JVM 指令02__算术指令

一、概述

1.1、作用

算术指令用于对操作数栈栈顶的元素(如果运算只包含一个操作数,那么该元素就是栈顶的元素,如果有两个操作数,那么就是栈顶和次栈顶的元素)进行某种特定的运算,并把运算的结果重新压入操作数栈

1.2、分类

大体上来说,算术指令可以分为两大类,一类是对 整数类型 的数据进行运算的指令,另外一类是对 浮点数类型 的数据进行运算的指令

1.3、运算类型

在 Jvm 中没有直接支持 byte、short、char、boolean 类型的算术指令,对于这些数据类型统一使用 int 类型的指令来进行处理,Java 虚拟机中的实际类型和参与运算类型的对照表如下

二、指令

加法指令: iadd、fadd、dadd、ladd

减法指令: isub、fsub、dsub、lsub

乘法指令: imul、fmul、dmul、lmul (mul 是 multiply 的简写,代表乘法的意思)

除法指令: idiv、fdiv、ddiv、ldiv (div 是 divide 的简写,代表除法的意思)

求余指令: irem、frem、drem、lrem (rem 是 remainder 的简写,代表除法的意思)

取反指令: ineg、fneg、dneg、lneg(neg 是 negation 的简写,代表取反的意思)

自增指令: iinc (注意该指令只针对 int 类型的数据,其它类型的数据自增不使用 iinc 指令,使用的与常数 1 相加的操作,iinc 是在局部变量表上直接做自增的操作,并不是在操作数栈上做自增的操作)

三、案例

3.1、i++ 和 ++i 的区别

public void method() {
    int i = 10;
    i++;
}

编译之后的字节码指令如下

public void method() {
    int i = 10;
    ++i;
}

可以看出如果不做赋值操作的情况下 i++ 和 ++i 的字节码指令是一样的,所以我们最常见的 for 循环代码,下面两种写法是等价的

// 写法 1
for (int i = 0; i < 10; i++) { }
// 写法 2
for (int i = 0; i < 10; ++i) { }

3.2、i++ 和 ++i 做赋值操作

public void method() {
    int i = 0;
    i = i++;
    System.out.println(i);
}

对应的字节码文件

指令分析过程

指令 1、iconst_0: 将常数 0 压入操作数栈栈顶的位置

指令 2、istore_1: 将操作数栈栈顶的元素 0 弹出操作数栈,存入 slot1 位置

指令 3、iload_1: 将局部变量表 slot1 中的变量压入操作数栈栈顶位置

指令 4、iinc 1 by 1: 将 slot1 中存储的变量做 +1 操作

指令 5、istore_1: 将操作数栈栈顶的元素 0 弹出操作数栈,存储在局部变量表 slot1 位置

指令 6、getstatic: 获取静态字段 System.out,并将其压入操作数栈当中

指令 7、将局部变量表中 slot1 位置的元素压入操作数栈栈顶位置

指令 8、将操作数栈中的 0 和 System.out 弹出操作数栈,并调用 println() 方法进行打印输出操作,此时输出的结果为 0 

然后将 i++ 换成 ++i 

public void method() {
    int i = 0;
    i = ++i;
    System.out.println(i);
}

对应的字节码文件

指令分析过程

指令 1、iconst_0: 将常数 0 压入操作数栈栈顶的位置

指令 2、istore_1: 将操作数栈栈顶的元素 0 弹出操作数栈,存入 slot1 位置

指令 3、iinc 1 by 1: 将局部变量表 slot1 位置的变量做 +1 操作

指令 4、iload_1: 将局部变量表中 slot1 位置的变量压入操作数栈栈顶位置

指令 5、istore_1: 将操作数栈栈顶的元素 1 弹出操作数栈,存放在局部变量表 slot1 位置

指令 6、getstatic: 获取静态字段 System.out,并将其压入操作数栈当中

指令 7、将局部变量表中 slot1 位置的元素压入操作数栈栈顶位置

指令 8、将操作数栈中的 1 和 System.out 弹出操作数栈,并调用 println() 方法进行打印输出操作,此时输出的结果为 1

从上面字节码的执行过程中可以看出 i++ 和 ++i 的区别

i++: 局部变量表中的操作数 0 先入操作数栈,然后再在局部变量表上做自增操作变成 1,最后给 i 赋值的时候操作数栈中的 0 覆盖了局部变量表中的 1,最终结果为 0 (先入操作数栈,然后在局部变量表自增 1)

++i: 局部变量表中的操作数先做自增操作变成 1,然后将 1 压入操作数栈中,最后给 i 赋值的时候操作数栈中的 1 覆盖了局部变量表中的 1,最终结果为 1 (先在局部变量表自增 1,然后再入操作数栈)

3.3、综合案例

public static void method() {
    int i = 0;
    i = i++ + ++i;
    System.out.println(i);
}

上述代码编译之后反解析后的字节码指令如下

 0 iconst_0
 1 istore_1
 2 iload_1
 3 iinc 1 by 1
 6 iinc 1 by 1
 9 iload_1
10 iadd
11 istore_1
12 getstatic #2 <java/lang/System.out : Ljava/io/PrintStream;>
15 iload_1
16 invokevirtual #3 <java/io/PrintStream.println : (I)V>
19 return

method 是非静态方法,所以该方法栈帧的局部变量表第一个槽位(slot0)存放的是 this 指针的内存地址值,除了 this 指针外整个方法只有一个 int 类型的局部变量 i,故局部变量表的最大槽位数为 2,方法中只有加法操作,所以操作数栈的最大深度为 2

指令 1、iconst_0: 将 int 类型的常数 0 压入操作数栈

指令 2、istore_1: 将操作数栈的栈顶元素(0)弹出操作数栈,然后存放在局部变量表索引下标为 1 的位置(slot1 槽位)

指令 3、iload_1: 将局部变量表 slot1 的变量值压入操作数栈的栈顶位置

指令 4、iinc 1 by 1: 将局部变量表下标为 1 的变量做加 1 操作

指令 5、iinc 1 by 1: 将局部变量表下标为 1 的变量做加 1 操作

指令 6、iload_1: 将局部变量表下标为 1 的槽位中的变量压入操作数栈的栈顶位置,原先已经在栈位置的常数 0 就会被压入到次栈顶的位置

指令 7、iadd: 将位于栈顶的操作数 2 和位于次栈顶的操作数 0 弹出操作数栈,执行加法计算,计算完成之后将结果重新存回操作数栈的栈顶位置

指令 8、istore_1: 将位于操作数栈栈顶位置的元素 2 弹出操作数栈,存入局部变量表 slot1 位置

指令 9、getstatic: 获取静态字段 System.out,并将其压入操作数栈当中

指令 10、iload_1: 将局部变量表 slot1 中的变量压入操作数栈当中

指令 11、invokevirtual: 将操作数栈中的 System.out 和 2 弹出操作数栈,调用 println() 方法进行打印

综上分析,上述代码执行之后 i 的值为 2

原文地址：http://www.cnblogs.com/xiaomaomao/p/16930829.html