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Java字節碼淺析（三）
從Java7開始，switch語句增加了對String類型的支持。不過字節碼中的switch指令還是隻支持int類型，並沒有增加對其它類型的支持。事實上switch語句對String的支持是分成兩個步驟來完成的。首先，將每個case語句裏的值的hashCode和操作數棧頂的值（譯注：也就是switch裏麵的那個值，這個值會先壓入棧頂）進行比較。這個可以通過lookupswitch或者是tableswitch指令來完成。結果會路由到某個分支上，然後調用String.equlals來判斷是否確實匹配。最後根據equals返回的結果，再用一個tableswitch指令來路由到具體的case分支上去執行。
01 |
public int simpleSwitch(String stringOne) {
|
02 |
switch (stringOne) {
|
03 |
case "a":
|
04 |
return 0;
|
05 |
case "b":
|
06 |
return 2;
|
07 |
case "c":
|
08 |
return 3;
|
09 |
default:
|
10 |
return 4;
|
11 |
}
|
12 |
} |
這個字符串的switch語句會生成下麵的字節碼：
01 |
0: aload_1
|
02 |
1: astore_2
|
03 |
2: iconst_m1
|
04 |
3: istore_3
|
05 |
4: aload_2
|
06 |
5: invokevirtual #2 // Method java/lang/String.hashCode:()I
|
07 |
8: tableswitch {
|
08 |
default: 75
|
09 |
min: 97
|
10 |
max: 99
|
11 |
97: 36
|
12 |
98: 50
|
13 |
99: 64
|
14 |
}
|
15 |
36: aload_2
|
16 |
37: ldc #3 // String a
|
17 |
39: invokevirtual #4 // Method java/lang/String.equals:(Ljava/lang/Object;)Z
|
18 |
42: ifeq 75
|
19 |
45: iconst_0
|
20 |
46: istore_3
|
21 |
47: goto 75
|
22 |
50: aload_2
|
23 |
51: ldc #5 // String b
|
24 |
53: invokevirtual #4 // Method java/lang/String.equals:(Ljava/lang/Object;)Z
|
25 |
56: ifeq 75
|
26 |
59: iconst_1
|
27 |
60: istore_3
|
28 |
61: goto 75
|
29 |
64: aload_2
|
30 |
65: ldc #6 // String c
|
31 |
67: invokevirtual #4 // Method java/lang/String.equals:(Ljava/lang/Object;)Z
|
32 |
70: ifeq 75
|
33 |
73: iconst_2
|
34 |
74: istore_3
|
35 |
75: iload_3
|
36 |
76: tableswitch {
|
37 |
default: 110
|
38 |
min: 0
|
39 |
max: 2
|
40 |
0: 104
|
41 |
1: 106
|
42 |
2: 108
|
43 |
}
|
44 |
104: iconst_0
|
45 |
105: ireturn
|
46 |
106: iconst_2
|
47 |
107: ireturn
|
48 |
108: iconst_3
|
49 |
109: ireturn
|
50 |
110: iconst_4
|
51 |
111: ireturn
|
這段字節碼所在的class文件裏麵，會包含如下的一個常量池。關於常量池可以看下JVM內部細節中的_運行時常量池_一節。
01 |
Constant pool: |
02 |
#2 = Methodref #25.#26 // java/lang/String.hashCode:()I
|
03 |
#3 = String #27 // a
|
04 |
#4 = Methodref #25.#28 // java/lang/String.equals:(Ljava/lang/Object;)Z
|
05 |
#5 = String #29 // b
|
06 |
#6 = String #30 // c
|
07 |
08 |
#25 = Class #33 // java/lang/String
|
09 |
#26 = NameAndType #34:#35 // hashCode:()I
|
10 |
#27 = Utf8 a
|
11 |
#28 = NameAndType #36:#37 // equals:(Ljava/lang/Object;)Z
|
12 |
#29 = Utf8 b
|
13 |
#30 = Utf8 c
|
14 |
15 |
#33 = Utf8 java/lang/String
|
16 |
#34 = Utf8 hashCode
|
17 |
#35 = Utf8 ()I
|
18 |
#36 = Utf8 equals
|
19 |
#37 = Utf8 (Ljava/lang/Object;)Z
|
注意，在執行這個switch語句的時候，用到了兩個tableswitch指令，同時還有數個invokevirtual指令，這個是用來調用String.equals()方法的。在下一篇文章中關於方法調用的那節，會詳細介紹到這個invokevirtual指令。下圖演示了輸入為”b”的情況下，這個swith語句是如何執行的。
如果有幾個分支的hashcode是一樣的話，比如說“FB”和”Ea”，它們的hashCode都是28，得簡單的調整下equals方法的處理流程來進行處理。在下麵的這個例子中，34行處的字節碼ifeg 42會跳轉到另一個String.equals方法調用，而不是像前麵那樣執行lookupswitch指令，因為前麵的那個例子中hashCode沒有衝突。(譯注：這裏一般容易弄混淆，認為ifeq是字符串相等，為什麼要跳到下一處繼續比較字符串？其實ifeq是判斷棧頂元素是否和0相等，而棧頂的值就是String.equals的返回值，而true,也就是相等，返回的是1，false返回的是0，因此ifeq為真的時候表明返回的是false，這會兒就應該繼續進行下一個字符串的比較）
01 |
public int simpleSwitch(String stringOne) {
|
02 |
switch (stringOne) {
|
03 |
case "FB":
|
04 |
return 0;
|
05 |
case "Ea":
|
06 |
return 2;
|
07 |
default:
|
08 |
return 4;
|
09 |
}
|
10 |
} |
這段代碼會生成下麵的字節碼：
01 |
0: aload_1
|
02 |
1: astore_2
|
03 |
2: iconst_m1
|
04 |
3: istore_3
|
05 |
4: aload_2
|
06 |
5: invokevirtual #2 // Method java/lang/String.hashCode:()I
|
07 |
8: lookupswitch {
|
08 |
default: 53
|
09 |
count: 1
|
10 |
2236: 28
|
11 |
}
|
12 |
28: aload_2
|
13 |
29: ldc #3 // String Ea
|
14 |
31: invokevirtual #4 // Method java/lang/String.equals:(Ljava/lang/Object;)Z
|
15 |
34: ifeq 42
|
16 |
37: iconst_1
|
17 |
38: istore_3
|
18 |
39: goto 53
|
19 |
42: aload_2
|
20 |
43: ldc #5 // String FB
|
21 |
45: invokevirtual #4 // Method java/lang/String.equals:(Ljava/lang/Object;)Z
|
22 |
48: ifeq 53
|
23 |
51: iconst_0
|
24 |
52: istore_3
|
25 |
53: iload_3
|
26 |
54: lookupswitch {
|
27 |
default: 84
|
28 |
count: 2
|
29 |
0: 80
|
30 |
1: 82
|
31 |
}
|
32 |
80: iconst_0
|
33 |
81: ireturn
|
34 |
82: iconst_2
|
35 |
83: ireturn
|
36 |
84: iconst_4
|
37 |
85: ireturn
|
###循環語句
if-else和switch這些條件流程控製語句都是先通過一條指令比較兩個值，然後跳轉到某個分支去執行。
for循環和while循環這些語句也類似，隻不過它們通常都包含一個goto指令，使得字節碼能夠循環執行。do-while循環則不需要goto指令，因為它們的條件判斷指令是放在循環體的最後來執行。
有一些操作碼能在單條指令內完成整數或者引用的比較，然後根據結果跳轉到某個分支繼續執行。而比較double,long,float這些類型則需要兩條指令。首先會將兩個值進行比較，然後根據結果把1，-1，0壓入操作數棧中。然後再根據棧頂的值是大於小於或者等於0，來決定下一步要執行的指令的位置。這些指令在上一篇文章中有詳細的介紹。
####while循環
while循環包含條件跳轉指令比如if_icmpge 或者if_icmplt（前麵有介紹）以及goto指令。如果判斷條件不滿足的話，會跳轉到循環體後的第一條指令繼續執行，循環結束（譯注：這裏判斷條件和代碼中的正好相反，如代碼中是i<2，字節碼內是i>=2，從字節碼的角度看，是滿足條件後循環中止）。循環體的末尾是一條goto指令，它會跳轉到循環開始的地方繼續執行，直到分支跳轉的條件滿足才終止。
1 |
public void whileLoop() {
|
2 |
int i = 0;
|
3 |
while (i < 2) {
|
4 |
i++;
|
5 |
}
|
6 |
} |
編譯完後是：
1 |
0: iconst_0
|
2 |
1: istore_1
|
3 |
2: iload_1
|
4 |
3: iconst_2
|
5 |
4: if_icmpge 13
|
6 |
7: iinc 1, 1
|
7 |
10: goto 2
|
8 |
13: return
|
if_icmpge指令會判斷局部變量區中的1號位的變量（也就是i，譯注：局部變量區從0開始計數，第0位是this)是否大於等於2，如果不是繼續執行，如果是的話跳轉到13行處，結束循環。goto指令使得循環可以繼續執行，直到條件判斷為真，這個時候會跳轉到緊挨著循環體後邊的return指令處。iinc是少數的幾條能直接更新局部變量區裏的變量的指令之一，它不用把值壓到操作數棧裏麵就能直接進行操作。這裏iinc指令把第1個局部變量（譯注：第0個是this）自增1。
for循環和while循環在字節碼裏的格式是一樣的。這並不奇怪，因為每個while循環都可以很容易改寫成一個for循環。比如上麵的while循環就可以改寫成下麵的for循環，當然了它們輸出的字節碼也是一樣的：
1 |
public void forLoop() {
|
2 |
for(int i = 0; i < 2; i++) {
|
3 |
4 |
}
|
5 |
} |
####do-while循環
do-while循環和for循環，while循環非常類似，除了一點，它是不需要goto指令的，因為條件跳轉指令在循環體的末尾，可以用它來跳轉回循環體的起始處。
1 |
public void doWhileLoop() {
|
2 |
int i = 0;
|
3 |
do {
|
4 |
i++;
|
5 |
} while (i < 2);
|
6 |
} |
這會生成如下的字節碼：
1 |
0: iconst_0
|
2 |
1: istore_1
|
3 |
2: iinc 1, 1
|
4 |
5: iload_1
|
5 |
6: iconst_2
|
6 |
7: if_icmplt 2
|
7 |
10: return
|
最後更新：2017-05-23 18:02:44