深入理解JVM虚拟机第二十二篇：详解JVM当中与操作数栈相关的字节码指令

叁歲伎倆 2024-02-19 11:09 47阅读 0赞

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> 本文章简介：话不多说，让我们讲清楚JVM当中与操作数栈相关的字节码指令

**文章目录**

一： 操作数栈字节码指令

1：编写源码

2：javap解释整理字节码

3：通过jclasslib查看字节码指令

二：字节码分析

1：最全字节码指令分析

2：面试题

--------------------

## 一： 操作数栈字节码指令 ##

### 1：编写源码 ###

public class OperandStackTest {
        public void testAndOperation(){
            byte i = 15;
            int j = 8;
            int k = i+j;
        }
    }

### 2：javap解释整理字节码 ###

想要查看字节码文件呢，我们有两种方式，第一种就是直接进行javap，第二种就是使用jclasslib进行查看，我们先使用第一种。

PS D:\code\study\hadoop\shit\target\classes> javap -verbose .\OperandStackTest.class
    Classfile /D:/code/study/hadoop/shit/target/classes/OperandStackTest.class
      Last modified 2023年11月9日; size 421 bytes
      SHA-256 checksum 487149a1edc4d19af0b1fe2369086c27c8765ff5e011491d1028d4f6cf1d9746
      Compiled from "OperandStackTest.java"
    public class OperandStackTest
      minor version: 0
      major version: 52
      flags: (0x0021) ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
      this_class: #2                          // OperandStackTest
      super_class: #3                         // java/lang/Object
      interfaces: 0, fields: 0, methods: 2, attributes: 1
    Constant pool:
       #1 = Methodref          #3.#19         // java/lang/Object."<init>":()V
       #2 = Class              #20            // OperandStackTest
       #3 = Class              #21            // java/lang/Object
       #4 = Utf8               <init>
       #5 = Utf8               ()V
       #6 = Utf8               Code
       #7 = Utf8               LineNumberTable
       #8 = Utf8               LocalVariableTable
       #9 = Utf8               this
      #10 = Utf8               LOperandStackTest;
      #11 = Utf8               testAndOperation
      #12 = Utf8               i
      #13 = Utf8               B
      #14 = Utf8               j
      #15 = Utf8               I
      #16 = Utf8               k
      #17 = Utf8               SourceFile
      #18 = Utf8               OperandStackTest.java
      #19 = NameAndType        #4:#5          // "<init>":()V
      #20 = Utf8               OperandStackTest
      #21 = Utf8               java/lang/Object
    {
      public OperandStackTest();
        descriptor: ()V
        flags: (0x0001) ACC_PUBLIC
        Code:
          stack=1, locals=1, args_size=1
             0: aload_0
             1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
             4: return
          LineNumberTable:
            line 1: 0
          LocalVariableTable:
            Start  Length  Slot  Name   Signature
                0       5     0  this   LOperandStackTest;
    
      public void testAndOperation();
        descriptor: ()V
        flags: (0x0001) ACC_PUBLIC
        Code:
          stack=2, locals=4, args_size=1
             0: bipush        15
             2: istore_1
             3: bipush        8
             5: istore_2
             6: iload_1
             7: iload_2
             8: iadd
             9: istore_3
            10: return
          LineNumberTable:
            line 3: 0
            line 4: 3
            line 5: 6
            line 6: 10
          LocalVariableTable:
            Start  Length  Slot  Name   Signature
                0      11     0  this   LOperandStackTest;
                3       8     1     i   B
                6       5     2     j   I
               10       1     3     k   I
    }
    SourceFile: "OperandStackTest.java"

### 3：通过jclasslib查看字节码指令 ###

首先进行recompile Java文件为字节码文件，然后我们在idea的view下找到这个：

show ByteCode with JclassLib：

最终显示结果如下：

![e1968716d6934e438b99b64759f4625e.png][]

## 二：字节码分析 ##

### 1：最全字节码指令分析 ###

public class OperandStackTest {
        public void testAndOperation(){
            byte i = 15;
            int j = 8;
            int k = i+j;
        }
    }

0 bipush 15
     2 istore_1
     3 bipush 8
     5 istore_2
     6 iload_1
     7 iload_2
     8 iadd
     9 istore_3
    10 return

bipush将15这个值push到了操作数栈中，此时我们的操作数栈就有了第一个值。我们需要回顾一下：byte、short、char、boolean、int类型在声明之后往数组中进行存放的时候都会保存为int类型。也就是说虽然定义的是byte类型，但是存放到数组中就是int类型

栈帧在调用之初，栈帧被创建完成，其中的操作数栈和局部变量表是空的。PC寄存器中存放着第一条要执行的指令的地址。

![3ebf0c55aab74944806e19af29997cc8.png][]

istore\_1将这个值从操作数栈放到了局部变量表中索引为1的位置，为什么不是0呢？因为这不是一个静态方法，索引为零的位置存放的是this。

此时的操作数栈就成了空，这是一个出栈的操作。过程中会修改PC寄存器中的索引值为下一条命令的索引值。

![cc7f41e598d0498b8ca00fc0b66b21de.png][]

过程中会修改PC寄存器中的索引值为下一条命令的索引值。

同样的道理，8也会经过bipush和istore\_2，然后最终的结果如下：

![61bb7fda05614039956527f366288641.png][]

iload\_1和iload\_2命令会将变量中索引为1,2的数据取出来分别放到局部变量表中

最终的运行结果如下：

![d5f388cf21fa4221884ab10032d7db81.png][]

紧接着会进行一个iadd命令，这个命令呢会使数据进行出栈，然后相加。值得注意的是，字节码指令需要被翻译为机器指令，机器指令操作CPU进行相加。然后将结果23放到操作数栈当中。

运行结果如下：

![9715d2a980364557be389066985dfe6c.png][]

最终，istore\_3将这个值从操作数栈放到了局部变量表中索引为3的位置， 此时的操作数栈就成了空，这是一个出栈的操作。过程中会修改PC寄存器中的索引值为下一条命令的索引值。

最终的运行结果如下：

![0437e548e95a46259b0d204f4490a9e3.png][]

我们也注意到，局部变量表长度为4，操作数栈深度为2（看javap的结果），这也是与图中可以对应上的，唯一区别的是局部变量表中的因为篇幅原因，this的位置也就是索引为0的变量槽没有展示出来。

补充说明：

我们注意到bipush是将一个byte类型的数据push到操作数栈中基于int类型进行存储，还有sipush，这个字节码指令的含义是将short类型的数据push到操作数栈中基于int类型进行存储。

如果方法有返回值，那么最终的字节码指令将由return会变成ireturn。也就是将值做了一个返回，这个栈帧就结束了，另外一个调用此方法的栈帧会立即调用一个aload\_x这样的一个操作，将上一个方法的返回值加载到此栈帧的操作数栈中。

public int getSum(){
            int m = 10;
            int n = 20;
            int k = m+n;
            return k;
        }
    
        public void testGetSum(){
            //aload_0获取上一个栈帧返回的结果，并保存在操作数栈中。
            int i = getSum();
            int j = 10;
        }

### 2：面试题 ###

i++ 和 ++j的区别是什么？

此问题，后续我们在字节码文章中会跟大家进行探讨

[Link 1]: https://space.bilibili.com/284638819
[e1968716d6934e438b99b64759f4625e.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/19/b10b6a3688844b50af609d20fc628b43.png
[3ebf0c55aab74944806e19af29997cc8.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/19/f6322ff3db984e77b6b5b662b4f4765a.png
[cc7f41e598d0498b8ca00fc0b66b21de.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/19/8f606bf436d84f8ea4c8b6f2e84cfcd1.png
[61bb7fda05614039956527f366288641.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/19/f39fbee4079a4fb984634dc4b59c8e41.png
[d5f388cf21fa4221884ab10032d7db81.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/19/e906b5cff0ce4598917043b8c7c8a75b.png
[9715d2a980364557be389066985dfe6c.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/19/efbd030450524b20a0bb19422f39aefb.png
[0437e548e95a46259b0d204f4490a9e3.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/02/19/294d4e7d71e84d07bdda272f6b68f611.png