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]

Джерела

1. Lindholm, Tim; Yellin, Frank; Bracha, Gilad; Buckley, Alex (13 лютого 2015). The Java Virtual Machine Specification (вид. Java SE 8). Архів оригіналу за 16 квітня 2019. Процитовано 30 березня 2019. 
2. Free Pascal 3.0 release notes. Архів оригіналу за 20 квітня 2019. Процитовано 20 квітня 2019. 
3. Free Pascal JVM Target. Архів оригіналу за 18 квітня 2019. Процитовано 20 квітня 2019.