Java虚拟机站之操作数栈

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环境:jdk1.8
 
首先来一张图看看jvm的运行时数据区如下(有个印象即可):
 
 
 
什么是操作数栈?
- 与局部变量表一样,均以字长为单位的数组。不过局部变量表用的是索引,操作数栈是弹栈/压栈来访问。操作数栈可理解为java虚拟机栈中的一个用于计算的临时数据存储区。
- 存储的数据与局部变量表一致含int、long、float、double、reference、returnType,操作数栈中byte、short、char压栈前(bipush)会被转为int。
- 数据运算的地方,大多数指令都在操作数栈弹栈运算,然后结果压栈。
- java虚拟机栈是方法调用和执行的空间,每个方法会封装成一个栈帧压入占中。其中里面的操作数栈用于进行运算,当前线程只有当前执行的方法才会在操作数栈中调用指令(可见java虚拟机栈的指令主要取于操作数栈)。
- int类型在-1~5、-128~127、-32768~32767、-2147483648~2147483647范围分别对应的指令是iconst、bipush、sipush、ldc(这个就直接存在常量池了)
 

举例一个加法过程:
public class Hello {
    public static void main(String[] args) {
        Hello hello = new Hello();
        int testVal = hello.test();
    }
 
    public int test() {
        //int类型
        int a = 5 + 10;      //验证直接相加在编译阶段已合并完结果
        int b = a + 3;        //探究变量与常量的相加过程
        b = b + 6;             //验证int不在-1~5,在-128~127范围的指令是bipush
        b = b + 128;         //验证int不在-128~127,在-32768~32767范围的指令是sipush
        b = b + 32768;     //验证int不在-32768~32767,在-2147483648~2147483647范围的指令是ldc(ldc:从常量池取并压栈,所以这个范围的int是存在常量池)
        //short                  //验证byte、short、char在操作数栈压栈前均会转为int
        short a_s = 5 + 10;
        short b_s = (short)(a_s + 3);
        //float类型            //以下验证float、double、String均是从常量池中取出(均使用了ldc、ldc_w、ldc2_w其中一个)
        float a_f = 5.00F + 10.00F;
        float b_f = a_f + 3.00F;
        //double类型
        double a_d = 5.00D + 10.00D;
        double b_d = a_d + 3.00D;
        //String类型
        String a_str = "a" + "b";
        String b_str = a_str + "c";
        return b;
    }
}
首先这个会保存在方法的Code 属性中,javac Hello.java编译,然后javap -verbose Hello.class反编译分析test()方法如下:
    Code:
      stack=4, locals=13, args_size=1
         0: bipush        15 //1 15压入操作数的栈顶(编译过程中5+10合并成15,并且由于15在-128-127范围,即用bipush压栈
         2: istore_1           //2  从栈顶弹出并压入局部变量表访问索引为1的Slot                                                                    弹栈入局部变量表
         3: iload_1            //3  将局部变量表中访问索引为1的Slot重新压入栈顶                                                                    局部变量表入栈
         4: iconst_3          //4  数值3压入操作数的栈顶(范围-1~5,即用指令iconst)                                                              压栈
         5: iadd                //5  将栈顶的前两个弹出并进行加法运算后将结果重新压入栈顶                                                     前两弹栈相加
         6: istore_2          //6   从栈顶弹出并压入局部变量表访问索引为2的Slot                                                                    弹栈入局部变量表
         7: iload_2            //7  将局部变量表中访问索引为2的Slot重新压入栈顶                                                                    局部变量表入栈
         8: bipush        6  //8  6压入操作数的栈顶(在-128-127范围,用bipush指令
        10: iadd
        11: istore_2
        12: iload_2
        13: sipush     128//9  128压入操作数的栈顶(-32768~32767范围,用sipush指令
        16: iadd
        17: istore_2
        18: iload_2
        19: ldc           #5  // int 32768  //10  128压入操作数的栈顶(-2147483648~2147483647范围,用ldc指令
        21: iadd
        22: istore_2
        23: bipush        15 //11  验证了short、byte、char压栈前都会转为int
        25: istore_3
        26: iload_3
        27: iconst_3
        28: iadd
        29: i2s
        30: istore        4
        32: ldc           #6   // float 15.0f //12  以下验证float、double、String均是从常量池中取出(均使用了ldc、ldc_w、ldc2_w其中一个)
        34: fstore        5
        36: fload         5
        38: ldc           #7                  // float 3.0f
        40: fadd
        41: fstore        6
        43: ldc2_w        #8                  // double 15.0d
        46: dstore        7
        48: dload         7
        50: ldc2_w        #10                 // double 3.0d
        53: dadd
        54: dstore        9
        56: ldc           #12                 // String ab
        58: astore        11
        60: new           #13                 // class java/lang/StringBuilder
        63: dup
        64: invokespecial #14                 // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
        67: aload         11
        69: invokevirtual #15                 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
        72: ldc           #16                 // String c
        74: invokevirtual #15                 // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
        77: invokevirtual #17                 // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
        80: astore        12
        82: iload_2
        83: ireturn                        //13  返回结果
 
参考文档:
https://blog.csdn.net/qq_20398345/article/details/81981373  (int数值范围对应的指令)
 
 
 

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