Java栈和局部变量操作

Java虚拟机是基于栈的机器，几乎所有Java虚拟机的指令都与操作数栈相关。栈操作包括把常量压入操作数栈、执行通用的栈操作、在操作数栈和局部变量之间往返传输值。

1常量入栈操作：

操作码在执行常量入栈操作之前，使用三种方式指明常量的值：常量值隐含包含在操作码内部、常量值在字节码中如同操作数一样跟随在操作码之后，或者从常量池中取出常量。

1.1常量值隐含包含在操作码内部：

将一个字长的常量压入栈

将两个字长的常量压入栈

给一个对象引用赋空值时会用到aconst_null指令

将空(null)对象引用压入栈

例如下面代码：

public class StackTest {

/**

* @param args

*/

public static void main(String[] args) {

// TODO Auto-generated method stub

int i = 0;

int j = 4;

int k;

k = i + j;

float a = 0;

float b = 1;

float c = a + b;

long x = 0;

long y = 1;

long z = x + y;

String string = null;

}

}

用javap工具查看其字节码为：

Compiled from "StackTest.java"

public class StackTest extends java.lang.Object{

public StackTest();

Code:

0: aload_0

1: invokespecial #8; //Method java/lang/Object."<init>":()V

4: return

public static void main(java.lang.String[]);

Code:

0: iconst_0 //常量int类型的0入栈

1: istore_1 //弹出栈顶元素0存入位置1的局部变量中

2: iconst_4 //常量int类型的4入栈

3: istore_2 //弹出栈顶元素4存入位置2的局部变量中

4: iload_1 //从位置为1的局部变量中取出元素int类型的0压入栈

5: iload_2 //从位置为2的局部变量中取出元素int类型的4压入栈

6: iadd //从栈顶弹出两个元素然后做加法，把结果压入栈

7: istore_3 //弹出栈顶元素4存入位置为3的局部变量中

8: fconst_0 //常量float类型的0入栈

9: fstore 4 //弹出栈顶元素0存入位置为4的局部变量中

11: fconst_1 //常量float类型的1入栈

12: fstore 5 //弹出栈顶元素1存入位置为5的局部变量中

14: fload 4 //从位置为4的局部变量中取出元素float类型的0压入栈

16: fload 5 //从位置为5的局部变量中取出元素float类型的1压入栈

18: fadd //从栈顶弹出两个元素然后做加法，把结果压入栈

19: fstore 6 //弹出栈顶元素1存入位置为3的局部变量中

21: lconst_0 //常量long类型的0入栈

22: lstore 7 // 弹出栈顶元素0存入位置为7和8的局部变量中

24: lconst_1 //常量long类型的1入栈

25: lstore 9 // 弹出栈顶元素0存入位置为9和10的局部变量中

27: lload 7 //从位置为7和8的局部变量中取出元素long类型的0压入栈

29: lload 9 //从位置为9和10的局部变量中取出元素long类型的1压入栈

31: ladd //从栈顶弹出两个元素然后做加法，把结果压入栈

32: lstore 11 //弹出栈顶元素1存入位置为11和12的局部变量中

34: aconst_null //将null对象引用压入栈

35: astore 13 //弹出栈顶元素null存入位置为13的局部变量中

37: return

}

1.2常量值在字节码中跟随在操作码之后：

将byte和short类型常量压入栈

1.3从常量池中取出常量

这三个操作码是从常量池中取出常量，然后将其压入栈，这些操作码的操作码表示常量池索引，Java虚拟机通过给定的索引查找相应的常量池入口，决定这些常量的类型和值，并把它们压入栈。

常量池索引是一个无符号值，ldc和ldc_w是把一个字长的项压入栈，区别在于：ldc的索引只有一个8位，只能指向常量池中1～255范围的位置。ldc_w的索引有16位，可以指向1～65535范围的位置。

例如下面代码：

public class StackTest {

/**

* @param args

*/

public static void main(String[] args) {

// TODO Auto-generated method stub

byte i = 125;

byte j = -128;

int k = i + j;

short a = 32767;

short b = - 32768;

int c = a + b;

int x = 2147483647;

int y = -2147483648;

int z = x + y;

long I = 2147483648L;

long J = -2147483649L;

long K = I + J;

}

}

用javap工具查看其字节码为：

Compiled from "StackTest.java"

public class StackTest extends java.lang.Object{

public StackTest();

Code:

0: aload_0

1: invokespecial #8; //Method java/lang/Object."<init>":()V

4: return

public static void main(java.lang.String[]);

Code:

0: bipush 125 //将byte类型的255转换成int类型压入栈

2: istore_1 //弹出栈顶元素255存入位置为1的局部变量中

3: bipush -128 //将byte类型的-128转换成int类型压入栈

5: istore_2 //弹出栈顶元素-128存入位置为2的局部变量中

6: iload_1 //取出位置为1的局部变量中的数压入栈

7: iload_2 //取出位置为2的局部变量中的数压入栈

8: iadd //从栈顶弹出两个元素然后做加法，把结果压入栈

9: istore_3 //弹出栈顶元素存入位置为3的局部变量中

10: sipush 32767 //将short类型的32767转换成int类型压入栈

13: istore 4 //弹出栈顶元素32767存入位置为4的局部变量中

15: sipush -32768 /将short类型的-32768转换成int类型压入栈

18: istore 5 //弹出栈顶元素-32768存入位置为5的局部变量中

20: iload 4 //取出位置为4的局部变量中的数压入栈

22: iload 5 //取出位置为5的局部变量中的数压入栈

24: iadd //从栈顶弹出两个元素然后做加法，把结果压入栈

25: istore 6 /弹出栈顶元素存入位置为6的局部变量中

27: ldc #16; //int 2147483647 //从常量池索引16的位置取出2147483647压入栈

29: istore 7 //弹出栈顶元素2147483647存入位置为4的局部变量中

31: ldc #17; //int -2147483648 //从常量池索引17的位置取出-2147483648压入栈

33: istore 8 //弹出栈顶元素-2147483648存入位置为8的局部变量中

35: iload 7 //取出位置为7的局部变量中的数压入栈

37: iload 8 //取出位置为8的局部变量中的数压入栈

39: iadd //从栈顶弹出两个元素然后做加法，把结果压入栈

40: istore 9 //弹出栈顶元素存入位置为9的局部变量中

42: ldc2_w #18; //long 2147483648l //从常量池索引18的位置取出long类型的2147483648L压入栈

45: lstore 10 //弹出栈顶元素2147483648L存入位置为10和11的局部变量中

47: ldc2_w #20; //long -2147483649l //从常量池索引20的位置取出long类型的-2147483649L压入栈

50: lstore 12 //弹出栈顶元素-2147483649L存入位置为12和13的局部变量中

52: lload 10 //取出位置为10和11的局部变量中的数压入栈

54: lload 12 //取出位置为12和13的局部变量中的数压入栈

56: ladd //从栈顶弹出两个元素然后做加法，把结果压入栈

57: lstore 14 //弹出栈顶元素存入位置为14和15的局部变量中

59: return

} 

2通用栈操作

1，dup：复制栈顶部的一个字长的内容。

栈：

前：......,word

后：......,word,word

2,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

栈：

前：......,word2,word1

后：......,word1,word2,word1

3,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

栈：

前：.......,word3,word2,word1

后：.......,word1,word3,word2,word1

4,dup2:复制栈顶部长度为两个字长的内容

栈：

前：......,word2,word1

后：......,word2,word1,word2,word1

5,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

栈:

前：......,word3,word2,word1

后：.......,word2,word1,word3,word2,word1

6,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

栈:

前：......,word4,word3,word2,word1

后：.......,word2,word1,word4,word3,word2,word1

7,pop:弹出栈顶端一个字长的内容

栈:

前：......,word

后：.......

8，pop2：弹出栈顶端两个字长的内容

栈:

前：......,word2,word1

后：.......

9，swap：交换栈顶端两个字的内容

栈:

前：......,word2,word1

后：.......,word1,word2

例如如下代码：

public class StackTest {

/**

* @param args

*/

public static void main(String[] args) {

// TODO Auto-generated method stub

String a;

String b;

a = new String("aaa");

b = new String("aaa");

}

}

用javap工具查看其字节码为：

Compiled from "StackTest.java"

public class StackTest extends java.lang.Object{

public StackTest();

Code:

0: aload_0

1: invokespecial #8; //Method java/lang/Object."<init>":()V

4: return

public static void main(java.lang.String[]);

Code:

0: new #16; //class java/lang/String

3: dup

4: ldc #18; //String aaa

6: invokespecial #20; //Method java/lang/String."<init>":(Ljava/lang/String;)V

9: astore_1

10: new #16; //class java/lang/String

13: dup

14: ldc #18; //String aaa

16: invokespecial #20; //Method java/lang/String."<init>":(Ljava/lang/String;)V

19: astore_2

20: return

}

3，把局部变量压入栈

将一个字长的局部变量压入栈

将两个字长的局部变量压入栈

将对象引用局部变量压入栈

4，弹出栈顶元素，将其赋给局部变量

弹出一个字长的值，将其赋给局部变量

弹出对象引用，并将其赋值给局部变量

5,wide指令

无符号8位局部变量索引，把方法中局部变量数的限制在256以下。一条单独的wide指令可以将8位的索引再扩展8位，就可以把局部变量数的限制扩展到65536.

跳转指令并不允许直接跳转到被wide指令修改过的操作码。

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《深入Java虚拟机学习笔记》- 第10章 栈和局部变量操作