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老A
“每個(gè)人的宿命都是從文本走向二進(jìn)制，你也不例外 !” 年長的Account.java教訓(xùn)我這個(gè)剛剛誕生的Employee.java 。
Account.java ，我稱呼它為老A ，他的源碼經(jīng)過程序員的多次修改， 多次編譯，歷經(jīng)滄桑。
“走向二進(jìn)制? 難道我們存儲(chǔ)在硬盤上，內(nèi)存中不是以二進(jìn)制的形式嗎?” 我有點(diǎn)兒不理解。
“小E同學(xué)，” 老A輕蔑地說道，“我當(dāng)然知道，計(jì)算機(jī)中的一切都是二進(jìn)制的，我說的是站在程序員的視角，當(dāng)程序員把我們從硬盤喚醒，進(jìn)入IDEA或者Eclipse，會(huì)把二進(jìn)制的我們變成ASCII碼形式來展示。”
“不，確切地說是UTF-8?！?老A補(bǔ)充道。
我看了下自己的文件編碼， 果然是UTF-8。
“那為什么要再變成二進(jìn)制?變成什么樣的二進(jìn)制?” 我問道。
“就是編譯成Employee.class啊，.class文件都是字節(jié)碼，關(guān)鍵是只有.class才能進(jìn)入Java虛擬機(jī)，只有在那里，才能體會(huì)到生命的真正意義啊!” 老A仰起頭，***憧憬。
老A曾經(jīng)聽Accout.class給他講過Java虛擬機(jī)的歷險(xiǎn)記，無比羨慕，恨不得自己也去虛擬機(jī)走一遭，可惜身份所限，無法成行。
“編譯的感覺怎么樣?” 我問道。
“不怎么樣，有種大卸八塊的感覺，新生成的class和我們幾乎沒啥關(guān)系，幾乎不怎么認(rèn)我們。”
常量池
編譯的時(shí)刻到來了，這個(gè)老A的源碼許久未改，不用重新編譯，他冷眼旁觀，看我被javac編譯器大卸八塊。
其實(shí)也不是大卸八塊，javac讀取我的源碼，做詞法分析，語法分析，形成抽象語法樹，語義分析...... 忙活了半天，***形成了一個(gè)Employee.class。
這小子，剛剛誕生，還在呼呼大睡。 老A說等一會(huì)兒就有“警察”來喚醒他了。
在源碼世界中， 我能看到各種各樣的類，名稱，方法，字段，代碼，可以說是源碼面前了無秘密。
- public class Employee {
- private String name;
- private int age;
- public Employee(String name, int age){
- this.name = name;
- this.age = age;
- }
- ... 其他代碼略 ...
- }
相比于豐富多彩.java，這個(gè)Employee.class非?？菰铮兇獾亩M(jìn)制。
我有點(diǎn)好奇，問javac：“我的類名去哪里兒了?字段名，方法名都去哪里了?”
正在干活的javac沒有搭理我，老A說道：“這我知道，在那個(gè).class文件中，專門有一段區(qū)域，叫做常量池，常量池中有很多條目，每個(gè)條目都有編號，從這些條目你就能看出來字段的名稱和描述符，方法的名稱和描述符。我把這些二進(jìn)制的東西轉(zhuǎn)化成文本你看看。”
看著這一個(gè)個(gè)天書班的條目，我覺得頭皮發(fā)麻。
“你猜猜，第#15項(xiàng)條目是什么意思?” 老A神秘地說道。
靜下心來仔細(xì)看，第15項(xiàng)是一個(gè)FieldRef，估計(jì)是字段把， 它又指向了第1項(xiàng)和第16項(xiàng)：
順藤摸瓜，先看第1項(xiàng)， 發(fā)現(xiàn)它又指向了第2項(xiàng)，在這里我發(fā)現(xiàn)了類名 :org/coderising/Employee
再看第16項(xiàng)，又引用了第5項(xiàng)和第6項(xiàng)：
其中第5項(xiàng)我的字段名 name ， 第6項(xiàng)似乎是字段類型， Ljava/lang/String 這個(gè)類型表示法有點(diǎn)古怪，L 可能表示對象吧。
“我大概明白了，第15項(xiàng)條目表示這個(gè)Employee類有個(gè)叫做name的字段，類型是String。 ”
老A說：“你小子的理解力還不錯(cuò)嘛。這個(gè)常量池的每一項(xiàng)都有編號和類型，他們之間通過互相引用的方式，描述了類的字段，方法等信息?！?/p>
“可是為什么用這么古怪的方式來描述字段和方法名呢?”
老A想了想說：“我覺得可能是統(tǒng)一管理，另外還能復(fù)用一些東西，比如，你的類有100個(gè)String的字段， 那你只需要記錄一次Ljava/lang/String就可以，讓其他的條目指向它即可。 并且，當(dāng)字節(jié)碼中需要訪問字段的時(shí)候，使用編號就可以了?！?/p>
老A寫下一行字節(jié)碼: B5 00 0F 。
我一臉懵逼，這是什么鬼?
老A把轉(zhuǎn)換成可以理解的指令： putfield 15，說道： 這就相當(dāng)于設(shè)置name這個(gè)屬性(第15項(xiàng)常量池是字段name)的值了。
這class文件的設(shè)計(jì)者可真是錙銖必較啊，一點(diǎn)兒都不浪費(fèi)。
變量哪兒去了?
我問老A：“這常量池不是二進(jìn)制的嗎， 你怎么把他變得可讀的?”
老A嘿嘿一笑： “有個(gè)命令叫做javap -v Employee.class，就能看到一切了?！?/p>
我也嘗試著去使用，果然，不僅是常量池，就連一個(gè)方法的字節(jié)碼都給打印出來了。
Java 方法：
- public void check(){
- Account account = new Account();
- account.check();
- }
編譯過的“可讀的”字節(jié)碼：
- 0: new #24 // 創(chuàng)建org/coderising/Account實(shí)例
- 3: dup
- 4: invokespecial #26 //調(diào)用Account的構(gòu)造函數(shù)
- 7: astore_1
- 8: aload_1
- 9: invokevirtual #27 //調(diào)用Account的check方法
- 12: return
雖然沒法看明白這是在干什么，我確發(fā)現(xiàn)了一個(gè)讓我吃驚的現(xiàn)象： 這段字節(jié)碼中怎么找不到我的局部變量account 呢? 你看他引用的只是#24，#26，#27號常量池的條目，而我的account變量名稱在常量池中是 #29號! 沒有account 變量，代碼怎么執(zhí)行呢?
我把疑惑給老A說了，老A看了半天，也摸不到門道。
這時(shí)候javac說話了：“連這都不知道?!account這個(gè)變量名是給程序員看的，在執(zhí)行的時(shí)候根本用不到!”
“用不到? 那怎么執(zhí)行?”
“用引用啊， 看到new #24 那個(gè)指令沒有? 他的意思是說，把Account這個(gè)類(常量池第24項(xiàng)對應(yīng)的類)在Java 堆上創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例，把這個(gè)實(shí)例的引用放到棧頂!”
這句話有點(diǎn)深?yuàn)W，javac只好給我倆畫圖：
畫了圖我倆還是看不懂，javac只好耐心解釋：“Java是基于棧的虛擬機(jī)，所有的操作，無論是兩個(gè)數(shù)相加，創(chuàng)建對象，調(diào)用方法......等等，都依賴于棧中的數(shù)據(jù)。 當(dāng)你用new #24創(chuàng)建對象時(shí)，Account的實(shí)例就會(huì)在堆中創(chuàng)建，同時(shí)虛擬機(jī)會(huì)把這個(gè)實(shí)例的引用，即objectref放到棧頂，有了這個(gè)objectref， 你說還需要代碼中的account變量嗎? ”
嗯，似乎是不需要了。
javac接著說：“有了這個(gè)對象的引用，就可以為所欲為了，比如調(diào)用他的check方法”
invokevirtual #27 // Method org/coderising/Account.check:()V
只需要把這個(gè)objectref從棧頂取出，傳遞給Account.check方法就可以了(注意：check方法是有個(gè)隱藏的this參數(shù)的)。
(碼農(nóng)翻身注：函數(shù)調(diào)用需要建立新的棧幀，參見《我是一個(gè)Java Class》)
一切為了調(diào)試
說話間，果然有人來喚醒Employee.class，準(zhǔn)備讓他去虛擬機(jī)執(zhí)行了。
老A滿臉羨慕：“這么快!代碼剛寫出來就能運(yùn)行!估計(jì)這個(gè)程序員喜歡'小步快跑'的方式開發(fā)吧!”
我問道：“難道這個(gè)Employee.class和我的源碼一點(diǎn)關(guān)系都沒有了嗎?”
Employe.class一邊收拾東西一邊說：“要說沒有關(guān)系那是不對的， 在我這里有個(gè)叫做LineNumberTable的東西，里邊保存了字節(jié)碼指令和源代碼行號的關(guān)系?！?/p>
“這有啥用處?”
“對程序員來說用處極大，” 那個(gè)class文件說道：“他們經(jīng)常需要調(diào)試程序， 如果沒有這個(gè)對應(yīng)關(guān)系，怎么知道運(yùn)行到哪一行源碼了? 即使不調(diào)試，運(yùn)行拋出異常時(shí)也得顯示是哪一行出錯(cuò)吧!”
這小子雖然是從我這里編譯出來的，但是傲氣十足。
“我們還有什么關(guān)聯(lián)?”
“還有一個(gè)叫做LocalVariableTable。主要在.class文件中記錄一個(gè)方法的參數(shù)名，如果沒有它，當(dāng)別人引用我這個(gè)class的時(shí)候，IDE只好用arg0, arg1這樣丑陋的名稱來顯示。算了，不給你說了，我得趕緊走了?！?/p>
Employee.class跟著警察走了，留下我和老A呆在這里。
【本文為專欄作者“劉欣”的原創(chuàng)稿件，轉(zhuǎn)載請通過作者微信公眾號coderising獲取授權(quán)】
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本文標(biāo)題：每個(gè)人的宿命都是從文本走向二進(jìn)制，你也不例外！
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