字节码执行过程分析

2017-07-03

0. 引言

这篇文章主要是分析了for语句以及普通变量之间在编译后是如何执行的，其中围绕着一个重点，就是变量赋值、运算都是依赖于局部变量表和操作数栈这两个重要的概念的，而局部变量表和操作数栈都位于jvm中的栈中。通过简单分析字节码执行过程，得知了static变量是会自动加入static代码块中加以赋值的，而全局变量和常量则是在构造函数中赋值的，也就是实例化后才能赋值。

1. 出栈入栈操作

2. 实际代码分析

2.1 源代码

public class ClassCode{
	static int staticNum = 9;
	final int finalNum = 6;
	
	public int calc(){
		int a = 10;
		int b = 20;
		int c = 3;
		return (a+b)/c;
	}
	
	public void foreach(){
		for(int i = 0;i<10;i++){
			;
		}
	}
}

2.2 使用javap -verbose ClassCode反汇编结果

Classfile /C:/Users/ipc/Desktop/ClassCode.class
  Last modified 2017-7-3; size 524 bytes
  MD5 checksum f9ed9d80568776b1975e580f2b88e6a8
  Compiled from "ClassCode.java"
public class ClassCode
  SourceFile: "ClassCode.java"
  minor version: 0  
  major version: 51 //大版本号：jdk1.7编译而成
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:  //常量池
   #1 = Methodref          #5.#22         //  java/lang/Object."<init>":()V
   #2 = Fieldref           #4.#23         //  ClassCode.finalNum:I
   #3 = Fieldref           #4.#24         //  ClassCode.staticNum:I
   #4 = Class              #25            //  ClassCode
   #5 = Class              #26            //  java/lang/Object
   #6 = Utf8               staticNum
   #7 = Utf8               I
   #8 = Utf8               finalNum
   #9 = Utf8               ConstantValue
  #10 = Integer            6    //定义的常量6，会存储在常量池中
  #11 = Utf8               <init>
  #12 = Utf8               ()V
  #13 = Utf8               Code
  #14 = Utf8               LineNumberTable
  #15 = Utf8               calc
  #16 = Utf8               ()I
  #17 = Utf8               foreach
  #18 = Utf8               StackMapTable
  #19 = Utf8               <clinit>
  #20 = Utf8               SourceFile
  #21 = Utf8               ClassCode.java
  #22 = NameAndType        #11:#12        //  "<init>":()V
  #23 = NameAndType        #8:#7          //  finalNum:I
  #24 = NameAndType        #6:#7          //  staticNum:I
  #25 = Utf8               ClassCode
  #26 = Utf8               java/lang/Object
{
  static int staticNum;
    flags: ACC_STATIC
  final int finalNum;
    flags: ACC_FINAL
    ConstantValue: int 6
  public ClassCode();   //自动生成无参构造函数
    //常量是在构造函数中被赋值的，由此可见，常量和普通全局变量的赋值都是在对象创建时调用构造函数时被赋值的。
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: aload_0
         5: bipush        6 //常量6入栈
         7: putfield      #2                  // Field finalNum:I  
        10: return
      LineNumberTable:
        line 2: 0
        line 5: 4
  public int calc();
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=4, args_size=1
         0: bipush        10    //将常量10入栈
         2: istore_1    //栈顶值 10 --》 局部变量表 位置 1 处
         3: bipush        20 //将常量20入栈
         5: istore_2    //栈顶值 20 --》局部变量表 2 
         6: iconst_3    //常量 3 入栈
         7: istore_3    //栈顶值 3 --》 局部变量表
         8: iload_1     //局部变量表 1：10 --》栈
         9: iload_2     //局部变量表 2：20 --》栈
        10: iadd        //栈中两个元素弹出相加，再入栈
        11: iload_3     //局部变量表 3 --》 栈
        12: idiv        //栈中两个元素弹出相除，再入栈
        13: ireturn     //返回 栈顶元素
      LineNumberTable:
        line 8: 0
        line 9: 3
        line 10: 6
        line 11: 8
  public void foreach();
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=2, args_size=1
         0: iconst_0    //常量 0 入栈：int i = 0
         1: istore_1    //栈顶值 0 --》 局部变量表 位置 1
         2: iload_1     //局部变量表 位置 1 --》 栈顶
         3: bipush        10    //常量 10 入栈 
         5: if_icmpge     14    //比较栈顶两个元素：compare g表示大于，当栈顶 10 大于 i时跳转到 14行处  i<10
         8: iinc          1, 1  //将局部变量表中位置 1 自增 1 i++
        11: goto          2 //跳到第二行出执行
        14: return
      LineNumberTable:
        line 15: 0
        line 18: 14
      StackMapTable: number_of_entries = 2
           frame_type = 252 /* append */
             offset_delta = 2
        locals = [ int ]
           frame_type = 250 /* chop */
          offset_delta = 11
  static {};
    flags: ACC_STATIC
    Code:
      stack=1, locals=0, args_size=0
         0: bipush        9     //9 入栈
         2: putstatic     #3                  // Field staticNum:I，静态变量赋值
         5: return
      LineNumberTable:
        line 4: 0
}

2.3 for语句执行图解

3. 分析字节码执行得出的结论

3.1 常量和全局变量的真正赋值是在构造函数中，即在初始化类时，只是为变量分配空间，而真正的赋值是在对象实例化时。
3.2 静态变量编译后会位于静态代码块中。

4. PS:Class文件结构

3.1 版本号

minor major组成jdk版本号
minor：0
major：51
则描述版本号的十六进制是： 51
则jdk版本为：jdk1.7