JVM指令分析例項五（運算元棧）
本篇為《JVM指令分析例項》的第五篇，相關例項均使用Oracle JDK 1.8編譯，並使用javap生成位元組碼指令清單。
前幾篇傳送門：
ofollow,noindex" target="_blank">JVM指令分析例項一（常量、區域性變數、for迴圈）
預備知識
區域性變量表的變數槽（Variable Slot）
區域性變量表的容量以變數槽（Variable Slot）為最小單位， 虛擬機器規範中並沒有明確指明一個Slot應占用的記憶體空間大小 。
每個Slot能存放一個boolean、byte、char、short、int、float、reference或returnAddress型別的資料。
reference型別表示對一個物件例項的引用， 虛擬機器規範沒有說明它的長度及結構 。
returnAddress型別目前已經很少見了，它是為位元組碼指令jsr、jsr_w和ret服務的，指向了一條位元組碼指令的地址。
對於64位的資料型別（long、double），虛擬機器會以高位對齊的方式為其分配兩個連續的Slot空間。
運算元棧管理指令
複製指令例項程式碼
package jvm.specification.se8.chapter3;
public class NextIndex {
private long index = 0;
public long nextIndex() {
return index++;
}
}
位元組碼指令序列
public long nextIndex()： 0: aload_0// 將第1個區域性變數this壓入棧頂 1: dup// 複製棧頂this並壓入棧頂. 棧底到棧頂：this、this 2: getfield #12 // Field index:J. 獲取例項欄位index並壓入棧頂，消耗棧頂的1個this. 棧底到棧頂：this、index_for_ladd 5: dup2_x1// 複製棧頂index數值，並插入第1個this下面. 棧底到棧頂：index_for_return、this、index_for_ladd 6: lconst_1 // 將long型別常量1壓入棧頂 7: ladd// 將棧頂的2個long型別數值相加，並將結果壓入棧頂. 棧底到棧頂：index_for_lreturn、this、index_for_putfield 8: putfield #12 // Field index:J. 將棧頂數值賦值給例項欄位index 11: lreturn Constant pool: #1 = Class#2// jvm/specification/se8/chapter3/NextIndex #2 = Utf8jvm/specification/se8/chapter3/NextIndex #3 = Class#4// java/lang/Object #4 = Utf8java/lang/Object #5 = Utf8index #6 = Utf8J #7 = Utf8<init> #8 = Utf8()V #9 = Utf8Code #10 = Methodref#3.#11// java/lang/Object."<init>":()V #11 = NameAndType#7:#8// "<init>":()V #12 = Fieldref#1.#13// jvm/specification/se8/chapter3/NextIndex.index:J #13 = NameAndType#5:#6// index:J
dup2_x1指令
複製棧頂的1個或2個值，並將其插入到棧頂的2個或3個值下面。
在預備知識中，我們對區域性變數的Slot做了簡單說明。可以簡單理解為，long型別和double型別佔2個Slot，其他型別佔1個Slot。
下面拆解一下指令的定義（借用區域性變數的Slot概念來描述，有點不太嚴謹，但易於理解與記憶。）。
複製棧頂的1個或2個值 ：
1個可以是long型別和double型別，2個是其他型別，共2個Slot。
插入到棧頂的2個或3個值下面 ：
如果複製的是1個值（即棧頂是long或double，共2個Slot），那麼插入到棧頂的2個值（棧頂1個long或double，下面1個其他型別，共3個Slot）下面。
如果複製的是2個值（即棧頂是2個其他型別數值，共2個Slot），那麼插入到棧頂的3個值（棧頂3個都是其他型別，共3個Slot）下面。
簡單理解，dup2_x1指令的作用就是將棧頂的2個Slot的值複製並插入到棧頂的3個Slot的值下面。
對於本例項，執行dup2_x1指令之前的棧結構為（棧底到棧頂）：this、index。由於index為long型別，佔2個Slot。this為引用型別，佔1個Slot。因此，dup2_x1指令將棧頂的2個Slot的index值複製並插入到棧頂的3個Slot的this引用下面。
運算元棧之指令係數法
dup總共有6個指令，分別是dup、dup_x1、dup_x2、dup2、dup2_x1和dup2_x2。初看這些指令，容易混淆而難以理解。 經過分類和找規律，可以通過"指令係數法"來理解記憶，非常簡單：
- 不帶_x的指令是複製棧頂資料並壓入棧頂。包括兩個指令，dup和dup2
- 帶_x的指令是複製棧頂資料並插入棧頂以下的某個位置。共有4個指令
- dup的係數代表要複製的Slot個數 。
- dup開頭的指令用於複製1個Slot的資料。例如1個int或1個reference型別資料
- dup2開頭的指令用於複製2個Slot的資料。例如1個long，或2個int，或1個int+1個float型別資料
- 對於帶_x的複製插入指令，只要將指令的dup和x的係數相加，結果即為需要插入的位置 。因此
- dup_x1插入位置：1+1=2，即棧頂2個Slot下面。
- dup_x2插入位置：1+2=3，即棧頂3個Slot下面。
- dup2_x1插入位置：2+1=3，即棧頂3個Slot下面。
- dup2_x2插入位置：2+2=4，即棧頂4個Slot下面。
運算元棧管理指令共有9個，上面已經介紹了6個。剩下的3個用同樣的方法就很容易理解了：
- pop：將棧頂的1個Slot數值出棧。例如1個short型別數值
- pop2：將棧頂的2個Slot數值出棧。例如1個double型別數值，或者2個int型別數值
- swap：交換棧頂的2個Slot數值位置。Java虛擬機器沒有提供交換兩個64位資料型別（long、double）數值的指令。
備註：指令係數法是自己為了方便記憶起的名字
參考
《The Java Virtual Machine Specification, Java SE 8 Edition》
《Java虛擬機器規範》（Java SE 8版）
《深入理解Java虛擬機器 JVM高階特性與最佳實踐》
轉載請註明來源：http://zhanjia.iteye.com/blog/2432142
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