上善若水
          In general the OO style is to use a lot of little objects with a lot of little methods that give us a lot of plug points for overriding and variation. To do is to be -Nietzsche, To bei is to do -Kant, Do be do be do -Sinatra
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          Java二進制指令代碼以以下格式緊湊排列(opcode占一個字節):

          opcode operand*

          除了tableswitchlookupswitch兩條指令中間存在填充字節以外,其他指令都沒有填充字節,即使在兩條指令之間也沒有。因而在讀取指令的時候,要根據指令的定義讀取。 

          通過對上面Java指令集的分析可以知道,Java指令集中很大一部分沒有操作數,因而對這部分指令,只需要讀取一個字節的操作碼,將操作碼映射成助記符即可。 

          而對其他帶操作數的指令,則需要根據不同類型分析(由于apache中的bcelBinary Code Engineering Library)對字節碼的支持,操作碼和助記符的映射可以用com.sun.org.apache.bcel.internal.Constats中提供的映射表數組來完成)。

          1.       處理兩條特殊的指令tableswitchlookupswitch指令。

          對這兩條指令,首先都要去掉填充字符以使defaultbyte1索引號是字對齊的。

              private static void make4ByteAlignment(ByteSequence codes) {

                 int usedBytes = codes.getIndex() % 4;

                 int paddingBytes = (usedBytes == 0) ? 0 : 4 - usedBytes;

                 for(int i = 0;i < paddingBytes;i++) {

                     codes.readByte();

                 }

          }

          tableswitch指令,讀取defaultoffset值,最小項的值,最大項的值以及在最小項和最大項之間每一項的offset值。并且將讀取到的offset值和當前指令的基地址相加:

                     int defaultOffset1 = baseOffset + codes.readInt();

                     builder.append("\tdefault = #" + defaultOffset1);

                     int low = codes.readInt();

                     int high = codes.readInt();

                     int npair1 = high - low + 1;

                     builder.append(", npairs = " + npair1 + "\n");

                     for(int i = low;i <= high;i++) {

                        int match = i;

                        offset = baseOffset + codes.readInt();

                        builder.append(String.format("\tcase %d : #%d\n", match, offset));

                  }

           

          lookupswitch指令,讀取defaultoffset值,鍵值對數值(npairs),以及npairs對的鍵值對,將得到的offset值和當前指令的基地址相加:

                     int defaultOffset2 = baseOffset + codes.readInt();

                     builder.append("\tdefault = #" + defaultOffset2);

                     int npairs2 = codes.readInt();

                     builder.append(", npairs = " + npairs2 + "\n");

                     for(int i = 0;i < npairs2;i++) {

                        int match = codes.readInt();

                        offset = baseOffset + codes.readInt();

                        builder.append(String.format("\tcase %d : #%d\n", match, offset));

                  }

           

          2.       所有條件跳轉指令都有兩個字節的偏移量操作數(if<cond>, if_icmp<cond>, ifnull, ifnonnull, if_acmp<cond>)。無條件跳轉指令goto和子例程跳轉指令jsr也都是兩個字節的偏移量作為操作數。

          offset = baseOffset + codes.readShort();

          builder.append(String.format("\t\t#%d\n", offset));

           

          3.       對寬偏移量的跳轉指令goto_w和子例程跳轉指令jsr_w的操作數是四個字節的偏移量。

          offset = baseOffset + codes.readInt();

          builder.append(String.format("\t\t#%d\n", offset));

           

          4.       wide指令,則繼續讀取下一條指令,并將wide參數設置為true

          byteCodeToString(codes, pool, verbose, true);

           

          5.       還有一些指令值以一個字節的局部變量索引號作為操作數的,如果有wide修飾,則用兩個字節作為操作數,代表局部變量索引號。這樣的指令有:aload, iload, fload, lload, dload, astore, istore, fstore, lstore, dstore, ret

          if(wide) {

              index = codes.readUnsignedShort();

          } else {

              index = codes.readUnsignedByte();

          }

          builder.append(String.format("\t\t%%%d\n", index));

          6.       iinc指令,以一個字節的局部變量索引號和一個自己的常量作為參數;如果以wide修飾,則該指令的局部變量索引號和常量都占兩個字節。

              if(wide) {

                 index = codes.readUnsignedShort();

                 constValue = codes.readShort();

              } else {

                 index = codes.readUnsignedByte();

                 constValue = codes.readByte();

              }

          builder.append(String.format("\t\t%d %d\n", index, constValue));

           

          7.       對象操作指令,它們的操作數都是常量池中的索引,長度為兩個字節。指向CONSTANT_Class_info類型的結構,這些指令有new, checkcast, instanceof, anewarray

          index = codes.readUnsignedShort();

          builder.append("\t\t" + pool.getClassInfo(index).toInstructionString(verbose) + "\n");

           

          8.       所有字段操作指令,它們的操作數都是常量池中的索引,長度為兩個字節。指向CONSTANT_Fieldref_info類型結構,這些指令有getfield, putfield, getstatic, putstatic

          index = codes.readUnsignedShort();

          builder.append("\t\t" + pool.getFieldRefInfo(index).toInstructionString(verbose) + "\n");

           

          9.       非接口方法調用指令,也都是以兩個字節的索引號作為操作數,指向常量池中的CONSTANT_Methodref_info類型結構,這些指令有invokespecial, invokevirtual, invokestatic

          index = codes.readUnsignedShort();

          builder.append("\t\t" + pool.getMethodRefInfo(index).toInstructionString(verbose) + "\n");

           

          10.   接口方法調用指令invokeinterface,它有四個字節的操作數,前兩個字節為常量池的索引號,指向CONSTANT_InterfaceMethodref_info類型,第三個字節為count,表示參數的字節數,最后一個字節為0值。

          index = codes.readUnsignedShort();

          int nargs = codes.readUnsignedByte(); //Historical, redundant

          builder.append("\t\t" + pool.getInterfaceMethodRefInfo(index).toInstructionString(verbose));

          builder.append(" : " + nargs + "\n");

          codes.readUnsignedByte(); //reserved should be zero

           

          11.   基本類型的數組創建指令newarray,它的操作數為一個字節的類型標識。

          String type = Constants.TYPE_NAMES[codes.readByte()];

          builder.append(String.format("\t\t(%s)\n", type));

           

          12.   多維數組的創建指令multianewarray,它有三個字節的操作數,前兩個字節為索引號,指向CONSTANT_Class_info類型,表示數組的類型,最后一個字節指定數組的維度。

          index = codes.readUnsignedShort();

          int dimensions = codes.readUnsignedByte();

          builder.append(String.format("\t\t%s (%d)\n", pool.getClassInfo(index).getName(), dimensions));

           

          13.   常量入棧指令ldc,以一個字節的索引號作為參數,指向CONSTANT_Integer_infoCONSTANT_Float_infoCONSTANT_String_infoCONSTANT_Class_info類型,表示要入棧的常量值(int類型值、float類型值、String引用類型值或對象引用類型值)。

          index = codes.readUnsignedByte();

          builder.append("\t\t" + pool.getPoolItem(index).toInstructionString(verbose) + "\n");

           

          14.   寬索引的常量入棧指令ldc_w,以兩個字節的索引號作為參數,指向CONSTANT_Integer_infoCONSTANT_Float_infoCONSTANT_String_infoCONSTANT_Class_info類型,表示要入棧的常量值(int類型值、float類型值、String引用類型值或對象引用類型值)。

          index = codes.readUnsignedShort();

          builder.append("\t\t" + pool.getPoolItem(index).toInstructionString(verbose) + "\n");

           

          15.   寬索引的常量入棧指令ldc2_w,以兩個字節的索引號作為參數,指向CONSTANT_Long_infoCONSTANT_Double_info類型,表示要入棧的常量值(long類型值、double類型值)。

          index = codes.readUnsignedShort();

          builder.append("\t\t" + pool.getPoolItem(index).toInstructionString(verbose) + "\n");

           

          16.   bipush指令,以一個字節的常量作為操作數。

          byte constByte = codes.readByte();

          builder.append(“\t” + constByte);

           

          17.   sipush指令,以兩個字節的常量作為操作數。

          short constShort = codes.readShort();

          builder.append(“\t” + constShort);

           

          以上還有一些沒有完成的代碼,包括字段(方法)的簽名和描述符沒有解析,有一些解析的格式還需要調整等。不管怎么樣,總體的結構就是這樣了,其它的都是細節問題,這里不討論了。 

          參見bcel項目的org.apache.bcel.classfile.Utility類.

          2010年10月6日

          posted on 2011-09-13 00:05 DLevin 閱讀(3831) 評論(1)  編輯  收藏 所屬分類: 深入JVM

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          # re: Java字節碼(.class文件)的代碼解析
          2011-09-13 09:04 | tb
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