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简识JVM栈帧中的操作数栈

在JVM(Java虚拟机)中,栈帧(Stack Frame)是方法执行时的数据结构,用于存储局部变量、操作数栈、方法返回地址等信息。

其中,操作数栈(Operand Stack)是栈帧中的一个重要组成部分,用于在方法执行过程中存储操作数和中间计算结果。

操作数栈的定义与功能

操作数栈是一个后进先出(LIFO)栈,用于保存计算过程的中间结果,同时作为计算过程中变量临时的存储空间。在方法执行过程中,根据字节码指令,往栈中写入数据或提取数据,即入栈和出栈操作。

举例说明

以下是一个简单的Java方法及其对应的字节码指令,用于说明操作数栈的工作原理:

public class OperandStackTest {
    public void testAddOperation() {
        byte i = 15; // 以int型保存
        int j = 8;
        int k = i + j;
    }
}


编译后的字节码指令(部分)如下:

Code:
   stack=2, locals=4, args_size=1
       0: bipush        15
       2: istore_1
       3: bipush        8
       5: istore_2
       6: iload_1
       7: iload_2
       8: iadd
       9: istore_3
      10: return

解释:

  1. stack=2 表示操作数栈的最大深度为2。
  2. locals=4 表示局部变量表的长度为4。
  3. 方法执行时,PC寄存器记录了下一条要执行的字节码指令的起始地址。局部变量表和操作数栈都是空的。
  4. bipush 15:将数字15压入操作数栈。
  5. istore_1:将操作数栈中的数据(15)取出来放到局部变量表的索引等于1的位置。
  6. bipush 8:将数字8压入操作数栈。
  7. istore_2:将操作数栈中的数据(8)取出来放入局部变量表中索引为2的位置。
  8. iload_1:将数字15从局部变量表中索引为1的位置取出来压入操作数栈。
  9. iload_2:将数字8从局部变量表中索引为2的位置取出来压入操作数栈。此时,操作数栈中有两个数据:8和15。
  10. iadd:将操作数栈中的两个数据出栈(8和15),进行求和运算,最后将求得的结果23压入操作数栈。
  11. istore_3:将操作数栈中的数据23出栈,并且放入局部变量表的索引为3的位置。
  12. return:方法返回。

通过上述过程,可以看出操作数栈在方法执行过程中如何存储和计算操作数。它根据字节码指令进行入栈和出栈操作,用于保存计算过程的中间结果和变量临时的存储空间。

(望各位潘安、各位子健不吝赐教!多多指正!🙏)

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