深入理解JVM虚拟机第二十二篇：详解JVM当中与操作数栈相关的字节码指令

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本专栏简介：话不多说，让我们一起干翻JVM

本文章简介：话不多说，让我们讲清楚JVM当中与操作数栈相关的字节码指令

文章目录

一： 操作数栈字节码指令

1：编写源码

2：javap解释整理字节码

3：通过jclasslib查看字节码指令

二：字节码分析

1：最全字节码指令分析

2：面试题

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一： 操作数栈字节码指令

1：编写源码

public class OperandStackTest {
    public void testAndOperation(){
        byte i = 15;
        int j = 8;
        int k = i+j;
    }
}

2：javap解释整理字节码

        想要查看字节码文件呢，我们有两种方式，第一种就是直接进行javap，第二种就是使用jclasslib进行查看，我们先使用第一种。

PS D:\code\study\hadoop\shit\target\classes> javap -verbose .\OperandStackTest.class
Classfile /D:/code/study/hadoop/shit/target/classes/OperandStackTest.class
  Last modified 2023年11月9日; size 421 bytes
  SHA-256 checksum 487149a1edc4d19af0b1fe2369086c27c8765ff5e011491d1028d4f6cf1d9746
  Compiled from "OperandStackTest.java"
public class OperandStackTest
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: (0x0021) ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
  this_class: #2                          // OperandStackTest
  super_class: #3                         // java/lang/Object
  interfaces: 0, fields: 0, methods: 2, attributes: 1
Constant pool:
   #1 = Methodref          #3.#19         // java/lang/Object."":()V
   #2 = Class              #20            // OperandStackTest
   #3 = Class              #21            // java/lang/Object
   #4 = Utf8               
   #5 = Utf8               ()V
   #6 = Utf8               Code
   #7 = Utf8               LineNumberTable
   #8 = Utf8               LocalVariableTable
   #9 = Utf8               this
  #10 = Utf8               LOperandStackTest;
  #11 = Utf8               testAndOperation
  #12 = Utf8               i
  #13 = Utf8               B
  #14 = Utf8               j
  #15 = Utf8               I
  #16 = Utf8               k
  #17 = Utf8               SourceFile
  #18 = Utf8               OperandStackTest.java
  #19 = NameAndType        #4:#5          // "":()V
  #20 = Utf8               OperandStackTest
  #21 = Utf8               java/lang/Object
{
  public OperandStackTest();
    descriptor: ()V
    flags: (0x0001) ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 1: 0
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       5     0  this   LOperandStackTest;
 
  public void testAndOperation();
    descriptor: ()V
    flags: (0x0001) ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=4, args_size=1
         0: bipush        15
         2: istore_1
         3: bipush        8
         5: istore_2
         6: iload_1
         7: iload_2
         8: iadd
         9: istore_3
        10: return
      LineNumberTable:
        line 3: 0
        line 4: 3
        line 5: 6
        line 6: 10
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0      11     0  this   LOperandStackTest;
            3       8     1     i   B
            6       5     2     j   I
           10       1     3     k   I
}
SourceFile: "OperandStackTest.java"

3：通过jclasslib查看字节码指令

        首先进行recompile Java文件为字节码文件，然后我们在idea的view下找到这个：

        show ByteCode with JclassLib：

        最终显示结果如下：

二：字节码分析

1：最全字节码指令分析

public class OperandStackTest {
    public void testAndOperation(){
        byte i = 15;
        int j = 8;
        int k = i+j;
    }
}

 0 bipush 15
 2 istore_1
 3 bipush 8
 5 istore_2
 6 iload_1
 7 iload_2
 8 iadd
 9 istore_3
10 return

         bipush将15这个值push到了操作数栈中，此时我们的操作数栈就有了第一个值。我们需要回顾一下：byte、short、char、boolean、int类型在声明之后往数组中进行存放的时候都会保存为int类型。也就是说虽然定义的是byte类型，但是存放到数组中就是int类型

        栈帧在调用之初，栈帧被创建完成，其中的操作数栈和局部变量表是空的。PC寄存器中存放着第一条要执行的指令的地址。

        istore_1将这个值从操作数栈放到了局部变量表中索引为1的位置，为什么不是0呢？因为这不是一个静态方法，索引为零的位置存放的是this。

        此时的操作数栈就成了空，这是一个出栈的操作。过程中会修改PC寄存器中的索引值为下一条命令的索引值。

       过程中会修改PC寄存器中的索引值为下一条命令的索引值。

       同样的道理，8也会经过bipush和istore_2，然后最终的结果如下：

        iload_1和iload_2命令会将变量中索引为1,2的数据取出来分别放到局部变量表中

        最终的运行结果如下：

        紧接着会进行一个iadd命令，这个命令呢会使数据进行出栈，然后相加。值得注意的是，字节码指令需要被翻译为机器指令，机器指令操作CPU进行相加。然后将结果23放到操作数栈当中。

        运行结果如下：

        

        最终，istore_3将这个值从操作数栈放到了局部变量表中索引为3的位置， 此时的操作数栈就成了空，这是一个出栈的操作。过程中会修改PC寄存器中的索引值为下一条命令的索引值。

        最终的运行结果如下：

        我们也注意到，局部变量表长度为4，操作数栈深度为2（看javap的结果），这也是与图中可以对应上的，唯一区别的是局部变量表中的因为篇幅原因，this的位置也就是索引为0的变量槽没有展示出来。 

        补充说明：

        我们注意到bipush是将一个byte类型的数据push到操作数栈中基于int类型进行存储，还有sipush，这个字节码指令的含义是将short类型的数据push到操作数栈中基于int类型进行存储。

        如果方法有返回值，那么最终的字节码指令将由return会变成ireturn。也就是将值做了一个返回，这个栈帧就结束了，另外一个调用此方法的栈帧会立即调用一个aload_x这样的一个操作，将上一个方法的返回值加载到此栈帧的操作数栈中。

    public int getSum(){
        int m = 10;
        int n = 20;
        int k = m+n;
        return k;
    }
 
    public void testGetSum(){
        //aload_0获取上一个栈帧返回的结果，并保存在操作数栈中。
        int i = getSum();
        int j = 10;
    }

2：面试题

        i++ 和 ++j的区别是什么？

       此问题，后续我们在字节码文章中会跟大家进行探讨