Байт-код Java

Байт-код Java — набор инструкций, исполняемых виртуальной машиной Java. Каждый код операции байт-кода — один байт; используются не все 256 возможных значений кодов операций, 51 из них зарезервирован для использования в будущем.

Для программирования на языке Java или других JVM-совместимых языках знание особенностей байт-кода не обязательно, тем не менее, «понимание байт-кода и понимание механизмов его генерации компилятором Java помогает Java-программисту так же, как и знание языка ассемблера помогает программисту, пишущему на Си или C++»^[1][2].

Код CA₁₆ зарезервирован для использования отладчиком и не используется языком, как и коды FE₁₆ и FF₁₆, которые зарезервированы для использования виртуальной машиной и отладчиками. Коды в диапазоне CB₁₆—FD₁₆ в текущей версии JVM не используются и зарезервированы для будущих дополнений.

Инструкции можно разделить на несколько групп:

• загрузка и сохранение (например, ALOAD_0, ISTORE),
• арифметические и логические операции (например, IADD, FCMPL),
• преобразование типов (например, I2B, D2I),
• создание и преобразование объекта (например, NEW, PUTFIELD),
• управление стеком (например, DUP, POP),
• операторы перехода (например, GOTO, IFEQ),
• вызовы методов и возврат (например, INVOKESTATIC, IRETURN).

Также есть несколько инструкций, выполняющих специфические задачи, такие как выбрасывание исключений, синхронизация и так далее.

Многие инструкции имеют префиксы или суффиксы, соответствующие их операндам:

Например, операция IADD — сложение двух целых чисел, в то время как FADD — сложение чисел с плавающей точкой.

Код на языке Java:

  outer:
  for (int i = 2; i < 1000; i++) {
      for (int j = 2; j < i; j++) {
          if (i % j == 0)
              continue outer;
      }
      System.out.println (i);
  }

компилятор может транслировать в следующий байт-код:

   0:   iconst_2
   1:   istore_1
   2:   iload_1
   3:   sipush  1000
   6:   if_icmpge       44
   9:   iconst_2
   10:  istore_2
   11:  iload_2
   12:  iload_1
   13:  if_icmpge       31
   16:  iload_1
   17:  iload_2
   18:  irem
   19:  ifne    25
   22:  goto    38
   25:  iinc    2, 1
   28:  goto    11
   31:  getstatic       #84; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   34:  iload_1
   35:  invokevirtual   #85; //Method java/io/PrintStream.println:(I)V
   38:  iinc    1, 1
   41:  goto    2
   44:  return

В большинстве случаев байт-код Java генерируется для исполнения на виртуальной машине Java из исходного кода на языке Java. Единственный оригинальный компилятор, преобразующий код на языке Java в байт-код Java — это Javac, созданный компанией Sun Microsystems. Но поскольку все спецификации байт-кода Java доступны, существуют и сторонние компиляторы, генерирующие этот байт-код. Примеры таких компиляторов:

• Jikes^[англ.] — компилирует код на Java в Java-байт-код (разработан IBM, написан на C++),
• Espresso — компилирует код на Java в Java-байт-код (для версии Java 1.0),
• GCJ (GNU Compiler for Java) — компилирует код на Java в Java-байт-код, также способен компилировать в нативный машинный код, является частью GNU Compiler Collection.

Для некоторых проектов существуют компиляторы, позволяющие генерировать байт-код для JVM из исходного кода на другом языке программирования, среди таких проектов:

Большинство существующих инструкций JVM имеет статическую типизацию: сигнатуры методов в местах их вызова проверяются во время компиляции, но механизм переноса этой проверки на время выполнения отсутствует^[3]. Тем не менее, для JVM реализован ряд языков с динамической типизацией.

• smali
• Список инструкций байт-кода Java^[англ.]

• Chapter 6. The Java Virtual Machine Instruction Set