字节码角度分析面试题 —— i++、++i 傻傻分不清楚

一、什么都憋说，先看题

public class Test {
    public static void foo() {
        int i = 0;
        for (int j = 0; j < 50; j++) {
            i = i++;
        }
        System.out.println(i);
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        foo();
    }
}

答案在末尾

二、i++

就拿一开始的题目作为栗子

javap 查看字节码

javap -c -v Test

复制 foo() 函数部分，如下

public static void foo();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=2, args_size=0
         0: iconst_0
         1: istore_0
         2: iconst_0
         3: istore_1
         4: goto          15
         7: iload_0
         8: iinc          0, 1
        11: istore_0
        12: iinc          1, 1
        15: iload_1
        16: bipush        50
        18: if_icmplt     7
        21: getstatic     #15                 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
        24: iload_0
        25: invokevirtual #21                 // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
        28: return

========= 下面对应 int i = 0; 执行过程

• 6 行：iconst_0 指令表示 int 类型的数值 0 放到操作数栈栈顶，这个数值 0 就是变量 i
• 7 行：istore_0 指令表示将变量 i（初始值为 0）放到局部变量表下标为 0 的位置
  ========= 下面对应 int j = 0 执行过程
• 8 行：iconst_0 指令表示 int 类型的数值 0 放到操作数栈栈顶，这个数值 0 就是变量 j
• 9 行：istore_0 指令表示将变量 j（初始值为 0）放到局部变量表下标为 1 的位置
• 10 行：goto 指令跳转到指令 15（第 15 行），iload_1 指令加载局部变量表下标为 1 的位置的 int 类型变量 j 到操作数栈栈顶
  ========= 下面对应 i = i++ 执行过程
• 11 行：iload_0 指令将局部变量表下标为 0 的位置的变量 i 放到操作数栈栈顶
• 12 行：iinc 0, 1 指令将局部变量表下标为 0 的位置的元素（当前为 0）加 1
• 13 行：istore_0 指令将操作数栈栈顶元素的值存入局部变量表下标为 0 的位置（即把变量 i 放到局部变量表下标为 0 的位置，刚刚是 1，现在又变成 0 了）
  ========= 下面对应 for 循环的条件语句 j < 50; j++ 执行过程
• 14 行：iinc 1, 1 指令将局部变量表下标为 1 的位置的变量 j 加 1
• 15 行：iload_1 指令表示将局部变量表下标为 1 的位置的变量 j 放到操作数栈栈顶（现在的值在原来基础上加 1 了）
• 16 行：bipush 50 指令表示将 int 类型 50 推送至栈顶
• 17 行：if_icmplt 7 指令用于比较栈顶两int型数值大小，当结果小于0时跳转（即比较 j 和 50 的大小，当前肯定是 j < 50 为 true）到指令 7（11 行）
  ========= 下面对应 System.out.println(i); 执行过程
• 18 行：getstatic 指令调用 System.out 静态属性，类型为 PrintStream
• 19 行：iload_0 指令将局部变量表下标为 0 的位置的变量 i 放到操作数栈栈顶
• 20 行：invokevirtual 指令调用 PrintStream.println() 方法
  ========= 下面对应 foo() 方法执行完了
• 21 行：return 指令表示方法执行完了

整个过程，大致就是，获取 i、j 的值，然后先对 j 和 50 的大小进行比较，当 j < 50 为 true 时，对 i 进行 i++ 的操作，当 j < 50 为 false 时，跳出 for 循环，执行 System.out.println(i); 打印语句，然后 return，表示方法执行完了
其中，i++ 的操作对应三个步骤：
① 将局部变量表下标为 0 的位置的变量 i 放到操作数栈栈顶，此时变量 i 值为 0
② 将局部变量表下标为 0 的位置的值加 1，值默认为 0，加 1 后变为 1
③ 将操作数栈栈顶的变量 i（值为 0）放到局部变量表下标为 0 的位置，放之前下标为 0 的位置的值为 1，放之后值从 1 又变回 0

三、++i

public class Test {
    public static void foo() {
        int i = 0;
        for (int j = 0; j < 50; j++) {
            i = ++i;
        }
        System.out.println(i);
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        foo();
    }
}

javap 查看字节码

javap -c -v Test

复制 foo() 函数部分，如下

public static void foo();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=2, args_size=0
         0: iconst_0
         1: istore_0
         2: iconst_0
         3: istore_1
         4: goto          15
         7: iinc          0, 1
        10: iload_0
        11: istore_0
        12: iinc          1, 1
        15: iload_1
        16: bipush        50
        18: if_icmplt     7
        21: getstatic     #15                 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
        24: iload_0
        25: invokevirtual #21                 // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
        28: return

和 i++ 的字节码简单对比一下，i++ 和 ++i 两者生成的字节码中，会发现只有 11、12、13 这三行的指令顺序不一致，那就直接看下这三行到底有何不同

• 11 行：iinc 0, 1 指令将局部变量表下标为 0 的位置的元素（当前为 0）加 1，变量 i 值为 1
• 12 行：iload_0 指令将局部变量表下标为 0 的位置的变量 i 放到操作数栈栈顶，栈顶为变量 i，值为 1
• 13 行：istore_0 指令将操作数栈栈顶元素变量 i 的值存入局部变量表下标为 0 的位置，值为 1

四、看一道 xue 微难一点的题目

public class Test {
    public static void bar() {
        int i = 0;
        i = i++ + ++i;
        System.out.println("i=" + i);
    }
    
    public static void main(String[] args) {
    	bar();
	}
}

javap 查看字节码

javap -c -v Test

复制 bar() 函数部分，如下

public static void bar();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=4, locals=1, args_size=0
         0: iconst_0
         1: istore_0
         2: iload_0
         3: iinc          0, 1
         6: iinc          0, 1
         9: iload_0
        10: iadd
        11: istore_0
        12: getstatic     #15                 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
        15: new           #21                 // class java/lang/StringBuilder
        18: dup
        19: ldc           #23                 // String i=
        21: invokespecial #25                 // Method java/lang/StringBuilder."":(Ljava/lang/String;)V
        24: iload_0
        25: invokevirtual #28                 // Method java/lang/StringBuilder.append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
        28: invokevirtual #32                 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
        31: invokevirtual #36                 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
        34: return

• 6 行：iconst_0 指令表示 int 类型的数值 0 放到操作数栈栈顶，这个数值 0 就是变量 i
• 7 行：istore_0 指令表示将变量 i（初始值为 0）放到局部变量表下标为 0 的位置
• 8 行：iload_0 指令表示将局部变量表下标为 0 的位置的变量 i 放到操作数栈栈顶，现在值为 0
• 9 行：iinc 0, 1 指令表示将局部变量表下标为 0 的位置的元素值加 1，现在值为 1
• 10 行：iinc 0, 1 指令表示局部变量表下标为 0 的位置的元素值加 1，现在值为 2
• 11 行：iload_0 指令表示将局部变量表下标为 0 的位置的元素放到操作数栈栈顶，值为 2，现在栈中的元素有两个，栈顶是 2，栈顶下面的是 0
  ========= 下面对应 i = i++ + ++i; 执行过程
• 12 行：iadd 指令表示栈顶两个元素的值相加，然后将结果重新入栈，2 + 0 = 2，2 重新入栈
• 13 行：istore_0 指令表示将操作数栈栈顶元素的值存入局部变量表下标为 0 的位置，值为 2
  ========= 下面对应 System.out() 执行过程
• 14 行：getstatic 指令调用 System.out 静态属性，类型为 PrintStream
  ========= 对应 “i=” + i 字符串拼接的过程
• 15、16 行：new、dup 指令创建了 StringBuilder 对象
• 17 行：ldc 将 String 类型字符串 “i=” 放到操作数栈栈顶
• 18 行：invokespecial 指令调用 StringBuilder 对象的构造器函数
• 19 行：iload_0 指令表示将局部变量表下标为 0 的元素放到操作数栈栈顶，值为 2
• 20 行：invokespecial 指令调用 StringBuilder.append() 方法
• 21 行；invokespecial 指令调用 StringBuilder.toString() 方法
  ========= 下面对应 PrintStream.println(); 执行过程
• 22 行：invokespecial 指令调用 PrintStream.println() 方法
  ========= 下面对应 foo() 方法执行完了
• 23 行：return 指令表示方法执行完了

可以看到 13 行对应 i++ 和 ++i 相加的过程，最终计算的结果是 2

五、小结

i++ 和 ++i 字节码区别

• ++i 是先对局部变量表下标为 0（slot = 0）的位置的元素加 1，然后再把加 1 后的值放到操作数栈栈顶，然后出栈又将值赋给了局部变量表，写回的值是最新的值
• 不管是 i++ 还是 ++i，实际上 i 的值都加了 1，只是当 ++ 在前时，加 1 的值会被覆盖，可能是立即覆盖（如：i = 0;，打印输出 i++，i = 0），也可能是后续覆盖（如：i = 0;，i = i++ + ++i，i = 0 + 2 = 2，加起来的 2 覆盖了加法第一个参数的 0）
• i++ 和 ++i 中，对 i 加 1 操作发生在局部变量表中
• i++ 和 ++i 中，如果 int 类型 i 要参与其它操作，则需要先通过 iload 指令进入操作数栈，然后再开始操作

六、最后一题

public class Test {
    public static void foo() {
        int i = 0;
        i = ++i + i++ + i++ + i++;
        System.out.println("i=" + i);
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        foo();
    }
}

七、回答

开头问题答案：0，为什么是 0，参考 ## i++
最后一题答案：7，为什么是 7
简单分析一下：++i = 1，i++ = 1（实际上后续对 i 操作时，i 的值为 2），i++ = 2（实际上后续对 i 操作时，i 的值为 3），i++=3
加起来，1 + 1 + 2 + 3 = 7
可以尝试使用 javap 查看对应字节码