資訊專欄INFORMATION COLUMN
摘要：為什么要將字節(jié)碼翻譯為代碼字節(jié)碼是基于棧的一種編碼。最近在研究，由于的目的是對字節(jié)碼做優(yōu)化，所以里面也有將字節(jié)碼翻譯為的邏輯。但是不明白為什么需要類型推導(dǎo)，目前我感覺將字節(jié)碼翻譯為完全不需要推導(dǎo)類型。
為什么要將Java字節(jié)碼翻譯為C代碼？
Java字節(jié)碼是基于棧的一種編碼。這種編碼方式十分方便解釋器的設(shè)計(jì)，但同時(shí)不利于程序分析，因此一些高效的代碼優(yōu)化技術(shù)無法方便的Java字節(jié)碼上實(shí)現(xiàn)。
先大體說說Java字節(jié)碼的特點(diǎn)。目前版本的Java大概有200+的字節(jié)碼指令，其中大部分都是1字節(jié)指令，這也是為什么叫做字節(jié)碼。少部分指令是多字節(jié)或不定長指令。
對于解釋器來說，解釋指令時(shí)一般都是在操作兩個(gè)區(qū)域。一個(gè)是棧，一個(gè)是局部變量表。舉例來說，iload1指令，就是從局部變量表的1號槽位的數(shù)據(jù)放入操作數(shù)棧中，即*stack++ = locals[1]。
與C或者其他常用的編程語言不同的是，Java字節(jié)碼的操作數(shù)類型是隱含的，操作的類型的顯示的，而C語言中操作數(shù)類型都是顯示的，但是操作是多態(tài)的。比如“+”，在C語言中“+”兩邊的操作數(shù)類型可以是int型，可以是double。Java字節(jié)碼中iadd指令明確表示了要操作相加的兩個(gè)數(shù)一定是int型。但是當(dāng)拋開iadd指令而直接觀測操作數(shù)棧時(shí)，并不知道棧上操作數(shù)的類型。
直接說結(jié)論。
Java字節(jié)碼在每一條指令執(zhí)行時(shí)，操作數(shù)棧的深度，局部變量表的大小，以及它們上面的操作數(shù)類型都是可以確定的。而且，無論從何種路徑執(zhí)行到某一條指令，操作數(shù)棧深度及操作數(shù)類型都是確定的[1]。Java虛擬機(jī)規(guī)范的4.10.2章節(jié)介紹了字節(jié)碼校驗(yàn)的一個(gè)算法，可以參考。
以一個(gè)簡單的a=b+c的例子來說明這個(gè)翻譯過程。
對應(yīng)的Java字節(jié)碼如下：
iload1 iload2 iadd istore1
我們可以暫時(shí)將操作數(shù)棧和局部變量表的每一個(gè)槽位看成一個(gè)局部變量。上面的代碼就翻譯為：
s0 = l1; s1 = l2; s0 = s0 + s1; l1 = s0;
其中局部變量的類型都是已知的。可以看到s0，s1跟Java操作數(shù)棧的功能一樣，是為了存放臨時(shí)的計(jì)算結(jié)果。上面的代碼完全可以化簡為“l(fā)1 = l1 + l2”。但前期沒有必要引入這種復(fù)雜性，這種化簡完全可以由后續(xù)的各種優(yōu)化完成。
上面的例子實(shí)際上的存在一些問題的。雖然Java操作數(shù)棧和局部變量表里面存放的數(shù)據(jù)都是有類型，但是棧和局部變量表本身只是一個(gè)存儲空間罷了，并沒有規(guī)定里面必須存放什么類型的數(shù)據(jù)。所以每次在給棧空間或者局部變量賦值的時(shí)候，我們有必要新聲明一個(gè)局部變量。上面的例子翻譯為：
s0 = l1; s1 = l2; s0_1 = s0 + s1; l1_1 = s0;
通過數(shù)據(jù)流分析可以求出def-use，方便做上面的這種變量分裂，這里不詳細(xì)說了。
最近在研究Soot，由于Soot的目的是對字節(jié)碼做優(yōu)化，所以里面也有將字節(jié)碼翻譯為Jimple的邏輯。但是不明白Soot為什么需要類型推導(dǎo)，目前我感覺將Java字節(jié)碼翻譯為Jimple完全不需要推導(dǎo)類型。
[1] Toba: Java For ApplicationsA Way Ahead of Time (WAT) Compiler
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