【ASM系列2】字节码介绍

           这一篇首先介绍下面这些类型的字节码指令：

           装载和存储系列：从局部变量装载到操作数栈的xload系列指令、从常量池中装载数据到操作数栈的xconst和push系列、将操作数栈中的数据保存到局部变量的xstore系列指令。

           字段访问系列：getfield、putfield、getstatic、putstatic等指令。

           方法调用系列：invokevirtual、invokeinterface、invokespecial、invokestatic等指令。

           方法返回系列：ireturn、lreturn、freturn、dreturn、areturn等指令。

           从一个简单的例子开始看，写一个类：

           

           然后来到.class文件的目录下，执行javap -verbose -c Main，verbose参数的作用是指定javap显示常量池，而-c的作用是指定javap显示方法的字节码。执行结果如下：

                    

           其中第一部分是常量池，从来保存例如字符串、类名、方法名等常量项，这些常量项又有着固定的格式。首先，每个常量项都有一个标识，例如字符串是Asciz，类是class，方法是Method。而常量项又可以包含其他常量项，比如Method常量项就包含一个class常量项和方法的NameAndType常量项，而class常量又包含类名的字符串常量项，方法的NameAndType常量项又包含方法名的字符串常量项和方法签名的字符串常量项。

           下面是每个方法的描述，第一个是Main方法的构造函数，这里我们也可以指定，类中没有显示写构造函数的时候，jvm会给我们在编译的时候自动生成一个构造函数。它的内容只要三个操作:aload_0、invokespecial #8和return。

           load系列的的字节码作用是把本地变量加载到操作数栈当中。比如：iload、lload、fload、dload等是针对不同的类型的操作码，i表示int，l表示long，f表示fload，d表示double，a表示引用，在java的字节码当中，大部分的操作数据的指令都是这个规律。

          延伸一下，和load系列指令对应的是xstore系列的指令，它的作用是把操作数栈中的数据存储到本地变量中，对应的也有istore，lstore，fstore，dstore，astore。

          aload_0:aload的意思是从本地变量列表中加载一个引用到操作数栈中，后面的操作数（这里是0）指示了要加载的本地变量的偏移量。在这里指的是加载方法的this本地变量，在实例对象的方法中，第一个本地变量永远是this。此外，在构造函数中，往往第一个字节码都是aload_0，因为紧接着的默认调用是父类的构造器，super方法需要当前实例作为入参。

           invoke系列的字节码包括：invokevirtual、invokeinterface、invokespecial以及invokestatic。invokevirtual是调用对象的成员方法，invokeinterface是调用接口上的方法，invokespecial是指调用类内部的private方法，而invokestatic则是指调用指定类的静态方法。

           在这里，Main类的构造函数中，invokevirtual #8指定了要调用的是常量池第8位表示的方法，即java.lang.Object的初始化方法，并且使用了aload_0这个步骤放到操作数栈顶的this对应引用作为Object构造函数的第一个也是唯一的参数。

          最后看return系列的指令，这系列的指令也是类似得有ireturn、lreturn、freturn、dreturn、areturn，分别和之前讲到load系列的指令里的i、l、f、d、a对应，标识了方法返回不同的类型，而return系列还多了一种类型的指令是return，它表示void类型方法的返回。相比其他有返回值的return，return指令在返回的时候不会去栈中load数据，而其余几个都会在返回之前从操作数栈中获取返回值，其中lreturn和dreturn会稍微特殊，他们需要从操作数栈中弹出两位，其余的几个都只要弹出一位就直接返回了。

           接下来来看main方法，第一个操作，getstatic #16，常量池第16项的常量项是一个静态的Field常量项，标识java.lang.System的out静态字段。getstatic的意义是把静态字段中的值加载到当前帧的操作栈中。紧接着的操作是ldc #22，它的意义是把常量池22位的字符串常量加载到操作数栈顶，这样，栈顶两项就分别是java.io.PrintStream的对象和String常量“hello world”了。紧接着，invokevirtual指令将要来消费栈顶这两项的操作数了，它的操作数是#24，即常量池第24项的println方法的常量项，它指定了要调用的对象方法。这个指令会消费栈底的java.io.PrintStream的对象作为要调用的对象，并消费栈顶的字符串常量作为println方法的入参。这样，就完成了main方法中指定的所有逻辑了。

           getstatic属于访问字段的指令，这一系列指令包括：getfield、putfield、getstatic、putstatic，getfield操作从一个对象中获取指定的字段值，并把得到的值放入操作数栈顶。getfield指令要执行，指令后需要带一个指向常量池中字段常量项的偏移量，并且操作数栈顶已经压入了需要从中取数据的目标对象的引用了。而putfield指令则刚好相反，它根据操作数栈顶的值和操作数栈顶之下一位的目标对象的引用，并在指令之后带一个指向常量池中字段常量项的偏移量，给目标操作的对象的指定字段设置值。而getstatic和putstatic两个指令和前面两个指令作用基本相同，只不过他们操作的是类的静态字段，所以他们在执行这两个指令的时候，操作数栈中并不需要对象的引用，即：对于getstatic，执行指令时不需要从操作数栈中获取数据；对于putstatic，执行指令时，只需要栈顶的一项，即即将要给静态字段赋的值。

           ldc指令的作用是把常量池中对应的内容压入操作数栈中，指令之后紧跟着的操作数是一个指向常量池偏移量的数字。和ldc指令类似，同样能装载数据到操作数栈上的指令有：bipush、sipush、ldc2、aconst_null、iconst_、fconst_、lconst_等。其中bipush是把byte类型的值压入栈顶，sipush是把short类型的值压入栈顶，aconst_null是把null压入栈顶，iconst_1是把int型值1压入栈顶，fconst_0是压入0f，lconst_1是压入long型值1，ldc2 是把常量池中表示double或者long型的数据压入栈，因为它们占了两位的栈空间。