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歡迎來到“Under The Hood”第五期。本期我們來看看JVM中處理對象和數組的字節碼。你可能需要閱讀往期的文章才能更好的理解本文。

面向對象的機器

JVM中的數據有3種形式：對象（object），對象引用（object reference）和原始類型（primitive type）。對象存放在垃圾收集堆中；對象引用和原始類型，根據它們作用域范圍的不同，分別存放在不同的地方：作為本地變量，存放在Java棧中；作為實例變量，存放在垃圾收集堆上；作為類變量，存放在方法區上。

在JVM中，垃圾收集堆上只能給對象分配內存空間。原始類型，除了作為對象的一部分，沒有其他方式可以給它在堆上分配空間。在需要對象引用的地方，如果你想使用原始類型，你可以給原始類型分配java.lang包中相應的包裝對象。只有對象引用和原始類型可以作為本地變量，存放在Java棧中，對象是不可能存放在棧中的。

JVM中，對象和原始類型在架構上的分離，體現在Java編程語言中就是：對象不能被聲明成本地變量，只有對象引用才行。在聲明時，對象引用不會指向具體對象，只有引用被顯式的初始化之后（指向已存在對象，或者通過new關鍵字創建新對象），引用才會指向實際對象。

在JVM指令集中，除了數組，所有的對象都通過相同的操作符集來實例化和訪問。在Java中，數組也是對象，并且就像Java程序中任何其他對象一樣，是動態創建的。數組引用可以用在任何需要Object類型的引用的地方，Object中的任何方法，都可以在數組上調用。但是，在JVM里，數組是使用有別于對象的特殊字節碼來處理的。

就像任何其他對象一樣，數組不能被聲明為本地變量；只有數組引用可以。數組對象本身，總是包含一組原始類型或者一組對象引用。如果你聲明一個對象數組，你會得到一組對象引用。對象們自己必須用new顯式創建，并被賦值給數組的元素。

處理對象的字節碼

實例化新對象是通過操作碼new來實現的，它需要2個單字節的操作數。這2個單字節操作數合并成16位的常量池索引。常量池中對應的元素給出了新對象的類型信息。就像下面所展示的，JVM在堆上創建新的對象實例，并把它的引用壓入棧中。

接下來的表格，列出了存取對象字段（field）的字節碼。操作符putfield和getfield只負責處理實例變量。靜態變量使用putstatic和getstatic訪問，這個我們待會再說。操作符putfield和getfield都有2個單字節操作數，它們合并成16位的常量池索引。相應的常量池位置上存放著關于字段的類型，大小和偏移量的信息。putfield和getfield都會從棧中取得操作對象的引用。putfield從棧上獲取所要賦給實例變量的值，而getfield則把取到的實例變量的值壓進棧中。

如下表所示，靜態變量通過putstatic和getstatic來訪問。它們所擁有的2個單字節的操作數，會由JVM合并成16位的常量池索引。對應的常量池位置上存有靜態變量的相關信息。由于靜態變量不跟任何對象關聯，putstatic和getstatic也不會使用對象引用。putstatic從棧中取得所要附給靜態變量的值，而getstatic則把靜態變量的值壓入棧中。

下面的操作碼用來檢查棧頂的對象引用，是不是指向由操作數所索引的類或接口的實例。

當對象不是指定類或接口的實例時，checkcast指令會拋出CheckCastException異常；反之，checkcast什么也不做，對象引用仍保留在棧頂，繼續執行下一個指令。checkcast指令保證了運行時的類型轉換是安全的，它是JVM安全系統的一部分。

instanceof指令彈出棧頂的對象引用，最后把true或false壓入棧中。如果對象確實是指定類或接口的實例，則把true入棧；反之，false入棧。instanceof指令實現了Java語言中的instanceof關鍵字，它允許程序員測試一個對象是不是某個類或接口的實例。

處理數組的字節碼

可以通過指令newarray，anewarray，和multianewarray實例化數組。

newarray用來創建原始類型的數組，具體類型由它的單字節操作數指定。它可以創建的數組類型有byte，short，char，int，long，float，double和boolean。

anewarray創建對象引用數組，它的2個單字節操作數合并成16位常量池索引，由此獲取到要創建的包含在數組中的對象類型信息。anewarray為數組中的對象引用分配控件，并把它們都設置為null。

multianewarray用來分配多維數組（數組的數組），可以通過重復調用newarray和anewarray來實現。multianewarray指令只是簡單的把創建多維數組的多條字節碼壓縮成一個指令。它的開頭2個單字節操作數合并成常量池索引，由此獲取多維數組中的對象類型。第3個單字節操作數指明了多維數組的維數。至于每維的數組大小需從棧上獲取。該指令為多維數組中所有的數組分配空間。

下表列出的指令把棧頂的數組引用彈出，把它的長度壓入棧中。

下面的操作碼獲取數組中的元素。數組索引和數組引用從棧上彈出，數組中指定索引處的值被壓入棧中。

下表列出了把值存入數組元素中的操作碼。值、索引和數組引用均從棧頂彈出。

本文譯自：Objects and Arrays