第五章 指令集和直譯器

本章基於第三章（解析.class檔案）和第四章（執行時資料區），編寫一個建議的直譯器。

5.1 位元組碼和指令集

每一個類或者介面都可以被Java編譯器編譯成為一個.class檔案，類或介面的方法資訊就放在.class檔案的method_info結構中。如果方法不是抽象的，也不是本地方法，方法的Java程式碼就會被編譯器便已成為位元組碼（即使是空的，也有回一條return語句），存放在method_info的Code屬性。

JVM每條指令都以一個單位元組的操作碼開頭。即：操作碼最多有256個。每條操作碼都有對應的助記符。操作碼後面可以跟零位元組或多位元組的運算元。比如：getstatic，如果其運算元是0x0002，表示常量池的第二個常量。為了讓編碼後的位元組碼更加緊湊，很多操作碼本身就隱含了運算元。比如：iconst_0表示把常數0推入運算元棧。

運算元棧和區域性變量表只存放資料的值，並不記錄資料型別。那麼，指令必須要知道自己在操作什麼型別的資料。比如：iadd就是對int值進行加法。

助記符首字母及對應的java資料型別:a(reference)，b(byte)，c(char)，d(double)，f(float)，i(int)，l(long)，s(short)。

指令按照用途分為11類：常量(constants)指令，載入(loads)指令，儲存(stores)指令，運算元棧(stack)指令，數學(math)指令，轉化(conversions)指令，比較(comparies)指令，控制(control)指令，引用(references)指令，擴充套件(extended)指令，保留(reserved)指令。

5.2 指令和指令解碼

java虛擬機器直譯器的大致邏輯：

do {
    atomically calculate pc and fetch opcode at pc;
    if(operands) fetch operands;
    execute the action for the opcode;
} while(there is more to do);

那麼我們需要一個結構體來抽象指令。基於這個結構暫時提供四種實現：NoOperandsInstruction、BranchInstruction（需要有一個offset欄位表示位移）、Index8Instruction（需要一個Index欄位。適用於儲存和載入指令。他們都需要按照單位元組索引存取區域性變數）、Index16Instruction（需要一個Index欄位適用於某些訪問執行時常量池的指令。常量池索引是兩位元組）。

位元組碼閱讀器。他需要有一個標誌記錄已經讀到了哪個位元組。我們把它成為pc。另外他需要得到方法位元組碼的全部內容。

各個指令按照其具體意義實現：

常量指令把常量推入運算元棧頂。常量來自與三個地方：隱含在操作碼裡（const系列），運算元和執行時常量池（ldc系列）。另外加上nop指令（啥也不幹）。

載入指令從區域性變量表獲取變數，然後推入運算元棧。

儲存指令把變數運算元棧頂彈出，存入區域性變量表。

棧指令直接對運算元棧進行操作。

數學指令包括算術指令、位移指令和布林運算指令。

型別轉化指令大致對應java語言中的基本型別強制型別轉換操作。

比較指令分為：1.比較結果推入運算元棧頂，2.根據比較結果跳轉。（a>b,結果為1；a==b,結果為0；a<b,結果為-1）。

控制指令：return系列和goto,tableswitch和lookupswitch。

擴充套件指令：multianewarry建立多維陣列；wide指令拓展前述指令；ifnull,ifnonnull根據引用是否是null進行跳轉；goto_w。

5.3 直譯器

1.能夠得到Code屬性。

2.執行方法需要的區域性變數，運算元棧空間以及方法位元組碼。

3.要先建立一個Thread例項。

4.要建立一個幀，並推入虛擬機器棧頂。

5.執行。

6.迴圈執行位元組碼：計算PC，解碼指令，執行指令。

5.4 Go語言語法

Go位移操作符右側必須是無符號整數。

Go語言沒有Java中的>>>操作符，為了達到目的，需要把value轉化成為無符號整數，位移操作之後，在轉回有符號整數。