03-字节码指令集

[toc]

1. 概述

2. 加载与存储指令

0ca8044c-f78d-4787-aeac-c986a35f9cdf
16e3afaf-b7d8-4a23-8897-9fe02586aafd 08e01fd0-a33e-47e4-8fd2-34c2935db71d

2.1. 局部变量压栈指令

iload 从局部变量中装载int类型值

lload 从局部变量中装载long类型值

fload 从局部变量中装载float类型值

dload 从局部变量中装载double类型值

aload 从局部变量中装载引用类型值（refernce）

iload_0 从局部变量0中装载int类型值

iload_1 从局部变量1中装载int类型值

iload_2 从局部变量2中装载int类型值

iload_3 从局部变量3中装载int类型值

lload_0 从局部变量0中装载long类型值

lload_1 从局部变量1中装载long类型值

lload_2 从局部变量2中装载long类型值

lload_3 从局部变量3中装载long类型值

fload_0 从局部变量0中装载float类型值

fload_1 从局部变量1中装载float类型值

fload_2 从局部变量2中装载float类型值

fload_3 从局部变量3中装载float类型值

dload_0 从局部变量0中装载double类型值

dload_1 从局部变量1中装载double类型值

dload_2 从局部变量2中装载double类型值

dload_3 从局部变量3中装载double类型值

aload_0 从局部变量0中装载引用类型值

aload_1 从局部变量1中装载引用类型值

aload_2 从局部变量2中装载引用类型值

aload_3 从局部变量3中装载引用类型值

iaload 从数组中装载int类型值

laload 从数组中装载long类型值

faload 从数组中装载float类型值

daload 从数组中装载double类型值

aaload 从数组中装载引用类型值

baload 从数组中装载byte类型或boolean类型值

caload 从数组中装载char类型值

saload 从数组中装载short类型值

局部变量压栈常用指令集

xload_n	xload_0	xload_1	xload_2	xload_3
iload_n	iload_0	iload_1	iload_2	iload_3
lload_n	lload_0	lload_1	lload_2	lload_3
fload_n	fload_0	fload_1	fload_2	fload_3
dload_n	dload_0	dload_1	dload_2	dload_3
aload_n	aload_0	aload_1	aload_2	aload_3

局部变量压栈指令剖析

public void load(int num, Object obj, long count, boolean flag, short[] arr) {
	System.out.println(num);
    System.out.println(obj);
    System.out.println(count);
    System.out.println(flag);
    System.out.println(arr);
}

2.2. 常量入栈指令

aconst_null 将null对象引用压入栈

iconst_m1 将int类型常量-1压入栈

iconst_0 将int类型常量0压入栈

iconst_1 将int类型常量1压入栈

iconst_2 将int类型常量2压入栈

iconst_3 将int类型常量3压入栈

iconst_4 将int类型常量4压入栈

iconst_5 将int类型常量5压入栈

lconst_0 将long类型常量0压入栈

lconst_1 将long类型常量1压入栈

fconst_0 将float类型常量0压入栈

fconst_1 将float类型常量1压入栈

dconst_0 将double类型常量0压入栈

dconst_1 将double类型常量1压入栈

bipush 将一个8位带符号整数压入栈

sipush 将16位带符号整数压入栈

ldc 把常量池中的项压入栈

ldc_w 把常量池中的项压入栈（使用宽索引）

ldc2_w 把常量池中long类型或者double类型的项压入栈（使用宽索引）

常量入栈常用指令集

xconst_n	范围	xconst_null	xconst_m1	xconst_0	xconst_1	xconst_2	xconst_3	xconst_4	xconst_5
iconst_n	[-1, 5]		iconst_m1	iconst_0	iconst_1	iconst_2	iconst_3	iconst_4	iconst_5
lconst_n	0, 1			lconst_0	lconst_1
fconst_n	0, 1, 2			fconst_0	fconst_1	fconst_2
dconst_n	0, 1			dconst_0	dconst_1
aconst_n	null, String literal, Class literal	aconst_null
bipush	一个字节，2⁸，[-2⁷, 2⁷ - 1]，即[-128, 127]
sipush	两个字节，2¹⁶，[-2¹⁵, 2¹⁵ - 1]，即[-32768, 32767]
ldc	四个字节，2³²，[-2³¹, 2³¹ - 1]
ldc_w	宽索引
ldc2_w	宽索引，long或double

常量入栈指令剖析

范围：const < push < ldc

437a717e-98e2-4847-b52e-e6632d0745a4
ffd7246e-2e46-41e0-9fd6-1e65ace5dbd1

类型	常数指令	范围
int(boolean,byte,char,short)	iconst	[-1, 5]
	bipush	[-128, 127]
	sipush	[-32768, 32767]
	ldc	any int value
long	lconst	0, 1
long	ldc	any long value
float	fconst	0, 1, 2
float	ldc	any float value
double	dconst	0, 1
double	ldc	any double value
reference	aconst	null
reference	ldc	String literal, Class literal

566b9397-5afe-4a3f-9e17-9ebf504dfc80
b59702d2-4c93-44df-87f1-01a5dfe53b61

2.3. 出栈装入局部变量表指令

istore 将int类型值存入局部变量

lstore 将long类型值存入局部变量

fstore 将float类型值存入局部变量

dstore 将double类型值存入局部变量

astore 将将引用类型或returnAddress类型值存入局部变量

istore_0 将int类型值存入局部变量0

istore_1 将int类型值存入局部变量1

istore_2 将int类型值存入局部变量2

istore_3 将int类型值存入局部变量3

lstore_0 将long类型值存入局部变量0

lstore_1 将long类型值存入局部变量1

lstore_2 将long类型值存入局部变量2

lstore_3 将long类型值存入局部变量3

fstore_0 将float类型值存入局部变量0

fstore_1 将float类型值存入局部变量1

fstore_2 将float类型值存入局部变量2

fstore_3 将float类型值存入局部变量3

dstore_0 将double类型值存入局部变量0

dstore_1 将double类型值存入局部变量1

dstore_2 将double类型值存入局部变量2

dstore_3 将double类型值存入局部变量3

astore_0 将引用类型或returnAddress类型值存入局部变量0

astore_1 将引用类型或returnAddress类型值存入局部变量1

astore_2 将引用类型或returnAddress类型值存入局部变量2

astore_3 将引用类型或returnAddress类型值存入局部变量3

iastore 将int类型值存入数组中

lastore 将long类型值存入数组中

fastore 将float类型值存入数组中

dastore 将double类型值存入数组中

aastore 将引用类型值存入数组中

bastore 将byte类型或者boolean类型值存入数组中

castore 将char类型值存入数组中

sastore 将short类型值存入数组中

wide指令

wide 使用附加字节扩展局部变量索引

出栈装入局部变量表常用指令集

xstore_n	xstore_0	xstore_1	xstore_2	xstore_3
istore_n	istore_0	istore_1	istore_2	istore_3
lstore_n	lstore_0	lstore_1	lstore_2	lstore_3
fstore_n	fstore_0	fstore_1	fstore_2	fstore_3
dstore_n	dstore_0	dstore_1	dstore_2	dstore_3
astore_n	astore_0	astore_1	astore_2	astore_3

出栈装入局部变量表指令剖析

3. 算术指令

整数运算

iadd 执行int类型的加法

ladd 执行long类型的加法

isub 执行int类型的减法

lsub 执行long类型的减法

imul 执行int类型的乘法

lmul 执行long类型的乘法

idiv 执行int类型的除法

ldiv 执行long类型的除法

irem 计算int类型除法的余数

lrem 计算long类型除法的余数

ineg 对一个int类型值进行取反操作

lneg 对一个long类型值进行取反操作

iinc 把一个常量值加到一个int类型的局部变量上

逻辑运算

移位操作

ishl 执行int类型的向左移位操作

lshl 执行long类型的向左移位操作

ishr 执行int类型的向右移位操作

lshr 执行long类型的向右移位操作

iushr 执行int类型的向右逻辑移位操作

lushr 执行long类型的向右逻辑移位操作

按位布尔运算

iand 对int类型值进行“逻辑与”操作

land 对long类型值进行“逻辑与”操作

ior 对int类型值进行“逻辑或”操作

lor 对long类型值进行“逻辑或”操作

ixor 对int类型值进行“逻辑异或”操作

lxor 对long类型值进行“逻辑异或”操作

浮点运算

fadd 执行float类型的加法

dadd 执行double类型的加法

fsub 执行float类型的减法

dsub 执行double类型的减法

fmul 执行float类型的乘法

dmul 执行double类型的乘法

fdiv 执行float类型的除法

ddiv 执行double类型的除法

frem 计算float类型除法的余数

drem 计算double类型除法的余数

fneg 将一个float类型的数值取反

dneg 将一个double类型的数值取反

算术指令集

算数指令		int(boolean,byte,char,short)	long	float	double
加法指令		iadd	ladd	fadd	dadd
减法指令		isub	lsub	fsub	dsub
乘法指令		imul	lmul	fmul	dmul
除法指令		idiv	ldiv	fdiv	ddiv
求余指令		irem	lrem	frem	drem
取反指令		ineg	lneg	fneg	dneg
自增指令		iinc
位运算指令	按位或指令	ior	lor
	按位或指令	ior	lor
	按位与指令	iand	land
	按位异或指令	ixor	lxor
比较指令			lcmp	fcmpg / fcmpl	dcmpg / dcmpl

注意：NaN(Not a Number)表示不是一个数字

算术指令举例

举例1

1
2
3

public static int bar(int i) {
	return ((i + 1) - 2) * 3 / 4;
}

a54c2ac8-dd36-49f4-a49d-9afd725e8365

举例2

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

举例3

public static void main(String[] args) {
	int x = 500;
	int y = 100;
	int a = x / y;
	int b = 50;
	System.out.println(a + b);
}

c43c0407-020f-4ec4-bd27-e4c109640b39
04282df1-4e52-4c3d-a47b-84023159b624

测定搞定++运算符

例子1：

例子2：

4. 类型转换指令

宽化类型转换

i2l 把int类型的数据转化为long类型

i2f 把int类型的数据转化为float类型

i2d 把int类型的数据转化为double类型

l2f 把long类型的数据转化为float类型

l2d 把long类型的数据转化为double类型

f2d 把float类型的数据转化为double类型

窄化类型转换

i2b 把int类型的数据转化为byte类型

i2c 把int类型的数据转化为char类型

i2s 把int类型的数据转化为short类型

l2i 把long类型的数据转化为int类型

f2i 把float类型的数据转化为int类型

f2l 把float类型的数据转化为long类型

d2i 把double类型的数据转化为int类型

d2l 把double类型的数据转化为long类型

d2f 把double类型的数据转化为float类型

	byte	char	short	int	long	float	double
int	i2b	i2c	i2s	○	i2l	i2f	i2d
long	l2i i2b	l2i i2c	l2i i2s	l2i	○	l2f	l2d
float	f2i i2b	f2i i2c	f2i i2s	f2i	f2l	○	f2d
double	d2i i2b	d2i i2c	d2i i2s	d2i	d2l	d2f	○

类型转换指令可以将两种不同的数值类型进行相互转换。这些转换操作一般用于实现用户代码中的显式类型转換操作，或者用来处理字节码指令集中数据类型相关指令无法与数据类型一一对应的问题。

4.1. 宽化类型转换剖析

宽化类型转换( Widening Numeric Conversions)

转换规则

Java虚拟机直接支持以下数值的宽化类型转换（ widening numeric conversion,小范围类型向大范围类型的安全转换）。也就是说，并不需要指令执行，包括

从int类型到long、float或者 double类型。对应的指令为：i21、i2f、i2d

从long类型到float、 double类型。对应的指令为：i2f、i2d

从float类型到double类型。对应的指令为：f2d

简化为：int–>long–>float-> double

精度损失问题

2.1. 宽化类型转换是不会因为超过目标类型最大值而丢失信息的，例如，从int转换到long,或者从int转换到double,都不会丢失任何信息，转换前后的值是精确相等的。

2.2. 从int、long类型数值转换到float,或者long类型数值转换到double时，将可能发生精度丢失一一可能丢失掉几个最低有效位上的值，转换后的浮点数值是根据IEEE754最接近含入模式所得到的正确整数值。

尽管宽化类型转换实际上是可能发生精度丢失的，但是这种转换永远不会导致Java虚拟机抛出运行时异常

补充说明

**从byte、char和 short类型到int类型的宽化类型转换实际上是不存在的。**对于byte类型转为int,拟机并没有做实质性的转化处理，只是简单地通过操作数栈交換了两个数据。而将byte转为long时，使用的是i2l,可以看到在内部，byte在这里已经等同于int类型处理，类似的还有 short类型，这种处理方式有两个特点：

一方面可以减少实际的数据类型，如果为 short和byte都准备一套指令，那么指令的数量就会大増，而虚拟机目前的设计上，只愿意使用一个字节表示指令，因此指令总数不能超过256个，为了节省指令资源，将 short和byte当做int处理也在情理之中。

另一方面，由于局部变量表中的槽位固定为32位，无论是byte或者 short存入局部变量表，都会占用32位空间。从这个角度说，也没有必要特意区分这几种数据类型。

举例分析：

4.2. 窄化类型转换剖析

窄化类型转换( Narrowing Numeric Conversion)

转换规则

Java虚拟机也直接支持以下窄化类型转换：

从主int类型至byte、 short或者char类型。对应的指令有：i2b、i2c、i2s

从long类型到int类型。对应的指令有：l2i

从float类型到int或者long类型。对应的指令有：f2i、f2l

从double类型到int、long或者float类型。对应的指令有：d2i、d2l、d2f

精度损失问题

窄化类型转换可能会导致转换结果具备不同的正负号、不同的数量级，因此，转换过程很可能会导致数值丢失精度。

尽管数据类型窄化转换可能会发生上限溢出、下限溢出和精度丢失等情况，但是Java虚拟机规范中明确规定数值类型的窄化转换指令永远不可能导致虚拟机抛出运行时异常

补充说明

3.1. 当将一个浮点值窄化转换为整数类型T(T限于int或long类型之一)的时候，将遵循以下转换规则：

如果浮点值是NaN,那转换结果就是int或long类型的0.

如果浮点值不是无穷大的话，浮点值使用IEEE754的向零含入模式取整，获得整数值Vv如果v在目标类型T(int或long)的表示范围之内，那转换结果就是v。否则，将根据v的符号，转换为T所能表示的最大或者最小正数

3.2. 当将一个double类型窄化转换为float类型时，将遵循以下转换规则

通过向最接近数舍入模式舍入一个可以使用float类型表示的数字。最后结果根据下面这3条规则判断

如果转换结果的绝对值太小而无法使用float来表示，将返回float类型的正负零

如果转换结果的绝对值太大而无法使用float来表示，将返回float类型的正负无穷大。

对于double类型的NaN值将按规定转換为float类型的NaN值。

精度损失的举例：

测试NaN，无穷大的情况：

5. 对象的创建与访问指令

对象操作指令

new 创建一个新对象

getfield 从对象中获取字段

putfield 设置对象中字段的值

getstatic 从类中获取静态字段

putstatic 设置类中静态字段的值

checkcast 确定对象为所给定的类型。后跟目标类，判断栈顶元素是否为目标类 / 接口的实例。如果不是便抛出异常

instanceof 判断对象是否为给定的类型。后跟目标类，判断栈顶元素是否为目标类 / 接口的实例。是则压入 1，否则压入 0

数组操作指令

newarray 分配数据成员类型为基本上数据类型的新数组

anewarray 分配数据成员类型为引用类型的新数组

arraylength 获取数组长度

multianewarray 分配新的多维数组

Java是面向对象的程序设计语言，虚拟机平台从字节码层面就对面向对象做了深层次的支持。有一系列指令专门用于对象操作，可进一步细分为创建指令、字段访问指令、数组操作指令、类型检查指令。

5.1. 创建指令

创建指令	含义
new	创建类实例
newarray	创建基本类型数组
anewarray	创建引用类型数组
multilanewarra	创建多维数组

5.2. 字段访问指令

字段访问指令	含义
getstatic、putstatic	访问类字段（static字段，或者称为类变量）的指令
getfield、 putfield	访问类实例字段（非static字段，或者称为实例变量）的指令

5.3. 数组操作指令

数组指令	byte(boolean)	char	short	long	long	float	double	reference
xaload	baload	caload	saload	iaload	laload	faload	daload	aaload
xastore	bastore	castore	sastore	iastore	lastore	fastore	dastore	aastore

5.4. 类型检查指令

类型检查指令	含义
instanceof	检查类型强制转换是否可以进行
checkcast	判断给定对象是否是某一个类的实例

6. 方法调用与返回指令

方法调用指令

invokcvirtual 运行时按照对象的类来调用实例方法

invokespecial 根据编译时类型来调用实例方法

invokestatic 调用类（静态）方法

invokcinterface 调用接口方法

方法返回指令

ireturn 从方法中返回int类型的数据

lreturn 从方法中返回long类型的数据

freturn 从方法中返回float类型的数据

dreturn 从方法中返回double类型的数据

areturn 从方法中返回引用类型的数据

return 从方法中返回，返回值为void

6.1. 方法调用指令

方法调用指令	含义
invokevirtual	调用对象的实例方法
invokeinterface	调用接口方法
invokespecial	调用一些需要特殊处理的实例方法，包括实例初始化方法（构造器）、私有方法和父类方法
invokestatic	调用命名类中的类方法（static方法）
invokedynamic	调用动态绑定的方法

6.2. 方法返回指令

方法返回指令	void	int	long	float	double	reference
xreturn	return	ireturn	lreturn	freutrn	dreturn	areturn

public int methodReturn() {
    int i = 500;
    int j = 200;
    int k = 50;
    
    return (i + j) / k;
}

7. 操作数栈管理指令

通用(无类型）栈操作

nop 不做任何操作

pop 弹出栈顶端一个字长的内容

pop2 弹出栈顶端两个字长的内容

dup 复制栈顶部一个字长内容

dup_x1 复制栈顶部一个字长的内容，然后将复制内容及原来弹出的两个字长的内容压入栈

dup_x2 复制栈顶部一个字长的内容，然后将复制内容及原来弹出的三个字长的内容压入栈

dup2 复制栈顶部两个字长内容

dup2_x1 复制栈顶部两个字长的内容，然后将复制内容及原来弹出的三个字长的内容压入栈

dup2_x2 复制栈顶部两个字长的内容，然后将复制内容及原来弹出的四个字长的内容压入栈

swap 交换栈顶部两个字长内容

8. 控制转移指令

比较指令

lcmp 比较long类型值

fcmpl 比较float类型值（当遇到NaN时，返回-1）

fcmpg 比较float类型值（当遇到NaN时，返回1）

dcmpl 比较double类型值（当遇到NaN时，返回-1）

dcmpg 比较double类型值（当遇到NaN时，返回1）

条件分支指令

ifeq 如果等于0，则跳转

ifne 如果不等于0，则跳转

iflt 如果小于0，则跳转

ifge 如果大于等于0，则跳转

ifgt 如果大于0，则跳转

ifle 如果小于等于0，则跳转

比较条件分支指令

if_icmpeq 如果两个int值相等，则跳转

if_icmpne 如果两个int类型值不相等，则跳转

if_icmplt 如果一个int类型值小于另外一个int类型值，则跳转

if_icmpge 如果一个int类型值大于或者等于另外一个int类型值，则跳转

if_icmpgt 如果一个int类型值大于另外一个int类型值，则跳转

if_icmple 如果一个int类型值小于或者等于另外一个int类型值，则跳转

ifnull 如果等于null，则跳转

ifnonnull 如果不等于null，则跳转

if_acmpeq 如果两个对象引用相等，则跳转

if_acmpne 如果两个对象引用不相等，则跳转

多条件分支跳转指令

tableswitch 通过索引访问跳转表，并跳转

lookupswitch 通过键值匹配访问跳转表，并执行跳转操作

无条件跳转指令

goto 无条件跳转

goto_w 无条件跳转（宽索引）

8.1. 比较指令

比较指令的作用是比较占栈顶两个元素的大小，并将比较结果入栽。

比较指令有： dcmpg,dcmpl、 fcmpg、fcmpl、lcmp

与前面讲解的指令类似，首字符d表示double类型，f表示float,l表示long.

对于double和float类型的数字，由于NaN的存在，各有两个版本的比较指令。以float为例，有fcmpg和fcmpl两个指令，它们的区别在于在数字比较时，若遇到NaN值，处理结果不同。

指令dcmpl和 dcmpg也是类似的，根据其命名可以推测其含义，在此不再赘述。

举例

指令 fcmp和fcmpl都从中弹出两个操作数，并将它们做比较，设栈顶的元素为v2,顶顺位第2位的元素为v1,

若v1=v2, 则压入0；若v1>v2则压入1；若v1<v2则压入-1.

两个指令的不同之处在于，如果遇到NaN值， fcmpg会压入1,而fcmpl会压入-1

8.2. 条件跳转指令

<	<=	==	!=	>=	>	null	not null
iflt	ifle	ifeq	ifng	ifge	ifgt	ifnull	ifnonnull

8.3. 比较条件跳转指令

<	<=	==	!=	>=	>
if_icmplt	if_icmple	if_icmpeq、if_acmpeq	if_icmpne、if_acmpne	if_icmpge	if_icmpgt

8.4. 多条件分支跳转

8.5. 无条件跳转

9. 异常处理指令

异常处理指令

athrow 抛出异常或错误。将栈顶异常抛出

jsr 跳转到子例程

jsr_w 跳转到子例程（宽索引）

rct 从子例程返回

10. 同步控制指令

线程同步

montiorenter 进入并获取对象监视器。即：为栈顶对象加锁

monitorexit 释放并退出对象监视器。即：为栈顶对象解锁

Java虚拟机支持两种同步结构：方法级的同步（同步方法）和 方法内部一段指令序列的同步（方法内使用的同步代码块），这两种同步都是使用monitor监听器来支持的

10.1. 方法级的同步

private int i = 0;
public synchronized void add() {
	i++;
}

其然乐衣

1. 概述

2. 加载与存储指令

2.1. 局部变量压栈指令

局部变量压栈常用指令集

局部变量压栈指令剖析

2.2. 常量入栈指令

常量入栈常用指令集

常量入栈指令剖析

2.3. 出栈装入局部变量表指令

出栈装入局部变量表常用指令集

出栈装入局部变量表指令剖析

3. 算术指令

整数运算

逻辑运算

移位操作

按位布尔运算

浮点运算

算术指令集

算术指令举例

举例1

举例2

举例3

测定搞定++运算符

4. 类型转换指令

宽化类型转换

窄化类型转换

4.1. 宽化类型转换剖析

4.2. 窄化类型转换剖析

5. 对象的创建与访问指令

对象操作指令

数组操作指令

5.1. 创建指令

5.2. 字段访问指令

5.3. 数组操作指令

5.4. 类型检查指令

6. 方法调用与返回指令

方法调用指令

方法返回指令

6.1. 方法调用指令

6.2. 方法返回指令

7. 操作数栈管理指令

通用(无类型）栈操作

8. 控制转移指令

比较指令

条件分支指令

比较条件分支指令

多条件分支跳转指令

无条件跳转指令