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操作数栈

July 3, 2022

操作数栈 #

Java 字节码是 Java 虚拟机所使用的指令集。因此，它与 Java 虚拟机基于栈的计算模型是密不可分的。

在解释执行过程中，每当为 Java 方法分配栈桢时，Java 虚拟机往往需要开辟一块额外的空间作为操作数栈，来存放计算的操作数以及返回结果。

具体来说便是：执行每一条指令之前，Java 虚拟机要求该指令的操作数已被压入操作数栈中。在执行指令时，Java 虚拟机会将该指令所需的操作数弹出，并且将指令的结果重新压入栈中。

以加法指令 iadd 为例。假设在执行该指令前，栈顶的两个元素分别为 int 值 1 和 int 值 2，那么 iadd 指令将弹出这两个 int，并将求得的和 int 值 3 压入栈中。

由于 iadd 指令只消耗栈顶的两个元素，因此，对于离栈顶距离为 2 的元素，即图中的问号，iadd 指令并不关心它是否存在，更加不会对其进行修改。

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19 | Java字节码（基础篇）

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pop指令

July 3, 2022

pop指令 #

pop指令则常用于舍弃调用指令的返回结果。例如在下面这段代码的 foo 方法中，我将调用静态方法 bar，但是却不用其返回值。

由于对应的 invokestatic 指令仍旧会将返回值压入 foo 方法的操作数栈中，因此 Java 虚拟机需要额外执行 pop 指令，将返回值舍弃。

public static boolean bar() {
  return false;
}
public void foo() {
  bar();
}
// foo方法对应的字节码如下：
public void foo();
  0  invokestatic FooTest.bar() : boolean [24]
  3  pop
  4  return

需要注意的是，上述两条指令只能处理非 long 或者非 double 类型的值，这是因为 long 类型或者 double 类型的值，需要占据两个栈单元。当遇到这些值时，我们需要同时复制栈顶两个单元的 dup2 指令，以及弹出栈顶两个单元的 pop2 指令。

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19 | Java字节码（基础篇）

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dup指令

July 3, 2022

dup指令 #

dup 指令常用于复制 new 指令所生成的未经初始化的引用。例如在下面这段代码的 foo 方法中，当执行 new 指令时，Java 虚拟机将指向一块已分配的、未初始化的内存的引用压入操作数栈中。

public void foo() {
  Object o = new Object();
}
// 对应的字节码如下：
public void foo();
  0  new java.lang.Object [3]
  3  dup
  4  invokespecial java.lang.Object() [8]
  7  astore_1 [o]
  8  return

接下来，我们需要以这个引用为调用者，调用其构造器，也就是上面字节码中的 invokespecial 指令。要注意，该指令将消耗操作数栈上的元素，作为它的调用者以及参数（不过 Object 的构造器不需要参数）。

因此，我们需要利用 dup 指令复制一份 new 指令的结果，并用来调用构造器。当调用返回之后，操作数栈上仍有原本由 new 指令生成的引用，可用于接下来的操作（即偏移量为 7 的字节码）。

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19 | Java字节码（基础篇）

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最简单的协程实现

July 3, 2022

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先通过一个最简单的协程的例子，来观察协程的运作机制：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define STACK_SIZE 1024

typedef void(*coro_start)();

class coroutine {
public:
    long* stack_pointer;
    char* stack;

    coroutine(coro_start entry) {
        if (entry == NULL) {
            stack = NULL;
            stack_pointer = NULL;
            return;
        }

        stack = (char*)malloc(STACK_SIZE);
        char* base = stack + STACK_SIZE;
        stack_pointer = (long*) base;
        stack_pointer -= 1;
        *stack_pointer = (long) entry;
        stack_pointer -= 1;
        *stack_pointer = (long) base;
    }

    ~coroutine() {
        if (!stack)
            return;
        free(stack);
        stack = NULL;
    }
};

coroutine* co_a, * co_b;

void yield_to(coroutine* old_co, coroutine* co) {
    __asm__ (
        "movq %%rsp, %0\n\t"
        "movq %%rax, %%rsp\n\t"
        :"=m"(old_co->stack_pointer):"a"(co->stack_pointer):);
}

void start_b() {
    printf("B");
    yield_to(co_b, co_a);
    printf("D");
    yield_to(co_b, co_a);
}

int main() {
    printf("A");
    co_b = new coroutine(start_b);
    co_a = new coroutine(NULL);
    yield_to(co_a, co_b);
    printf("C");
    yield_to(co_a, co_b);
    printf("E\n");
    delete co_a;
    delete co_b;
    return 0;
}