目录
一. 前言
二. 指令集
2.1. 支持的数据类型
2.2. 指令分类
三. 指令手册
3.1. 操作数栈
3.2. 运算与转换
3.3. 条件转移
3.4. 类与数组
3.5. 调度与返回加 finally
3.6. 指令手册汇总
3.7. 示例
字节码指令集的特点是数据量短小精干,便于传输,跨平台。同时也损失一定的解释执行效率。
1. 由 操作码 + 操作数组成。 JVM的指令由一个字节长度的、代表着某种特定操作含义的数字(称为操作码,Opcode)以及跟随其后的零至多个代表此操作所需参数(称为操作数,Operands)而构成。
2. 指令集的操作码是单字节的,总数不可能超过256条。为了尽可能获得短小精干的编译代码。
3. 操作数的长度不对齐,长度超过1字节的以big一endian顺序存储,即高位在前的字节序。如:两个无符号字节存储的值就是:(byte1<<8)|byte2。不对齐可省略很多填充和间隔符号。
4. 字节码指令流单字节对齐,但除Iableswitch和lookupswitch两个指令例外(4字节为界,少的补空)。
JVM指令集中,大多数的指令都包含了其所操作的数据类型信息。数据类型相关的操作码助记符中的首字母都跟操作的数据类型相关:i代表对int类型的数据操作,l代表 long ,s代表short,b代表byte,c代表char,f代表float,d代表double,a代表reference。
指令集并非支持所有类型,byte、char、short、boolean 等类型,都用操作数的运算类型(computational type)为int的指令来完成。byte和short类型的数据带符号扩展(sign-extend)为相应的int类型数据,boolean和char类型数据零位扩展(zero-extend)为相应的int类型数据。
1. 加载和存储指令,加载存储指令用于局部变量与操作数栈交换数据以及常量装载到操作数栈,如push、load、store、const。按数据类型不同在指令前面加i/l/f/d/a等,操作数放指令后面,超过4直接写下标,例:iload_3、iload 4。
2. 运算指令,加add、减sub、乘mul、除div、求余rem、取反neg、移位sh(l左r右)、与and、或or、异或xor、自增inc、cmp比较。
3. 类型转换指令,2(to),表示操作类型 到 目标类型,从小字节类型转大是宽化指令,从大字节类型转小窄化指令。
4. 对象创建与访问指令,创建对象new、创建基本类型数组newarray、创建引用类型数组anewarray、创建多维数组multianewarray。
5. 操作数栈管理指令,出栈pop、交换swap、复制栈顶并压栈dup。
6. 控制转移指令,条件跳转指令:if与eq/ne/lt/le/gt/ge组合(与0比较或加cmp表示栈顶两个操作数比较)、复合条件跳转指令tableswitch与lookupswitch、无条件跳转指令goto。
7. 方法调用和返回指令,调用对象的实例方法invokevirtual、调用接口方法invokeinterface、调用特殊实例方法invokespecial(如初始化方法)、调用类静态方法invokestatic、调用动态链接方法invokedynamic。返回指令return(带类型)、(以及SE6之前的jsr、ret)。
8. 异常处理指令,athrow。
9. 同步指令,monitorenter monitorexit。
过程 | 符号 |
---|---|
变量到操作数栈 | iload, iload_, lload, lload_, fload, fload_, dload, dload_, aload, aload_ |
操作数栈到变量 | istore, istore_, lstore, lstore_, fstore, fstore_, dstore, dstor_, astore, astore_ |
常数到操作数栈 | bipush, sipush, ldc, ldc_w, ldc2_w, aconst_null, iconst_ml, iconst_, lconst_, fconst_, dconst_ |
把数据装载到操作数栈 | baload, caload, saload, iaload, laload, faload, daload, aaload |
从操作数栈存存储到数组 | bastore, castore, sastore, iastore, lastore, fastore, dastore, aastore |
操作数栈管理 | pop, pop2, dup, dup2, dup_xl, dup2_xl, dup_x2, dup2_x2, swap |
过程 | 符号 |
---|---|
加 | iadd, ladd, fadd, dadd |
减 | is, ls, fs, ds |
乘 | imul, lmul, fmul, dmul |
除 | idiv, ldiv, fdiv, ddiv |
余数 | irem, lrem, frem, drem |
取负 | ineg, lneg, fneg, dneg |
移位 | ishl, lshr, iushr, lshl, lshr, lushr |
按位或 | ior, lor |
按位与 | iand, land |
按位异或 | ixor, lxor |
类型转换 | i2l, i2f, i2d, l2f, l2d, f2d(放宽数值转换); i2b, i2c, i2s, l2i, f2i, f2l, d2i, d2l, d2f(缩窄数值转换) |
过程 | 符号 |
---|---|
有条件转移 | ifeq, iflt, ifle, ifne, ifgt, ifge, ifnull, ifnonnull, if_icmpeq, if_icmpene, if_icmplt, if_icmpgt, if_icmple, if_icmpge, if_acmpeq, if_acmpne, lcmp, fcmpl, fcmpg, dcmpl, dcmpg |
复合条件转移 | tableswitch, lookupswitch |
无条件转移 | goto, goto_w, jsr, jsr_w, ret |
过程 | 符号 |
---|---|
创建类实便 | new |
创建新数组 | newarray, anewarray, multianwarray |
访问类的域和类实例域 | getfield, putfield, getstatic, putstatic |
获取数组长度 | arraylength |
检相类实例或数组属性 | instanceof, checkcast |
过程 | 符号 |
---|---|
调度对象的实便方法 | invokevirt l |
调用由接口实现的方法 | invokeinterface |
调用需要特殊处理的实例方法 | invokespecial |
调用命名类中的静态方法 | invokestatic |
方法返回 | ireturn, lreturn, freturn, dreturn, areturn, return |
异常 | athrow |
finally 关键字的实现使用 | jsr, jsr_w, ret |
指令码 | 助记符 | 说明 |
---|---|---|
0x00 | nop | 什么都不做 |
0x01 | aconst_null | 将 null 推送至栈顶 |
0x02 | iconst_m1 | 将 int 型 -1 推送至栈顶 |
0x03 | iconst_0 | 将 int 型 0 推送至栈顶 |
0x04 | iconst_1 | 将 int 型 1 推送至栈顶 |
0x05 | iconst_2 | 将 int 型 2 推送至栈顶 |
0x06 | iconst_3 | 将 int 型 3 推送至栈顶 |
0x07 | iconst_4 | 将 int 型 4 推送至栈顶 |
0x08 | iconst_5 | 将 int 型 5 推送至栈顶 |
0x09 | lconst_0 | 将 long 型 0 推送至栈顶 |
0x0a | lconst_1 | 将 long 型 1 推送至栈顶 |
0x0b | fconst_0 | 将 float 型 0 推送至栈顶 |
0x0c | fconst_1 | 将 float 型 1 推送至栈顶 |
0x0d | fconst_2 | 将 float 型 2 推送至栈顶 |
0x0e | dconst_0 | 将 double 型 0 推送至栈顶 |
0x0f | dconst_1 | 将 double 型 1 推送至栈顶 |
0x10 | bipush | 将单字节的常量值 (-128~127) 推送至栈顶 |
0x11 | sipush | 将一个短整型常量值 (-32768~32767) 推送至栈顶 |
0x12 | ldc | 将int, |
0x13 | ldc_w | 将int, |
0x14 | ldc2_w | 将 long 或 double 型常量值从常量池中推送至栈顶(宽索引) |
0x15 | iload | 将指定的 int 型本地变量推送至栈顶 |
0x16 | lload | 将指定的 long 型本地变量推送至栈顶 |
0x17 | fload | 将指定的 float 型本地变量推送至栈顶 |
0x18 | dload | 将指定的 double 型本地变量推送至栈顶 |
0x19 | aload | 将指定的引用类型本地变量推送至栈顶 |
0x1a | iload_0 | 将第一个 int 型本地变量推送至栈顶 |
0x1b | iload_1 | 将第二个 int 型本地变量推送至栈顶 |
0x1c | iload_2 | 将第三个 int 型本地变量推送至栈顶 |
0x1d | iload_3 | 将第四个 int 型本地变量推送至栈顶 |
0x1e | lload_0 | 将第一个 long 型本地变量推送至栈顶 |
0x1f | lload_1 | 将第二个 long 型本地变量推送至栈顶 |
0x20 | lload_2 | 将第三个 long 型本地变量推送至栈顶 |
0x21 | lload_3 | 将第四个 long 型本地变量推送至栈顶 |
0x22 | fload_0 | 将第一个 float 型本地变量推送至栈顶 |
0x23 | fload_1 | 将第二个 float 型本地变量推送至栈顶 |
0x24 | fload_2 | 将第三个 float 型本地变量推送至栈顶 |
0x25 | fload_3 | 将第四个 float 型本地变量推送至栈顶 |
0x26 | dload_0 | 将第一个 double 型本地变量推送至栈顶 |
0x27 | dload_1 | 将第二个 double 型本地变量推送至栈顶 |
0x28 | dload_2 | 将第三个 double 型本地变量推送至栈顶 |
0x29 | dload_3 | 将第四个 double 型本地变量推送至栈顶 |
0x2a | aload_0 | 将第一个引用类型本地变量推送至栈顶 |
0x2b | aload_1 | 将第二个引用类型本地变量推送至栈顶 |
0x2c | aload_2 | 将第三个引用类型本地变量推送至栈顶 |
0x2d | aload_3 | 将第四个引用类型本地变量推送至栈顶 |
0x2e | iaload | 将 int 型数组指定索引的值推送至栈顶 |
0x2f | laload | 将 long 型数组指定索引的值推送至栈顶 |
0x30 | faload | 将 float 型数组指定索引的值推送至栈顶 |
0x31 | daload | 将 double 型数组指定索引的值推送至栈顶 |
0x32 | aaload | 将引用型数组指定索引的值推送至栈顶 |
0x33 | baload | 将 boolean 或 byte 型数组指定索引的值推送至栈顶 |
0x34 | caload | 将 char 型数组指定索引的值推送至栈顶 |
0x35 | saload | 将 short 型数组指定索引的值推送至栈顶 |
0x36 | istore | 将栈顶 int 型数值存入指定本地变量 |
0x37 | lstore | 将栈顶 long 型数值存入指定本地变量 |
0x38 | fstore | 将栈顶 float 型数值存入指定本地变量 |
0x39 | dstore | 将栈顶 double 型数值存入指定本地变量 |
0x3a | astore | 将栈顶引用型数值存入指定本地变量 |
0x3b | istore_0 | 将栈顶 int 型数值存入第一个本地变量 |
0x3c | istore_1 | 将栈顶 int 型数值存入第二个本地变量 |
0x3d | istore_2 | 将栈顶 int 型数值存入第三个本地变量 |
0x3e | istore_3 | 将栈顶 int 型数值存入第四个本地变量 |
0x3f | lstore_0 | 将栈顶 long 型数值存入第一个本地变量 |
0x40 | lstore_1 | 将栈顶 long 型数值存入第二个本地变量 |
0x41 | lstore_2 | 将栈顶 long 型数值存入第三个本地变量 |
0x42 | lstore_3 | 将栈顶 long 型数值存入第四个本地变量 |
0x43 | fstore_0 | 将栈顶 float 型数值存入第一个本地变量 |
0x44 | fstore_1 | 将栈顶 float 型数值存入第二个本地变量 |
0x45 | fstore_2 | 将栈顶 float 型数值存入第三个本地变量 |
0x46 | fstore_3 | 将栈顶 float 型数值存入第四个本地变量 |
0x47 | dstore_0 | 将栈顶 double 型数值存入第一个本地变量 |
0x48 | dstore_1 | 将栈顶 double 型数值存入第二个本地变量 |
0x49 | dstore_2 | 将栈顶 double 型数值存入第三个本地变量 |
0x4a | dstore_3 | 将栈顶 double 型数值存入第四个本地变量 |
0x4b | astore_0 | 将栈顶引用型数值存入第一个本地变量 |
0x4c | astore_1 | 将栈顶引用型数值存入第二个本地变量 |
0x4d | astore_2 | 将栈顶引用型数值存入第三个本地变量 |
0x4e | astore_3 | 将栈顶引用型数值存入第四个本地变量 |
0x4f | iastore | 将栈顶 int 型数值存入指定数组的指定索引位置 |
0x50 | lastore | 将栈顶 long 型数值存入指定数组的指定索引位置 |
0x51 | fastore | 将栈顶 float 型数值存入指定数组的指定索引位置 |
0x52 | dastore | 将栈顶 double 型数值存入指定数组的指定索引位置 |
0x53 | aastore | 将栈顶引用型数值存入指定数组的指定索引位置 |
0x54 | bastore | 将栈顶 boolean 或 byte 型数值存入指定数组的指定索引位置 |
0x55 | castore | 将栈顶 char 型数值存入指定数组的指定索引位置 |
0x56 | sastore | 将栈顶 short 型数值存入指定数组的指定索引位置 |
0x57 | pop | 将栈顶数值弹出 |
0x58 | pop2 | 将栈顶的一个(long 或 double 类型的)或两个数值弹出(其它) |
0x59 | dup | 复制栈顶数值并将复制值压入栈顶 |
0x5a | dup_x1 | 复制栈顶数值并将两个复制值压入栈顶 |
0x5b | dup_x2 | 复制栈顶数值并将三个(或两个)复制值压入栈顶 |
0x5c | dup2 | 复制栈顶一个(long 或 double 类型的)或两个(其它)数值并将复制值压入栈顶 |
0x5d | dup2_x1 | <待补充> |
0x5e | dup2_x2 | <待补充> |
0x5f | swap | 将栈最顶端的两个数值互换(数值不能是 long 或 double 类型的) |
0x60 | iadd | 将栈顶两 int 型数值相加并将结果压入栈顶 |
0x61 | ladd | 将栈顶两 long 型数值相加并将结果压入栈顶 |
0x62 | fadd | 将栈顶两 float 型数值相加并将结果压入栈顶 |
0x63 | dadd | 将栈顶两 double 型数值相加并将结果压入栈顶 |
0x64 | isub | 将栈顶两 int 型数值相减并将结果压入栈顶 |
0x65 | lsub | 将栈顶两 long 型数值相减并将结果压入栈顶 |
0x66 | fsub | 将栈顶两 float 型数值相减并将结果压入栈顶 |
0x67 | dsub | 将栈顶两 double 型数值相减并将结果压入栈顶 |
0x68 | imul | 将栈顶两 int 型数值相乘并将结果压入栈顶 |
0x69 | lmul | 将栈顶两 long 型数值相乘并将结果压入栈顶 |
0x6a | fmul | 将栈顶两 float 型数值相乘并将结果压入栈顶 |
0x6b | dmul | 将栈顶两 double 型数值相乘并将结果压入栈顶 |
0x6c | idiv | 将栈顶两 int 型数值相除并将结果压入栈顶 |
0x6d | ldiv | 将栈顶两 long 型数值相除并将结果压入栈顶 |
0x6e | fdiv | 将栈顶两 float 型数值相除并将结果压入栈顶 |
0x6f | ddiv | 将栈顶两 double 型数值相除并将结果压入栈顶 |
0x70 | irem | 将栈顶两 int 型数值作取模运算并将结果压入栈顶 |
0x71 | lrem | 将栈顶两 long 型数值作取模运算并将结果压入栈顶 |
0x72 | frem | 将栈顶两 float 型数值作取模运算并将结果压入栈顶 |
0x73 | drem | 将栈顶两 double 型数值作取模运算并将结果压入栈顶 |
0x74 | ineg | 将栈顶 int 型数值取负并将结果压入栈顶 |
0x75 | lneg | 将栈顶 long 型数值取负并将结果压入栈顶 |
0x76 | fneg | 将栈顶 float 型数值取负并将结果压入栈顶 |
0x77 | dneg | 将栈顶 double 型数值取负并将结果压入栈顶 |
0x78 | ishl | 将 int 型数值左移位指定位数并将结果压入栈顶 |
0x79 | lshl | 将 long 型数值左移位指定位数并将结果压入栈顶 |
0x7a | ishr | 将 int 型数值右(符号)移位指定位数并将结果压入栈顶 |
0x7b | lshr | 将 long 型数值右(符号)移位指定位数并将结果压入栈顶 |
0x7c | iushr | 将 int 型数值右(无符号)移位指定位数并将结果压入栈顶 |
0x7d | lushr | 将 long 型数值右(无符号)移位指定位数并将结果压入栈顶 |
0x7e | iand | 将栈顶两 int 型数值作“按位与”并将结果压入栈顶 |
0x7f | land | 将栈顶两 long 型数值作“按位与”并将结果压入栈顶 |
0x80 | ior | 将栈顶两 int 型数值作“按位或”并将结果压入栈顶 |
0x81 | lor | 将栈顶两 long 型数值作“按位或”并将结果压入栈顶 |
0x82 | ixor | 将栈顶两 int 型数值作“按位异或”并将结果压入栈顶 |
0x83 | lxor | 将栈顶两 long 型数值作“按位异或”并将结果压入栈顶 |
0x84 | iinc | 将指定 int 型变量增加指定值(i++, |
0x85 | i2l | 将栈顶 int 型数值强制转换成 long 型数值并将结果压入栈顶 |
0x86 | i2f | 将栈顶 int 型数值强制转换成 float 型数值并将结果压入栈顶 |
0x87 | i2d | 将栈顶 int 型数值强制转换成 double 型数值并将结果压入栈顶 |
0x88 | l2i | 将栈顶 long 型数值强制转换成 int 型数值并将结果压入栈顶 |
0x89 | l2f | 将栈顶 long 型数值强制转换成 float 型数值并将结果压入栈顶 |
0x8a | l2d | 将栈顶 long 型数值强制转换成 double 型数值并将结果压入栈顶 |
0x8b | f2i | 将栈顶 float 型数值强制转换成 int 型数值并将结果压入栈顶 |
0x8c | f2l | 将栈顶 float 型数值强制转换成 long 型数值并将结果压入栈顶 |
0x8d | f2d | 将栈顶 float 型数值强制转换成 double 型数值并将结果压入栈顶 |
0x8e | d2i | 将栈顶 double 型数值强制转换成 int 型数值并将结果压入栈顶 |
0x8f | d2l | 将栈顶 double 型数值强制转换成 long 型数值并将结果压入栈顶 |
0x90 | d2f | 将栈顶 double 型数值强制转换成 float 型数值并将结果压入栈顶 |
0x91 | i2b | 将栈顶 int 型数值强制转换成 byte 型数值并将结果压入栈顶 |
0x92 | i2c | 将栈顶 int 型数值强制转换成 char 型数值并将结果压入栈顶 |
0x93 | i2s | 将栈顶 int 型数值强制转换成 short 型数值并将结果压入栈顶 |
0x94 | lcmp | 比较栈顶两 long 型数值大小,并将结果(1,0,-1)压入栈顶 |
0x95 | fcmpl | 比较栈顶两 float 型数值大小,并将结果(1,0,-1)压入栈顶;当其中一个数值为 NaN 时,将 -1 压入栈顶 |
0x96 | fcmpg | 比较栈顶两 float 型数值大小,并将结果(1,0,-1)压入栈顶;当其中一个数值为 NaN 时,将 1 压入栈顶 |
0x97 | dcmpl | 比较栈顶两 double 型数值大小,并将结果(1,0,-1)压入栈顶;当其中一个数值为 NaN 时,将 -1 压入栈顶 |
0x98 | dcmpg | 比较栈顶两 double 型数值大小,并将结果(1,0,-1)压入栈顶;当其中一个数值为 NaN 时,将 1 压入栈顶 |
0x99 | ifeq | 当栈顶 int 型数值等于 0 时跳转 |
0x9a | ifne | 当栈顶 int 型数值不等于 0 时跳转 |
0x9b | iflt | 当栈顶 int 型数值小于 0 时跳转 |
0x9c | ifge | 当栈顶 int 型数值大于等于 0 时跳转 |
0x9d | ifgt | 当栈顶 int 型数值大于 0 时跳转 |
0x9e | ifle | 当栈顶 int 型数值小于等于 0 时跳转 |
0x9f | if_icmpeq | 比较栈顶两 int 型数值大小,当结果等于 0 时跳转 |
0xa0 | if_icmpne | 比较栈顶两 int 型数值大小,当结果不等于 0 时跳转 |
0xa1 | if_icmplt | 比较栈顶两 int 型数值大小,当结果小于 0 时跳转 |
0xa2 | if_icmpge | 比较栈顶两 int 型数值大小,当结果大于等于 0 时跳转 |
0xa3 | if_icmpgt | 比较栈顶两 int 型数值大小,当结果大于 0 时跳转 |
0xa4 | if_icmple | 比较栈顶两 int 型数值大小,当结果小于等于 0 时跳转 |
0xa5 | if_acmpeq | 比较栈顶两引用型数值,当结果相等时跳转 |
0xa6 | if_acmpne | 比较栈顶两引用型数值,当结果不相等时跳转 |
0xa7 | goto | 无条件跳转 |
0xa8 | jsr | 跳转至指定 16 位 offset 位置,并将 jsr 下一条指令地址压入栈顶 |
0xa9 | ret | 返回至本地变量指定的 index 的指令位置(一般与 jsr, jsr_w 联合使用) |
0xaa | tableswitch | 用于 switch 条件跳转,case 值连续(可变长度指令) |
0xab | lookupswitch | 用于 switch 条件跳转,case 值不连续(可变长度指令) |
0xac | ireturn | 从当前方法返回 int |
0xad | lreturn | 从当前方法返回 long |
0xae | freturn | 从当前方法返回 float |
0xaf | dreturn | 从当前方法返回 double |
0xb0 | areturn | 从当前方法返回对象引用 |
0xb1 | return | 从当前方法返回void |
0xb2 | getstatic | 获取指定类的静态域,并将其值压入栈顶 |
0xb3 | putstatic | 为指定的类的静态域赋值 |
0xb4 | getfield | 获取指定类的实例域,并将其值压入栈顶 |
0xb5 | putfield | 为指定的类的实例域赋值 |
0xb6 | invokevirtual | 调用实例方法 |
0xb7 | invokespecial | 调用超类构造方法,实例初始化方法,私有方法 |
0xb8 | invokestatic | 调用静态方法 |
0xb9 | invokeinterface | 调用接口方法 |
0xba | – | |
0xbb | new | 创建一个对象,并将其引用值压入栈顶 |
0xbc | newarray | 创建一个指定原始类型(如int, float, char…)的数组,并将其引用值压入栈顶 |
0xbd | anewarray | 创建一个引用型(如类,接口,数组)的数组,并将其引用值压入栈顶 |
0xbe | arraylength | 获得数组的长度值并压入栈顶 |
0xbf | athrow | 将栈顶的异常抛出 |
0xc0 | checkcast | 检验类型转换,检验未通过将抛出 ClassCastException |
0xc1 | instanceof | 检验对象是否是指定的类的实例,如果是将 1 压入栈顶,否则将0压入栈顶 |
0xc2 | monitorenter | 获得对象的锁,用于同步方法或同步块 |
0xc3 | monitorexit | 释放对象的锁,用于同步方法或同步块 |
0xc4 | wide | <待补充> |
0xc5 | multianewarray | 创建指定类型和指定维度的多维数组(执行该指令时,操作栈中必须包含各维度的长度值),并将其引用值压入栈顶 |
0xc6 | ifnull | 为 null 时跳转 |
0xc7 | ifnonnull | 不为 null 时跳转 |
0xc8 | goto_w | 无条件跳转(宽索引) |
0xc9 | jsr_w | 跳转至指定 32 位 offset 位置,并将 jsr_w 下一条指令地址压入栈顶 |
public void onlyMe(Foo f) {
synchronized(f) {
doSomething();
}
}
编译后,这段代码生成的字节码序列如下:
Method void onlyMe(Foo)
0 aload_1 // 将对象 f 入栈
1 dup // 复制栈顶元素(即 f 的引用)
2 astore_2 // 将栈顶元素存储到局部变量表 Slot 2 中
3 monitorenter // 以栈顶元素(即 f)作为锁,开始同步
4 aload_0 // 将局部变量 Slot 0(即 this 指针)的元素入栈
5 invokevirtual #5 // 调用 doSomething() 方法
8 aload_2 // 将局部变量 Slot 2 的元素(即 f)入栈
9 monitorexit // 退出同步
10 goto 18 // 方法正常结束,跳转到 18 返回
13 astore_3 // 从这步开始是异常路径,见下面异常表的 Target 13
14 aload_2 // 将局部变量 Slot 2 的元素(即 f)入栈
15 monitorexit // 退出同步
16 aload_3 // 将局部变量 Slot 3 的元素(即异常对象)入栈
17 athrow // 把异常对象重新抛出给 onlyMe() 方法的调用者
18 return // 方法正常返回
Exception table:
FromTo Target Type
4 10 13 any
13 16 13 any