmpgt比较栈顶两 int 型数值大小当结果大于 0 时跳转0xa4if_icmple比较栈顶两 int 型数值大小当结果小于等于 0 时跳转0xa5if_acmpeq比较栈顶两引用型数值当结果相等时跳转0xa6if_acmpne比较栈顶两引用型数值当结果不相等时跳转0xa7goto无条件跳转0xa8jsr跳转至指定 16 位 offset 位置并将 jsr 下一条指令地址压入栈顶0xa9ret返回至本地变量指定的 index 的指令位置一般与 jsr, jsr_w 联合使用0xaatableswitch用于 switch 条件跳转case 值连续可变长度指令0xablookupswitch用于 switch 条件跳转case 值不连续可变长度指令0xacireturn从当前方法返回 int0xadlreturn从当前方法返回 long0xaefreturn从当前方法返回 float0xafdreturn从当前方法返回 double0xb0areturn从当前方法返回对象引用0xb1return从当前方法返回void0xb2getstatic获取指定类的静态域并将其值压入栈顶0xb3putstatic为指定的类的静态域赋值0xb4getfield获取指定类的实例域并将其值压入栈顶0xb5putfield为指定的类的实例域赋值0xb6invokevirtual调用实例方法0xb7invokespecial调用超类构造方法实例初始化方法私有方法0xb8invokestatic调用静态方法0xb9invokeinterface调用接口方法0xba–0xbbnew创建一个对象并将其引用值压入栈顶0xbcnewarray创建一个指定原始类型如int, float, char…的数组并将其引用值压入栈顶0xbdanewarray创建一个引用型如类接口数组的数组并将其引用值压入栈顶0xbearraylength获得数组的长度值并压入栈顶0xbfathrow将栈顶的异常抛出0xc0checkcast检验类型转换检验未通过将抛出 ClassCastException0xc1instanceof检验对象是否是指定的类的实例如果是将 1 压入栈顶否则将0压入栈顶0xc2monitorenter获得对象的锁用于同步方法或同步块0xc3monitorexit释放对象的锁用于同步方法或同步块0xc4wide待补充0xc5multianewarray创建指定类型和指定维度的多维数组执行该指令时操作栈中必须包含各维度的长度值并将其引用值压入栈顶0xc6ifnull为 null 时跳转0xc7ifnonnull不为 null 时跳转0xc8goto_w无条件跳转宽索引0xc9jsr_w跳转至指定 32 位 offset 位置并将 jsr_w 下一条指令地址压入栈顶
3.7. 示例
public void onlyMe(Foo f) {synchronized(f) {doSomething();}
} 编译后这段代码生成的字节码序列如下
Method void onlyMe(Foo)
0 aload_1 // 将对象 f 入栈
1 dup // 复制栈顶元素即 f 的引用
2 astore_2 // 将栈顶元素存储到局部变量表 Slot 2 中
3 monitorenter // 以栈顶元素即 f作为锁开始同步
4 aload_0 // 将局部变量 Slot 0即 this 指针的元素入栈
5 invokevirtual #5 // 调用 doSomething() 方法
8 aload_2 // 将局部变量 Slot 2 的元素即 f入栈
9 monitorexit // 退出同步
10 goto 18 // 方法正常结束跳转到 18 返回
13 astore_3 // 从这步开始是异常路径见下面异常表的 Target 13
14 aload_2 // 将局部变量 Slot 2 的元素即 f入栈
15 monitorexit // 退出同步
16 aload_3 // 将局部变量 Slot 3 的元素即异常对象入栈
17 athrow // 把异常对象重新抛出给 onlyMe() 方法的调用者
18 return // 方法正常返回Exception table:
FromTo Target Type4 10 13 any13 16 13 any
