第5章 指令集和解释器

Java虚拟机顾名思义，就是一台虚拟的机器，而字节码（bytecode）就是运行在这台虚拟机器上的机器码。
每一个类或者接口都会被Java编译器编译成一个class文件，类或接口的方法信息就放在class文件的method_info结构中 。
如果方法不是抽象的，也不是本地方法，方法的Java代码就会被编译器编译成字节码（即使方法是空的，编译器也会生成一条return语句），存放在method_info结构的Code属性中。

package jvmgo.book.ch03;

public class ClassFileTest {
    
    public static final boolean FLAG = true;
    public static final byte BYTE = 123;
    public static final char X = 'X';
    public static final short SHORT = 12345;
    public static final int INT = 123456789;
    public static final long LONG = 12345678901L;
    public static final float PI = 3.14f;
    public static final double E = 2.71828;
    
    public static void main(String[] args) throws RuntimeException {
        System.out.println("Hello, World!");
    }
}

方法信息就放在class文件的method_info结构中,方法的Java代码编译成字节码存method_info的Code属性的code子属性中

字节码中存放编码后的Java虚拟机指令。每条指令都以一个单字节的操作码（opcode）开头，这就是字节码名称的由来。由于只使用一字节表示操作码，显而易见，Java虚拟机最多只能支持256（2^8 ）条指令。
到第八版为止，Java虚拟机规范已经定义了205条指令，操作码分别是0（0x00）到202（0xCA）、254（0xFE）和255（0xFF）。
这205条指令构成了Java虚拟机的指令集（instruction set）。

和汇编语言类似，为了便于记忆，Java虚拟机规范给每个操作码都指定了一个助记符（mnemonic）。比如操作码是0x00这条指令，因为它什么也不做，所以它的助记符是nop（no operation）。

Java虚拟机使用的是变长指令，操作码后面可以跟零字节或多字节的操作数（operand）。如果把指令想象成函数的话，操作数就是它的参数。为了让编码后的字节码更加紧凑，很多操作码本身就隐含了操作数，比如把常数0推入操作数栈的指令是iconst_0。

0xB2

可以看到，该指令的操作码是0xB2，助记符是getstatic。

它的操作数是0x0002，代表常量池里的第二个常量。

0x0002

在第4章中讨论过，操作数栈和局部变量表只存放数据的值，并不记录数据类型。
结果就是：指令必须知道自己在操作什么类型的数据。这一点也直接反映在了操作码的助记符上。
例如，
iadd指令就是对int值进行加法操作；
dstore指令把操作数栈顶的double值弹出，存储到局部变量表中；
areturn从方法中返回引用值。
也就是说，如果某类指令可以操作不同类型的变量，则助记符的第一个字母表示变量类型。

Java虚拟机规范把已经定义的205条指令按用途分成了11类:

• 常量（constants）指令:
  把常量推入操作数栈顶。常量可以来自三个地方：隐含在操作码里、操作数和运行时常量池。常量指令共有21条

加载（loads）指令、
存储（stores）指令、
操作数栈（stack）指令、
数学（math）指令、
转换（conversions）指令、
比较（comparisons）指令、
控制（control）指令、
引用（references）指令、
扩展（extended）指令
保留（reserved）指令。

保留指令一共有3条。其中一条是留给调试器的，用于实现断点，操作码是202（0xCA），助记符是breakpoint。
另外两条留给Java虚拟机实现内部使用，操作码分别是254（0xFE）和266（0xFF），助记符是impdep1和impdep2。
这三条指令不允许出现在class文件中。

5.2　指令和指令解码

Java虚拟机规范的2.11节介绍了Java虚拟机解释器的大致逻
辑

do {
  atomically calculate pc and fetch opcode at pc;
  if (operands) fetch operands;
  execute the action for the opcode;
} while (there is more to do);

每次循环都包含三个部分：
计算pc、指令解码、指令执行。
go伪代码

for {
  pc := calculatePC()
  opcode := bytecode[pc]
  inst := createInst(opcode)
  inst.fetchOperands(bytecode)
  inst.execute()
}