Байт-код Java

Байт-код Java — набір інструкцій віртуальної машини Java (JVM).

Набір інструкцій

Кожен байт-код складається з одного байта - коду операції та від нуля та більше байт операндів ^[1]. З 256 можливих байтових кодів операцій використано 202 (~79%), 51 зарезервовано для майбутнього застосування (~20%) та 3 інструкції (~1%) зарезервовано для специфічних потреб віртуальної машини.^[1].

Інструкції поділяються на ряд груп:

• Завантаження і зберігання (наприклад, aload_0, istore)
• Арифметичні та логічні (наприклад, ladd, fcmpl)
• Перетворення типів (наприклад, i2b, d2i)
• Створення та маніпулювання об'єктами (new, putfield)
• Управління операндами стеку (наприклад, swap, dup2)
• Передачі контролю (наприклад, ifeq, goto)
• Виклику методів та повернення (наприклад, invokespecial, areturn)

Також є декілька інструкцій для деяких спеціалізованих задач як то викидання винятків, синхронізації, тощо.

Багато інструкцій мають спеціальні префікси і/або суфікси в залежності від типів операндів, якими вони маніпулюють.^[1] А саме такі:

Prefix/suffix	Operand type
i	integer
l	long
s	short
b	byte
c	character
f	float
d	double
a	reference

Наприклад, iadd - додає дві цілочисельні (integer) змінні , dadd - додає два значення типу double.

Приклад

Розглянемо наступний код на мові програмування 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);
}

Компілятор java може транслювати цей вищенаведений код у байт-код наступним чином:

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

Генерування

Java байт-код генерується переважно із мови Java для виконання віртуальною машиною Java. Спочатку існував лише один компілятор javac від Sun Microsystems, який компілював код на Java у байт-код Java; проте оскільки вся специфікація на байт-код Java доступна, з'явилися компілятори і від інших виробників, що здатні генерувати Java байт-код. Наприклад, це такі компілятори як:

• Jikes - компілює із Java у байт-код Java (розроблено IBM, реалізовано у C++)
• Espresso - компілює із Java у байт-код Java(лише Java 1.0)
• GNU Compiler for Java (GCJ) - компілює із Java у байт-код Java; може також компілювати у рідний машинний код і був частиною GNU Compiler Collection (GCC) аж до версії 6.

Існують компілятори здатні генерувати байт-код Java для JVM із інших мов таких як:

• ColdFusion
• JRuby та Jython, дві скріптові мови базовані на Ruby та Python
• Apache Groovy - скриптова мова базована на Java
• Scala - мова загального призначення з безпечними типами даних, що підтримує об'єктно-орієнтоване та функціональне програмування
• JGNAT та AppletMagic - компілюють із мови Ada у байт-код Java
• C to Java byte-code compiler
• Clojure - функціональна мова закального призначення з родини мов програмування Lisp із акцентом на паралельності виконання
• Kawa - реалізація мови Scheme, діалекту мови Lisp
• MIDletPascal
• JavaFX Script
• Kotlin
• Object Pascal - код програми компілюється у байт код Java з використанням компілятора Free Pascal 3.0+.^[2][3]