本文由HeapDump性能社區(qū)首席講師鳩摩（馬智）授權(quán)整理發(fā)布

第17章-x86-64寄存器

不同的CPU都能夠解釋的機(jī)器語(yǔ)言的體系稱為指令集架構(gòu)（ISA，Instruction Set Architecture）脖律，也可以稱為指令集（instruction set）冕杠。Intel將x86系列CPU之中的32位CPU指令集架構(gòu)稱為IA-32，IA是“Intel Architecture”的簡(jiǎn)稱酸茴，也可以稱為i386分预、x86-32。AMD等于Intell提出了x86系列的64位擴(kuò)展喳瓣，所以由AMD設(shè)計(jì)的x86系列的64位指令集架構(gòu)稱為AMD64翁巍。后來(lái)Intel在自己的CPU中加入和AMD64幾乎相同的指令集绞灼，稱為Intel 64的指令集痊剖。AMD64和Intel 64可以統(tǒng)稱為x86-64。

x86-64的所有寄存器都是與機(jī)器字長(zhǎng)（數(shù)據(jù)總線位寬）相同，即64位的，x86-64將x86的8個(gè)32位通用寄存器擴(kuò)展為64位（eax惯退、ebx队丝、ecx斩熊、edx愉阎、eci室埋、edi佛寿、ebp、esp）但壮，并且增加了8個(gè)新的64位寄存器（r8-r15）冀泻，在命名方式上，也從”exx”變?yōu)椤眗xx”蜡饵，但仍保留”exx”進(jìn)行32位操作弹渔，下表描述了各寄存器的命名和作用。

其中的%esp與%ebp有特殊用途溯祸，用來(lái)保存指向程序棧中特定位置的指針肢专。

另外還有eflags寄存器巾乳，通過(guò)位來(lái)表示特定的含義，如下圖所示鸟召。

image

在HotSpot VM中胆绊，表示寄存器的類都繼承自AbstractRegisterImpl類，這個(gè)類的定義如下：

源代碼位置：hotspot/src/share/vm/asm/register.hpp

class AbstractRegisterImpl;
typedef AbstractRegisterImpl* AbstractRegister;

class AbstractRegisterImpl {
 protected:
  int value() const  { return (int)(intx)this; }
};　

AbstractRegisterImpl類的繼承體系如下圖所示欧募。

image

另外還有個(gè)ConcreteRegisterImpl類也繼承了AbstractRegisterImpl压状，這個(gè)灰與C2編譯器的實(shí)現(xiàn)有關(guān)，這里不做過(guò)多講解跟继。

1种冬、RegisterImpl類

RegisterImpl類用來(lái)表示通用寄存器，類的定義如下：

源代碼位置：cpu/x86/vm/register_x86.hpp

// 使用Register做為RegisterImpl的簡(jiǎn)稱
class RegisterImpl;
typedef RegisterImpl* Register;

class RegisterImpl: public AbstractRegisterImpl {
 public:
  enum {
    number_of_registers      = 16,
    number_of_byte_registers = 16
  };
  // ...
};

對(duì)于64位來(lái)說(shuō)舔糖，通用寄存器的位寬為64位娱两，也可以將eax、ebx金吗、ecx和edx的一部分當(dāng)作8位寄存器來(lái)使用十兢，所以可以存儲(chǔ)字節(jié)的寄存器數(shù)量為4。

在HotSpot VM中定義寄存器摇庙，如下：

源代碼位置：hotspot/src/cpu/x86/vm/register_x86.hpp

CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, noreg, (-1)); // noreg_RegisterEnumValue = ((-1))
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, rax,    (0)); // rax_RegisterEnumValue = ((0))
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, rcx,    (1)); // rcx_RegisterEnumValue = ((1))
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, rdx,    (2)); // rdx_RegisterEnumValue = ((2))
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, rbx,    (3)); // rbx_RegisterEnumValue = ((3))
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, rsp,    (4)); // rsp_RegisterEnumValue = ((4))
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, rbp,    (5)); // rbp_RegisterEnumValue = ((5))
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, rsi,    (6)); // rsi_RegisterEnumValue = ((6))
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, rdi,    (7)); // rdi_RegisterEnumValue = ((7))
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, r8,     (8)); // r8_RegisterEnumValue = ((8))
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, r9,     (9)); // r9_RegisterEnumValue = ((9))
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, r10,   (10)); // r10_RegisterEnumValue = ((10))
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, r11,   (11)); // r11_RegisterEnumValue = ((11))
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, r12,   (12)); // r12_RegisterEnumValue = ((12))
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, r13,   (13)); // r13_RegisterEnumValue = ((13))
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, r14,   (14)); // r14_RegisterEnumValue = ((14))
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, r15,   (15)); // r15_RegisterEnumValue = ((15))

宏CONSTANT_REGISTER_DECLARATION定義如下：

源代碼位置：hotspot/src/share/vm/asm/register.hpp

#define CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(type, name, value)   \
  extern const type name;                                  \
  enum { name##_##type##EnumValue = (value) }

經(jīng)過(guò)宏擴(kuò)展后如下：

extern const Register  rax;
enum { rax_RegisterEnumValue = ((0)) }
extern const Register  rcx;
enum { rcx_RegisterEnumValue = ((1)) }
extern const Register  rdx;
enum { rdx_RegisterEnumValue = ((2)) }
extern const Register  rbx;
enum { rbx_RegisterEnumValue = ((3)) }
extern const Register  rsp;
enum { rsp_RegisterEnumValue = ((4)) }
extern const Register  rbp;
enum { rbp_RegisterEnumValue = ((5)) }
extern const Register  rsi;
enum { rsi_RegisterEnumValue = ((6)) }
extern const Register  rsi;
enum { rdi_RegisterEnumValue = ((7)) }
extern const Register  r8;
enum { r8_RegisterEnumValue = ((8)) }
extern const Register  r9;
enum { r9_RegisterEnumValue = ((9)) }
extern const Register  r10;
enum { r10_RegisterEnumValue = ((10)) }
extern const Register  r11;
enum { r11_RegisterEnumValue = ((11)) }
extern const Register  r12;
enum { r12_RegisterEnumValue = ((12)) }
extern const Register  r13;
enum { r13_RegisterEnumValue = ((13)) }
extern const Register  r14;
enum { r14_RegisterEnumValue = ((14)) }
extern const Register  r15;
enum { r15_RegisterEnumValue = ((15)) }

如上的枚舉類給寄存器指定了一個(gè)常量值旱物。

在cpu/x86/vm/register_definitions_x86.cpp文件中定義的寄存器如下：

const Register  noreg = ((Register)noreg_RegisterEnumValue)
const Register  rax =   ((Register)rax_RegisterEnumValue)
const Register  rcx =   ((Register)rcx_RegisterEnumValue)
const Register  rdx =   ((Register)rdx_RegisterEnumValue)
const Register  rbx =   ((Register)rbx_RegisterEnumValue)
const Register  rsp =   ((Register)rsp_RegisterEnumValue)
const Register  rbp =   ((Register)rbp_RegisterEnumValue)
const Register  rsi =   ((Register)rsi_RegisterEnumValue)
const Register  rdi =   ((Register)rdi_RegisterEnumValue)
const Register  r8 =  ((Register)r8_RegisterEnumValue)
const Register  r9 =  ((Register)r9_RegisterEnumValue)
const Register  r10 = ((Register)r10_RegisterEnumValue)
const Register  r11 = ((Register)r11_RegisterEnumValue)
const Register  r12 = ((Register)r12_RegisterEnumValue)
const Register  r13 = ((Register)r13_RegisterEnumValue)
const Register  r14 = ((Register)r14_RegisterEnumValue)
const Register  r15 = ((Register)r15_RegisterEnumValue)

當(dāng)我們需要使用通用寄存器時(shí)，通過(guò)rax卫袒、rcx等變量引用就可以了宵呛。

2、FloatRegisterImpl

在HotSpot VM中夕凝，使用FloatRegisterImpl來(lái)表示浮點(diǎn)寄存器宝穗，此類的定義如下：

源代碼位置：hotspot/src/cpu/x86/vm/register_x86.hpp

// 使用FloatRegister做為簡(jiǎn)稱
class FloatRegisterImpl;
typedef FloatRegisterImpl* FloatRegister;

class FloatRegisterImpl: public AbstractRegisterImpl {
 public:
  enum {
    number_of_registers = 8
  };
  // ...
}

浮點(diǎn)寄存器有8個(gè)，分別是st0~st7码秉，這是8個(gè)80位寄存器逮矛。

這里需要注意的是，還有一種寄存器MMX泡徙，MMX并非一種新的寄存器橱鹏，而是借用了80位浮點(diǎn)寄存器的低64位，也就是說(shuō)堪藐，使用MMX指令集莉兰，會(huì)影響浮點(diǎn)運(yùn)算！

3礁竞、MMXRegisterImpl

MMX 為一種 SIMD 技術(shù)糖荒，即可通過(guò)一條指令執(zhí)行多個(gè)數(shù)據(jù)運(yùn)算，共有8個(gè)64位寄存器（借用了80位浮點(diǎn)寄存器的低64位）模捂，分別為mm0 – mm7捶朵，他與其他普通64位寄存器的區(qū)別在于通過(guò)它的指令進(jìn)行運(yùn)算蜘矢，可以同時(shí)計(jì)算2個(gè)32位數(shù)據(jù)，或者4個(gè)16位數(shù)據(jù)等等综看，可以應(yīng)用為圖像處理過(guò)程中圖形 顏色的計(jì)算品腹。

MMXRegisterImpl類的定義如下：

class MMXRegisterImpl;
typedef MMXRegisterImpl* MMXRegister;

MMX寄存器的定義如下：

CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(MMXRegister, mnoreg , (-1));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(MMXRegister, mmx0 , ( 0));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(MMXRegister, mmx1 , ( 1));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(MMXRegister, mmx2 , ( 2));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(MMXRegister, mmx3 , ( 3));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(MMXRegister, mmx4 , ( 4));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(MMXRegister, mmx5 , ( 5));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(MMXRegister, mmx6 , ( 6));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(MMXRegister, mmx7 , ( 7));

宏擴(kuò)展后如下：

extern const MMXRegister  mnoreg;
enum { mnoreg_MMXRegisterEnumValue = ((-1)) }
extern const MMXRegister  mmx0;
enum { mmx0_MMXRegisterEnumValue = (( 0)) }
extern const MMXRegister  mmx1;
enum { mmx1_MMXRegisterEnumValue = (( 1)) }
extern const MMXRegister  mmx2;
enum { mmx2_MMXRegisterEnumValue = (( 2)) }
extern const MMXRegister  mmx3;
enum { mmx3_MMXRegisterEnumValue = (( 3)) }
extern const MMXRegister  mmx4;
enum { mmx4_MMXRegisterEnumValue = (( 4)) }
extern const MMXRegister  mmx5;
enum { mmx5_MMXRegisterEnumValue = (( 5)) }
extern const MMXRegister  mmx6;
enum { mmx6_MMXRegisterEnumValue = (( 6)) }
extern const MMXRegister  mmx7;
enum { mmx7_MMXRegisterEnumValue = (( 7)) }

MMX Pentium以及Pentium II之后的CPU中有從mm0到mm7共8個(gè)64位寄存器。但實(shí)際上MMX寄存器和浮點(diǎn)數(shù)寄存器是共用的红碑，即無(wú)法同時(shí)使用浮點(diǎn)數(shù)寄存器和MMX寄存器舞吭。

cpu/x86/vm/register_definitions_x86.cpp文件中定義的寄存器變量如下：

const MMXRegister  mnoreg = ((MMXRegister)mnoreg_MMXRegisterEnumValue)
const MMXRegister  mmx0 =   ((MMXRegister)mmx0_MMXRegisterEnumValue)
const MMXRegister  mmx1 =   ((MMXRegister)mmx1_MMXRegisterEnumValue)
const MMXRegister  mmx2 =   ((MMXRegister)mmx2_MMXRegisterEnumValue)
const MMXRegister  mmx3 =   ((MMXRegister)mmx3_MMXRegisterEnumValue)
const MMXRegister  mmx4 =   ((MMXRegister)mmx4_MMXRegisterEnumValue)
const MMXRegister  mmx5 =   ((MMXRegister)mmx5_MMXRegisterEnumValue)
const MMXRegister  mmx6 =   ((MMXRegister)mmx6_MMXRegisterEnumValue)
const MMXRegister  mmx7 =   ((MMXRegister)mmx7_MMXRegisterEnumValue)

當(dāng)我們需要使用MMX寄存器時(shí)，通過(guò)mmx0析珊、mmx1等變量引用就可以了羡鸥。

4、XMMRegisterImpl類

XMM寄存器是SSE指令用的寄存器忠寻。Pentium iii以及之后的CPU中提供了xmm0到xmm7共8個(gè)128位寬的XMM寄存器惧浴。另外還有個(gè)mxcsr寄存器，這個(gè)寄存器用來(lái)表示SSE指令的運(yùn)算狀態(tài)的寄存器奕剃。在HotSpot VM中衷旅，通過(guò)XMMRegisterImpl類來(lái)表示寄存器。這個(gè)類的定義如下：

源代碼位置：hotspot/src/share/x86/cpu/vm/register_x86.hpp

// 使用XMMRegister寄存器做為簡(jiǎn)稱
class XMMRegisterImpl;
typedef XMMRegisterImpl* XMMRegister;

class XMMRegisterImpl: public AbstractRegisterImpl {
 public:
  enum {
    number_of_registers = 16
  };
  ...
}

XMM寄存器的定義如下：

CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xnoreg , (-1));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm0 ,   ( 0));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm1 ,   ( 1));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm2 ,   ( 2));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm3 ,   ( 3));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm4 ,   ( 4));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm5 ,   ( 5));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm6 ,   ( 6));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm7 ,   ( 7));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm8,      (8));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm9,      (9));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm10,    (10));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm11,    (11));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm12,    (12));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm13,    (13));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm14,    (14));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm15,    (15));

經(jīng)過(guò)宏擴(kuò)展后為：

extern const XMMRegister  xnoreg;
enum { xnoreg_XMMRegisterEnumValue = ((-1)) }
extern const XMMRegister  xmm0;
enum { xmm0_XMMRegisterEnumValue = (( 0)) }
extern const XMMRegister  xmm1;
enum { xmm1_XMMRegisterEnumValue = (( 1)) }
extern const XMMRegister  xmm2;
enum { xmm2_XMMRegisterEnumValue = (( 2)) }
extern const XMMRegister  xmm3;
enum { xmm3_XMMRegisterEnumValue = (( 3)) }
extern const XMMRegister  xmm4;
enum { xmm4_XMMRegisterEnumValue = (( 4)) }
extern const XMMRegister  xmm5;
enum { xmm5_XMMRegisterEnumValue = (( 5)) }
extern const XMMRegister  xmm6;
enum { xmm6_XMMRegisterEnumValue = (( 6)) }
extern const XMMRegister  xmm7;
enum { xmm7_XMMRegisterEnumValue = (( 7)) }
extern const XMMRegister  xmm8;
enum { xmm8_XMMRegisterEnumValue = ((8)) }
extern const XMMRegister  xmm9;
enum { xmm9_XMMRegisterEnumValue = ((9)) }
extern const XMMRegister  xmm10;
enum { xmm10_XMMRegisterEnumValue = ((10)) }
extern const XMMRegister  xmm11;
enum { xmm11_XMMRegisterEnumValue = ((11)) }
extern const XMMRegister  xmm12;
enum { xmm12_XMMRegisterEnumValue = ((12)) }
extern const XMMRegister  xmm13;
enum { xmm13_XMMRegisterEnumValue = ((13)) }
extern const XMMRegister  xmm14;
enum { xmm14_XMMRegisterEnumValue = ((14)) }
extern const XMMRegister  xmm15;
enum { xmm15_XMMRegisterEnumValue = ((15)) }

在cpu/x86/vm/register_definitions_x86.cpp文件中定義的寄存器變量如下：

const XMMRegister  xnoreg = ((XMMRegister)xnoreg_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm0 =   ((XMMRegister)xmm0_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm1 =   ((XMMRegister)xmm1_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm2 =   ((XMMRegister)xmm2_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm3 =   ((XMMRegister)xmm3_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm4 =   ((XMMRegister)xmm4_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm5 =   ((XMMRegister)xmm5_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm6 =   ((XMMRegister)xmm6_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm7 =   ((XMMRegister)xmm7_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm8 =   ((XMMRegister)xmm8_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm9 =   ((XMMRegister)xmm9_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm10 =  ((XMMRegister)xmm10_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm11 =  ((XMMRegister)xmm11_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm12 =  ((XMMRegister)xmm12_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm13 =  ((XMMRegister)xmm13_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm14 =  ((XMMRegister)xmm14_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm15 =  ((XMMRegister)xmm15_XMMRegisterEnumValue)

當(dāng)我們需要使用XMM寄存器時(shí)祭饭，直接通過(guò)xmm0芜茵、xmm1等變量引用就可以了叙量。

第18章-x86指令集之常用指令

x86的指令集可分為以下4種：

1. 通用指令
2. x87 FPU指令倡蝙，浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算的指令
3. SIMD指令，就是SSE指令
4. 系統(tǒng)指令绞佩，寫(xiě)OS內(nèi)核時(shí)使用的特殊指令

下面介紹一些通用的指令寺鸥。指令由標(biāo)識(shí)命令種類的助記符（mnemonic）和作為參數(shù)的操作數(shù)（operand）組成。例如move指令：

movl為助記符。助記符有后綴肘交，如movl中的后綴l表示作為操作數(shù)的對(duì)象的數(shù)據(jù)大小笆载。l為long的縮寫(xiě)，表示32位的大小涯呻，除此之外凉驻，還有b、w复罐，q分別表示8位涝登、16位和64位的大小。

指令的操作數(shù)如果不止1個(gè)效诅，就將每個(gè)操作數(shù)以逗號(hào)分隔胀滚。每個(gè)操作數(shù)都會(huì)指明是否可以是立即模式值（I）趟济、寄存器（R）或內(nèi)存地址（M）。

另外還要提示一下咽笼，在x86的匯編語(yǔ)言中顷编，采用內(nèi)存位置的操作數(shù)最多只能出現(xiàn)一個(gè)，例如不可能出現(xiàn)mov M,M指令剑刑。

通用寄存器中每個(gè)操作都可以有一個(gè)字符的后綴勾效，表明操作數(shù)的大小，如下表所示叛甫。

注意：通用寄存器使用后綴“l(fā)”同時(shí)表示4字節(jié)整數(shù)和8字節(jié)雙精度浮點(diǎn)數(shù)层宫，這不會(huì)產(chǎn)生歧義，因?yàn)楦↑c(diǎn)數(shù)使用的是完全不同的指令和寄存器其监。

我們后面只介紹call萌腿、push等指令時(shí)，如果在研究HotSpot VM虛擬機(jī)的匯編遇到了callq抖苦，pushq等指令時(shí)毁菱，千萬(wàn)別不認(rèn)識(shí)，后綴就是表示了操作數(shù)的大小锌历。

下表為操作數(shù)的格式和尋址模式贮庞。

注：M[xx]表示在存儲(chǔ)器中xx地址的值，R[xx]表示寄存器xx的值究西，這種表示方法將寄存器窗慎、內(nèi)存都看出一個(gè)大數(shù)組的形式。

匯編根據(jù)編譯器的不同卤材，有2種書(shū)寫(xiě)格式：

（1）Intel : Windows派系
（2）AT&T: Unix派系

下面簡(jiǎn)單介紹一下兩者的不同遮斥。

image

下面就來(lái)認(rèn)識(shí)一下常用的指令。

下面我們以給出的是AT&T匯編的寫(xiě)法扇丛，這兩種寫(xiě)法有如下不同术吗。

1、數(shù)據(jù)傳送指令

將數(shù)據(jù)從一個(gè)地方傳送到另外一個(gè)地方帆精。

1.1 mov指令

我們?cè)诮榻Bmov指令時(shí)介紹的全一些较屿，因?yàn)閙ov指令是出現(xiàn)頻率最高的指令，助記符中的后綴也比較多卓练。

mov指令的形式有3種隘蝎，如下：

mov   #普通的move指令
movs  #符號(hào)擴(kuò)展的move指令，將源操作數(shù)進(jìn)行符號(hào)擴(kuò)展并傳送到一個(gè)64位寄存器或存儲(chǔ)單元中昆庇。movs就表示符號(hào)擴(kuò)展 
movz  #零擴(kuò)展的move指令末贾，將源操作數(shù)進(jìn)行零擴(kuò)展后傳送到一個(gè)64位寄存器或存儲(chǔ)單元中。movz就表示零擴(kuò)展

mov指令后有一個(gè)字母可表示操作數(shù)大小整吆，形式如下：

movb #完成1個(gè)字節(jié)的復(fù)制
movw #完成2個(gè)字節(jié)的復(fù)制
movl #完成4個(gè)字節(jié)的復(fù)制
movq #完成8個(gè)字節(jié)的復(fù)制

還有一個(gè)指令拱撵，如下：

movabsq  I,R

與movq有所不同辉川，它是將一個(gè)64位的值直接存到一個(gè)64位寄存器中。

movs指令的形式如下：

movsbw #作符號(hào)擴(kuò)展的1字節(jié)復(fù)制到2字節(jié)
movsbl #作符號(hào)擴(kuò)展的1字節(jié)復(fù)制到4字節(jié)
movsbq #作符號(hào)擴(kuò)展的1字節(jié)復(fù)制到8字節(jié)
movswl #作符號(hào)擴(kuò)展的2字節(jié)復(fù)制到4字節(jié)
movswq #作符號(hào)擴(kuò)展的2字節(jié)復(fù)制到8字節(jié)
movslq #作符號(hào)擴(kuò)展的4字節(jié)復(fù)制到8字節(jié)

movz指令的形式如下：

movzbw #作0擴(kuò)展的1字節(jié)復(fù)制到2字節(jié)
movzbl #作0擴(kuò)展的1字節(jié)復(fù)制到4字節(jié)
movzbq #作0擴(kuò)展的1字節(jié)復(fù)制到8字節(jié)
movzwl #作0擴(kuò)展的2字節(jié)復(fù)制到4字節(jié)
movzwq #作0擴(kuò)展的2字節(jié)復(fù)制到8字節(jié)
movzlq #作0擴(kuò)展的4字節(jié)復(fù)制到8字節(jié)

舉個(gè)例子如下：

movl   %ecx,%eax
movl   (%ecx),%eax

第一條指令將寄存器ecx中的值復(fù)制到eax寄存器拴测；第二條指令將ecx寄存器中的數(shù)據(jù)作為地址訪問(wèn)內(nèi)存乓旗，并將內(nèi)存上的數(shù)據(jù)加載到eax寄存器中。

1.2 cmov指令

cmov指令的格式如下：

cmovxx

其中xx代表一個(gè)或者多個(gè)字母集索，這些字母表示將觸發(fā)傳送操作的條件屿愚。條件取決于 EFLAGS 寄存器的當(dāng)前值。

eflags寄存器中各個(gè)們?nèi)缦聢D所示务荆。

image

其中與cmove指令相關(guān)的eflags寄存器中的位有CF（數(shù)學(xué)表達(dá)式產(chǎn)生了進(jìn)位或者借位） 妆距、OF（整數(shù)值無(wú)窮大或者過(guò)小）函匕、PF（寄存器包含數(shù)學(xué)操作造成的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)）娱据、SF（結(jié)果為正不是負(fù)）和ZF（結(jié)果為零）。

下表為無(wú)符號(hào)條件傳送指令盅惜。

無(wú)符號(hào)條件傳送指令依靠進(jìn)位中剩、零和奇偶校驗(yàn)標(biāo)志來(lái)確定兩個(gè)操作數(shù)之間的區(qū)別。

下表為有符號(hào)條件傳送指令抒寂。

舉個(gè)例子如下：

// 將vlaue數(shù)值加載到ecx寄存器中
movl value,%ecx 
// 使用cmp指令比較ecx和ebx這兩個(gè)寄存器中的值结啼，具體就是用ecx減去ebx然后設(shè)置eflags
cmp %ebx,%ecx
// 如果ecx的值大于ebx，使用cmova指令設(shè)置ebx的值為ecx中的值
cmova %ecx,%ebx 

注意AT&T匯編的第1個(gè)操作數(shù)在前屈芜，第2個(gè)操作數(shù)在后郊愧。

1.3 push和pop指令

push指令的形式如下表所示。

pop指令的形式如下表所示。

1.4 xchg與xchgl

這個(gè)指令用于交換操作數(shù)的值，交換指令XCHG是兩個(gè)寄存器炕横，寄存器和內(nèi)存變量之間內(nèi)容的交換指令娶靡，兩個(gè)操作數(shù)的數(shù)據(jù)類型要相同，可以是一個(gè)字節(jié)看锉，也可以是一個(gè)字姿锭，也可以是雙字。格式如下：

xchg    R/M,R/M
xchgl   I/R,I/R伯铣、　　

兩個(gè)操作數(shù)不能同時(shí)為內(nèi)存變量呻此。xchgl指令是一條古老的x86指令擂找，作用是交換兩個(gè)寄存器或者內(nèi)存地址里的4字節(jié)值屑迂，兩個(gè)值不能都是內(nèi)存地址疼阔，他不會(huì)設(shè)置條件碼撑蒜。

1.5 lea

lea計(jì)算源操作數(shù)的實(shí)際地址锦庸，并把結(jié)果保存到目標(biāo)操作數(shù)葡公，而目標(biāo)操作數(shù)必須為通用寄存器另患。格式如下：

lea M,R

lea（Load Effective Address）指令將地址加載到寄存器盏袄。

舉例如下：

movl  4(%ebx),%eax
leal  4(%ebx),%eax　　

第一條指令表示將ebx寄存器中存儲(chǔ)的值加4后得到的結(jié)果作為內(nèi)存地址進(jìn)行訪問(wèn)凭语，并將內(nèi)存地址中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)加載到eax寄存器中葱她。

第二條指令表示將ebx寄存器中存儲(chǔ)的值加4后得到的結(jié)果作為內(nèi)存地址存放到eax寄存器中。

再舉個(gè)例子似扔，如下：

leaq a(b, c, d), %rax 

計(jì)算地址a + b + c * d吨些，然后把最終地址載到寄存器rax中〕椿裕可以看到只是簡(jiǎn)單的計(jì)算豪墅，不引用源操作數(shù)里的寄存器。這樣的完全可以把它當(dāng)作乘法指令使用黔寇。

2偶器、算術(shù)運(yùn)算指令

下面介紹對(duì)有符號(hào)整數(shù)和無(wú)符號(hào)整數(shù)進(jìn)行操作的基本運(yùn)算指令。

2.1 add與adc指令

指令的格式如下：

add  I/R/M,R/M
adc  I/R/M,R/M

指令將兩個(gè)操作數(shù)相加，結(jié)果保存在第2個(gè)操作數(shù)中屏轰。

對(duì)于第1條指令來(lái)說(shuō)颊郎，由于寄存器和存儲(chǔ)器都有位寬限制，因此在進(jìn)行加法運(yùn)算時(shí)就有可能發(fā)生溢出亭枷。運(yùn)算如果溢出的話袭艺，標(biāo)志寄存器eflags中的進(jìn)位標(biāo)志（Carry Flag，CF）就會(huì)被置為1叨粘。

對(duì)于第2條指令來(lái)說(shuō)猾编，利用adc指令再加上進(jìn)位標(biāo)志eflags.CF，就能在32位的機(jī)器上進(jìn)行64位數(shù)據(jù)的加法運(yùn)算升敲。

常規(guī)的算術(shù)邏輯運(yùn)算指令只要將原來(lái)IA-32中的指令擴(kuò)展到64位即可答倡。如addq就是四字相加。

2.2 sub與sbb指令

指令的格式如下：

sub I/R/M,R/M
sbb I/R/M,R/M

指令將用第2個(gè)操作數(shù)減去第1個(gè)操作數(shù)驴党，結(jié)果保存在第2個(gè)操作數(shù)中瘪撇。

2.3 imul與mul指令

指令的格式如下：

imul I/R/M,R
mul  I/R/M,R

將第1個(gè)操作數(shù)和第2個(gè)操作數(shù)相乘，并將結(jié)果寫(xiě)入第2個(gè)操作數(shù)中港庄，如果第2個(gè)操作數(shù)空缺倔既，默認(rèn)為eax寄存器，最終完整的結(jié)果將存儲(chǔ)到edx:eax中鹏氧。

第1條指令執(zhí)行有符號(hào)乘法渤涌，第2條指令執(zhí)行無(wú)符號(hào)乘法。

2.4 idiv與div指令

指令的格式如下：

div   R/M
idiv  R/M

第1條指令執(zhí)行無(wú)符號(hào)除法把还，第2條指令執(zhí)行有符號(hào)除法实蓬。被除數(shù)由edx寄存器和eax寄存器拼接而成，除數(shù)由指令的第1個(gè)操作數(shù)指定吊履，計(jì)算得到的商存入eax寄存器安皱，余數(shù)存入edx寄存器。如下圖所示艇炎。

    edx:eax
------------ = eax（商）... edx（余數(shù)）
    寄存器

運(yùn)算時(shí)被除數(shù)酌伊、商和除數(shù)的數(shù)據(jù)的位寬是不一樣的，如下表表示了idiv指令和div指令使用的寄存器的情況冕臭。

idiv指令和div指令通常是對(duì)位寬2倍于除數(shù)的被除數(shù)進(jìn)行除法運(yùn)算的腺晾。例如對(duì)于x86-32機(jī)器來(lái)說(shuō)，通用寄存器的倍數(shù)為32位辜贵，1個(gè)寄存器無(wú)法容納64位的數(shù)據(jù)，所以 edx存放被除數(shù)的高32位归形，而eax寄存器存放被除數(shù)的低32位托慨。

所以在進(jìn)行除法運(yùn)算時(shí)，必須將設(shè)置在eax寄存器中的32位數(shù)據(jù)擴(kuò)展到包含edx寄存器在內(nèi)的64位暇榴，即有符號(hào)進(jìn)行符號(hào)擴(kuò)展厚棵，無(wú)符號(hào)數(shù)進(jìn)行零擴(kuò)展蕉世。

對(duì)edx進(jìn)行符號(hào)擴(kuò)展時(shí)可以使用cltd（AT&T風(fēng)格寫(xiě)法）或cdq（Intel風(fēng)格寫(xiě)法）。指令的格式如下：

cltd  // 將eax寄存器中的數(shù)據(jù)符號(hào)擴(kuò)展到edx:eax

cltd將eax寄存器中的數(shù)據(jù)符號(hào)擴(kuò)展到edx:eax婆硬。

2.5 incl與decl指令

指令的格式如下：

inc  R/M
dec  R/M　

將指令第1個(gè)操作數(shù)指定的寄存器或內(nèi)存位置存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)加1或減1狠轻。

2.6 negl指令

指令的格式如下：

neg R/M

neg指令將第1個(gè)操作數(shù)的符號(hào)進(jìn)行反轉(zhuǎn)。

3彬犯、位運(yùn)算指令

3.1 andl向楼、orl與xorl指令

指令的格式如下：

and  I/R/M,R/M
or   I/R/M,R/M
xor  I/R/M,R/M

and指令將第2個(gè)操作數(shù)與第1個(gè)操作數(shù)進(jìn)行按位與運(yùn)算，并將結(jié)果寫(xiě)入第2個(gè)操作數(shù)谐区；

or指令將第2個(gè)操作數(shù)與第1個(gè)操作數(shù)進(jìn)行按位或運(yùn)算湖蜕，并將結(jié)果寫(xiě)入第2個(gè)操作數(shù)；

xor指令將第2個(gè)操作數(shù)與第1個(gè)操作數(shù)進(jìn)行按位異或運(yùn)算宋列，并將結(jié)果寫(xiě)入第2個(gè)操作數(shù)昭抒；

3.2 not指令

指令的格式如下：

not R/M

將操作數(shù)按位取反，并將結(jié)果寫(xiě)入操作數(shù)中炼杖。

3.3 sal灭返、sar、shr指令

指令的格式如下：

sal  I/%cl,R/M  #算術(shù)左移
sar  I/%cl,R/M  #算術(shù)右移
shl  I/%cl,R/M  #邏輯左移
shr  I/%cl,R/M  #邏輯右移

sal指令將第2個(gè)操作數(shù)按照第1個(gè)操作數(shù)指定的位數(shù)進(jìn)行左移操作坤邪，并將結(jié)果寫(xiě)入第2個(gè)操作數(shù)中熙含。移位之后空出的低位補(bǔ)0。指令的第1個(gè)操作數(shù)只能是8位的立即數(shù)或cl寄存器罩扇，并且都是只有低5位的數(shù)據(jù)才有意義婆芦，高于或等于6位數(shù)將導(dǎo)致寄存器中的所有數(shù)據(jù)被移走而變得沒(méi)有意義。

sar指令將第2個(gè)操作數(shù)按照第1個(gè)操作數(shù)指定的位數(shù)進(jìn)行右移操作喂饥，并將結(jié)果寫(xiě)入第2個(gè)操作數(shù)中消约。移位之后的空出進(jìn)行符號(hào)擴(kuò)展。和sal指令一樣员帮，sar指令的第1個(gè)操作數(shù)也必須為8位的立即數(shù)或cl寄存器或粮，并且都是只有低5位的數(shù)據(jù)才有意義。

shl指令和sall指令的動(dòng)作完全相同捞高，沒(méi)有必要區(qū)分氯材。

shr令將第2個(gè)操作數(shù)按照第1個(gè)操作數(shù)指定的位數(shù)進(jìn)行右移操作，并將結(jié)果寫(xiě)入第2個(gè)操作數(shù)中硝岗。移位之后的空出進(jìn)行零擴(kuò)展氢哮。和sal指令一樣，shr指令的第1個(gè)操作數(shù)也必須為8位的立即數(shù)或cl寄存器型檀，并且都是只有低5位的數(shù)據(jù)才有意義冗尤。

4、流程控制指令

4.1 jmp指令

指令的格式如下：

jmp I/R

jmp指令將程序無(wú)條件跳轉(zhuǎn)到操作數(shù)指定的目的地址。jmp指令可以視作設(shè)置指令指針（eip寄存器）的指令裂七。目的地址也可以是星號(hào)后跟寄存器的棧皆看，這種方式為間接函數(shù)調(diào)用。例如：

jmp *%eax

將程序跳轉(zhuǎn)至eax所含地址背零。

4.2 條件跳轉(zhuǎn)指令

條件跳轉(zhuǎn)指令的格式如下：

Jcc  目的地址

其中cc指跳轉(zhuǎn)條件腰吟，如果為真，則程序跳轉(zhuǎn)到目的地址徙瓶；否則執(zhí)行下一條指令毛雇。相關(guān)的條件跳轉(zhuǎn)指令如下表所示。

4.3 cmp指令

cmp指令的格式如下：

cmp I/R/M,R/M

cmp指令通過(guò)比較第2個(gè)操作數(shù)減去第1個(gè)操作數(shù)的差倍啥，根據(jù)結(jié)果設(shè)置標(biāo)志寄存器eflags中的標(biāo)志位禾乘。cmp指令和sub指令類似，不過(guò)cmp指令不會(huì)改變操作數(shù)的值虽缕。

操作數(shù)和所設(shè)置的標(biāo)志位之間的關(guān)系如表所示始藕。

4.4 test指令

指令的格式如下：

test I/R/M,R/M

指令通過(guò)比較第1個(gè)操作數(shù)與第2個(gè)操作數(shù)的邏輯與，根據(jù)結(jié)果設(shè)置標(biāo)志寄存器eflags中的標(biāo)志位氮趋。test指令本質(zhì)上和and指令相同伍派，只是test指令不會(huì)改變操作數(shù)的值。

test指令執(zhí)行后CF與OF通常會(huì)被清零剩胁，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果設(shè)置ZF和SF诉植。運(yùn)算結(jié)果為零時(shí)ZF被置為1，SF和最高位的值相同昵观。

舉個(gè)例子如下：

test指令同時(shí)能夠檢查幾個(gè)位晾腔。假設(shè)想要知道 AL 寄存器的位 0 和位 3 是否置 1，可以使用如下指令：

test al,00001001b    #掩碼為0000 1001啊犬，測(cè)試第0和位3位是否為1

從下面的數(shù)據(jù)集例子中灼擂，可以推斷只有當(dāng)所有測(cè)試位都清 0 時(shí)，零標(biāo)志位才置 1：

0  0  1  0  0  1  0  1    <- 輸入值
0  0  0  0  1  0  0  1    <- 測(cè)試值
0  0  0  0  0  0  0  1    <- 結(jié)果：ZF=0

0  0  1  0  0  1  0  0    <- 輸入值
0  0  0  0  1  0  0  1    <- 測(cè)試值
0  0  0  0  0  0  0  0    <- 結(jié)果：ZF=1

test指令總是清除溢出和進(jìn)位標(biāo)志位觉至，其修改符號(hào)標(biāo)志位剔应、零標(biāo)志位和奇偶標(biāo)志位的方法與 AND 指令相同。

4.5 sete指令

根據(jù)eflags中的狀態(tài)標(biāo)志（CF,SF,OF,ZF和PF）將目標(biāo)操作數(shù)設(shè)置為0或1语御。這里的目標(biāo)操作數(shù)指向一個(gè)字節(jié)寄存器（也就是８位寄存器峻贮，如AL，BL应闯，CL）或內(nèi)存中的一個(gè)字節(jié)纤控。狀態(tài)碼后綴（cc）指明了將要測(cè)試的條件。

獲取標(biāo)志位的指令的格式如下：

setcc R/M

指令根據(jù)標(biāo)志寄存器eflags的值碉纺，將操作數(shù)設(shè)置為0或1嚼黔。

setcc中的cc和Jcc中的cc類似细层，可參考表惜辑。

4.6 call指令

指令的格式如下：

call I/R/M

call指令會(huì)調(diào)用由操作數(shù)指定的函數(shù)唬涧。call指令會(huì)將指令的下一條指令的地址壓棧，再跳轉(zhuǎn)到操作數(shù)指定的地址盛撑，這樣函數(shù)就能通過(guò)跳轉(zhuǎn)到棧上的地址從子函數(shù)返回了碎节。相當(dāng)于

push %eip
jmp addr

先壓入指令的下一個(gè)地址，然后跳轉(zhuǎn)到目標(biāo)地址addr抵卫。

4.7 ret指令

指令的格式如下：

ret

ret指令用于從子函數(shù)中返回狮荔。X86架構(gòu)的Linux中是將函數(shù)的返回值設(shè)置到eax寄存器并返回的。相當(dāng)于如下指令：

popl %eip

將call指令壓棧的“call指令下一條指令的地址”彈出棧介粘，并設(shè)置到指令指針中殖氏。這樣程序就能正確地返回子函數(shù)的地方。

從物理上來(lái)說(shuō)姻采，CALL 指令將其返回地址壓入堆棧雅采，再把被調(diào)用過(guò)程的地址復(fù)制到指令指針寄存器。當(dāng)過(guò)程準(zhǔn)備返回時(shí)慨亲，它的 RET 指令從堆棧把返回地址彈回到指令指針寄存器婚瓜。

4.8 enter指令

enter指令通過(guò)初始化ebp和esp寄存器來(lái)為函數(shù)建立函數(shù)參數(shù)和局部變量所需要的棧幀。相當(dāng)于

push   %rbp
mov    %rsp,%rbp

4.9 leave指令

leave通過(guò)恢復(fù)ebp與esp寄存器來(lái)移除使用enter指令建立的棧幀刑棵。相當(dāng)于

mov %rbp, %rsp
pop %rbp

將棧指針指向幀指針巴刻，然后pop備份的原幀指針到%ebp

5.0 int指令

指令的格式如下：

int I

引起給定數(shù)字的中斷。這通常用于系統(tǒng)調(diào)用以及其他內(nèi)核界面蛉签。

5胡陪、標(biāo)志操作

eflags寄存器的各個(gè)標(biāo)志位如下圖所示。

image

操作eflags寄存器標(biāo)志的一些指令如下表所示碍舍。

第19篇-加載與存儲(chǔ)指令（1）

TemplateInterpreterGenerator::generate_all()函數(shù)會(huì)生成許多例程（也就是機(jī)器指令片段柠座，英文叫Stub），包括調(diào)用set_entry_points_for_all_bytes()函數(shù)生成各個(gè)字節(jié)碼對(duì)應(yīng)的例程乒验。

最終會(huì)調(diào)用到TemplateInterpreterGenerator::generate_and_dispatch()函數(shù)愚隧，調(diào)用堆棧如下：

TemplateTable::geneate()                                templateTable_x86_64.cpp
TemplateInterpreterGenerator::generate_and_dispatch()   templateInterpreter.cpp 
TemplateInterpreterGenerator::set_vtos_entry_points()   templateInterpreter_x86_64.cpp  
TemplateInterpreterGenerator::set_short_entry_points()  templateInterpreter.cpp
TemplateInterpreterGenerator::set_entry_points()        templateInterpreter.cpp
TemplateInterpreterGenerator::set_entry_points_for_all_bytes()   templateInterpreter.cpp    
TemplateInterpreterGenerator::generate_all()            templateInterpreter.cpp
InterpreterGenerator::InterpreterGenerator()            templateInterpreter_x86_64.cpp  
TemplateInterpreter::initialize()                       templateInterpreter.cpp
interpreter_init()                                      interpreter.cpp
init_globals()                                          init.cpp

調(diào)用堆棧上的許多函數(shù)在之前介紹過(guò)，每個(gè)字節(jié)碼都會(huì)指定一個(gè)generator函數(shù)锻全，通過(guò)Template的_gen屬性保存狂塘。在TemplateTable::generate()函數(shù)中調(diào)用。_gen會(huì)生成每個(gè)字節(jié)碼對(duì)應(yīng)的機(jī)器指令片段鳄厌，所以非常重要荞胡。

首先看一個(gè)非常簡(jiǎn)單的nop字節(jié)碼指令。這個(gè)指令的模板屬性如下：

// Java spec bytecodes  ubcp|disp|clvm|iswd  in    out   generator   argument
def(Bytecodes::_nop   , ____|____|____|____, vtos, vtos, nop        ,  _      );

nop字節(jié)碼指令的生成函數(shù)generator不會(huì)生成任何機(jī)器指令了嚎，所以nop字節(jié)碼指令對(duì)應(yīng)的匯編代碼中只有棧頂緩存的邏輯泪漂。調(diào)用set_vtos_entry_points()函數(shù)生成的匯編代碼如下：

// aep
0x00007fffe1027c00: push   %rax
0x00007fffe1027c01: jmpq   0x00007fffe1027c30

// fep
0x00007fffe1027c06: sub    $0x8,%rsp
0x00007fffe1027c0a: vmovss %xmm0,(%rsp)
0x00007fffe1027c0f: jmpq   0x00007fffe1027c30

// dep
0x00007fffe1027c14: sub    $0x10,%rsp
0x00007fffe1027c18: vmovsd %xmm0,(%rsp)
0x00007fffe1027c1d: jmpq   0x00007fffe1027c30

// lep
0x00007fffe1027c22: sub    $0x10,%rsp
0x00007fffe1027c26: mov    %rax,(%rsp)
0x00007fffe1027c2a: jmpq   0x00007fffe1027c30

// bep cep sep iep
0x00007fffe1027c2f: push   %rax

// vep

// 接下來(lái)為取指邏輯廊营，開(kāi)始的地址為0x00007fffe1027c30

可以看到，由于tos_in為vtos萝勤，所以如果是aep露筒、bep、cep敌卓、sep與iep時(shí)慎式，直接使用push指令將%rax中存儲(chǔ)的棧頂緩存值壓入表達(dá)式棧中。對(duì)于fep趟径、dep與lep來(lái)說(shuō)瘪吏，在棧上開(kāi)辟對(duì)應(yīng)內(nèi)存的大小，然后將寄存器中的值存儲(chǔ)到表達(dá)式的棧頂上蜗巧，與push指令的效果相同掌眠。

在set_vtos_entry_points()函數(shù)中會(huì)調(diào)用generate_and_dispatch()函數(shù)生成nop指令的機(jī)器指令片段及取下一條字節(jié)碼指令的機(jī)器指令片段。nop不會(huì)生成任何機(jī)器指令幕屹，而取指的片段如下：

// movzbl 將做了零擴(kuò)展的字節(jié)傳送到雙字蓝丙，地址為0x00007fffe1027c30
0x00007fffe1027c30: movzbl  0x1(%r13),%ebx       

0x00007fffe1027c35: inc %r13 

0x00007fffe1027c38: movabs $0x7ffff73ba4a0,%r10 

// movabs的源操作數(shù)只能是立即數(shù)或標(biāo)號(hào)（本質(zhì)還是立即數(shù)），目的操作數(shù)是寄存器 
0x00007fffe1027c42: jmpq *(%r10,%rbx,8)

r13指向當(dāng)前要取的字節(jié)碼指令的地址香嗓。那么%r13+1就是跳過(guò)了當(dāng)前的nop指令而指向了下一個(gè)字節(jié)碼指令的地址迅腔，然后執(zhí)行movzbl指令將所指向的Opcode加載到%ebx中。

通過(guò)jmpq的跳轉(zhuǎn)地址為%r10+%rbx*8靠娱，關(guān)于這個(gè)跳轉(zhuǎn)地址在前面詳細(xì)介紹過(guò)沧烈，這里不再介紹。

我們講解了nop指令像云，把棧頂緩存的邏輯和取指邏輯又回顧了一遍锌雀，對(duì)于每個(gè)字節(jié)碼指令來(lái)說(shuō)都會(huì)有有棧頂緩存和取指邏輯，后面在介紹字節(jié)碼指令時(shí)就不會(huì)再介紹這2個(gè)邏輯迅诬。

加載與存儲(chǔ)相關(guān)操作的字節(jié)碼指令如下表所示腋逆。

我們不會(huì)對(duì)每個(gè)字節(jié)碼指令都查看對(duì)應(yīng)的機(jī)器指令片段的邏輯（其實(shí)是反編譯機(jī)器指令片段為匯編后惩歉，通過(guò)查看匯編理解執(zhí)行邏輯），有些指令的邏輯是類似的俏蛮，這里只選擇幾個(gè)典型的介紹撑蚌。

1、壓棧類型的指令

（1）aconst_null指令

aconst_null表示將null送到棧頂搏屑，模板定義如下：

def(Bytecodes::_aconst_null , ____|____|____|____, vtos, atos, aconst_null  ,  _ );

指令的匯編代碼如下：

// xor 指令在兩個(gè)操作數(shù)的對(duì)應(yīng)位之間進(jìn)行邏輯異或操作争涌，并將結(jié)果存放在目標(biāo)操作數(shù)中
// 第1個(gè)操作數(shù)和第2個(gè)操作數(shù)相同時(shí)，執(zhí)行異或操作就相當(dāng)于執(zhí)行清零操作
xor    %eax,%eax 

由于tos_out為atos辣恋，所以棧頂?shù)慕Y(jié)果是緩存在%eax寄存器中的亮垫，只對(duì)%eax寄存器執(zhí)行xor操作即可模软。

（2）iconst_m1指令

iconst_m1表示將-1壓入棧內(nèi)，模板定義如下：

def(Bytecodes::_iconst_m1 , ____|____|____|____, vtos, itos, iconst , -1 );

生成的機(jī)器指令經(jīng)過(guò)反匯編后饮潦，得到的匯編代碼如下：

mov    $0xffffffff,%eax 

其它的與iconst_m1字節(jié)碼指令類似的字節(jié)碼指令燃异，如iconst_0、iconst_1等害晦，模板定義如下：

def(Bytecodes::_iconst_m1           , ____|____|____|____, vtos, itos, iconst              , -1           );
def(Bytecodes::_iconst_0            , ____|____|____|____, vtos, itos, iconst              ,  0           );
def(Bytecodes::_iconst_1            , ____|____|____|____, vtos, itos, iconst              ,  1           );
def(Bytecodes::_iconst_2            , ____|____|____|____, vtos, itos, iconst              ,  2           );
def(Bytecodes::_iconst_3            , ____|____|____|____, vtos, itos, iconst              ,  3           );
def(Bytecodes::_iconst_4            , ____|____|____|____, vtos, itos, iconst              ,  4           );
def(Bytecodes::_iconst_5            , ____|____|____|____, vtos, itos, iconst              ,  5           );

可以看到特铝，生成函數(shù)都是同一個(gè)TemplateTable::iconst()函數(shù)。

iconst_0的匯編代碼如下：

xor    %eax,%eax

iconst_@（@為1壹瘟、2、3鳄逾、4稻轨、5）的字節(jié)碼指令對(duì)應(yīng)的匯編代碼如下：

// aep  
0x00007fffe10150a0: push   %rax
0x00007fffe10150a1: jmpq   0x00007fffe10150d0

// fep
0x00007fffe10150a6: sub    $0x8,%rsp
0x00007fffe10150aa: vmovss %xmm0,(%rsp)
0x00007fffe10150af: jmpq   0x00007fffe10150d0

// dep
0x00007fffe10150b4: sub    $0x10,%rsp
0x00007fffe10150b8: vmovsd %xmm0,(%rsp)
0x00007fffe10150bd: jmpq   0x00007fffe10150d0

// lep
0x00007fffe10150c2: sub    $0x10,%rsp
0x00007fffe10150c6: mov    %rax,(%rsp)
0x00007fffe10150ca: jmpq   0x00007fffe10150d0

// bep/cep/sep/iep
0x00007fffe10150cf: push   %rax

// vep
0x00007fffe10150d0 mov $0x@,%eax // @代表1、2雕凹、3殴俱、4、5

如果看過(guò)我之前寫(xiě)的文章枚抵，那么如上的匯編代碼應(yīng)該能看懂线欲，我在這里就不再做過(guò)多介紹了。

（3）bipush

bipush 將單字節(jié)的常量值推送至棧頂汽摹。模板定義如下：

def(Bytecodes::_bipush , ubcp|____|____|____, vtos, itos, bipush ,  _ );

指令的匯編代碼如下：

// %r13指向字節(jié)碼指令的地址李丰，偏移1位
// 后取出1個(gè)字節(jié)的內(nèi)容存儲(chǔ)到%eax中
movsbl 0x1(%r13),%eax 

由于tos_out為itos，所以將單字節(jié)的常量值存儲(chǔ)到%eax中逼泣，這個(gè)寄存器是專門用來(lái)進(jìn)行棧頂緩存的趴泌。

（4）sipush

sipush將一個(gè)短整型常量值推送到棧頂，模板定義如下：

def(Bytecodes::_bipush , ubcp|____|____|____, vtos, itos, bipush ,  _  );

生成的匯編代碼如下：

// movzwl傳送做了符號(hào)擴(kuò)展字到雙字
movzwl 0x1(%r13),%eax 
// bswap 以字節(jié)為單位拉庶，把32/64位寄存器的值按照低和高的字節(jié)交換
bswap  %eax     
// （算術(shù)右移）指令將目的操作數(shù)進(jìn)行算術(shù)右移      
sar    $0x10,%eax    

Java中的短整型占用2個(gè)字節(jié)嗜憔，所以需要對(duì)32位寄存器%eax進(jìn)行一些操作。由于字節(jié)碼采用大端存儲(chǔ)氏仗，所以在處理時(shí)統(tǒng)一變換為小端存儲(chǔ)吉捶。

2、存儲(chǔ)類型指令

istore指令會(huì)將int類型數(shù)值存入指定索引的本地變量表皆尔，模板定義如下：

def(Bytecodes::_istore , ubcp|____|clvm|____, itos, vtos, istore ,  _ );

生成函數(shù)為TemplateTable::istore()呐舔，生成的匯編代碼如下：

movzbl 0x1(%r13),%ebx
neg    %rbx
mov    %eax,(%r14,%rbx,8)

由于棧頂緩存tos_in為itos，所以直接將%eax中的值存儲(chǔ)到指定索引的本地變量表中床佳。

模板中指定ubcp滋早，因?yàn)樯傻膮R編代碼中會(huì)使用%r13，也就是字節(jié)碼指令指針砌们。

其它的istore杆麸、dstore等字節(jié)碼指令的匯編代碼邏輯也類似搁进，這里不過(guò)多介紹。

第20篇-加載與存儲(chǔ)指令之ldc與_fast_aldc指令（2）

ldc指令將int昔头、float饼问、或者一個(gè)類、方法類型或方法句柄的符號(hào)引用揭斧、還可能是String型常量值從常量池中推送至棧頂莱革。

這一篇介紹一個(gè)虛擬機(jī)規(guī)范中定義的一個(gè)字節(jié)碼指令ldc，另外還有一個(gè)虛擬機(jī)內(nèi)部使用的字節(jié)碼指令_fast_aldc讹开。ldc指令可以加載String盅视、方法類型或方法句柄的符號(hào)引用，但是如果要加載String旦万、方法類型或方法句柄的符號(hào)引用闹击，則會(huì)在類連接過(guò)程中重寫(xiě)ldc字節(jié)碼指令為虛擬機(jī)內(nèi)部使用的字節(jié)碼指令_fast_aldc。下面我們?cè)敿?xì)介紹ldc指令如何加載int成艘、float類型和類類型的數(shù)據(jù)赏半，以及_fast_aldc加載String、方法類型或方法句柄淆两，還有為什么要進(jìn)行字節(jié)碼重寫(xiě)等問(wèn)題断箫。

1、ldc字節(jié)碼指令

ldc指令將int秋冰、float或String型常量值從常量池中推送至棧頂仲义。模板的定義如下：

def(Bytecodes::_ldc , ubcp|____|clvm|____, vtos, vtos, ldc ,  false );

ldc字節(jié)碼指令的格式如下：

// index是一個(gè)無(wú)符號(hào)的byte類型數(shù)據(jù)，指明當(dāng)前類的運(yùn)行時(shí)常量池的索引
ldc index 

調(diào)用生成函數(shù)TemplateTable::ldc(bool wide)丹莲。函數(shù)生成的匯編代碼如下：

第1部分代碼：

// movzbl指令負(fù)責(zé)拷貝一個(gè)字節(jié)光坝，并用0填充其目
// 的操作數(shù)中的其余各位，這種擴(kuò)展方式叫"零擴(kuò)展"
// ldc指定的格式為ldc index甥材，index為一個(gè)字節(jié)
0x00007fffe1028530: movzbl 0x1(%r13),%ebx // 加載index到%ebx

// %rcx指向緩存池首地址盯另、%rax指向類型數(shù)組_tags首地址
0x00007fffe1028535: mov    -0x18(%rbp),%rcx
0x00007fffe1028539: mov    0x10(%rcx),%rcx
0x00007fffe102853d: mov    0x8(%rcx),%rcx
0x00007fffe1028541: mov    0x10(%rcx),%rax


// 從_tags數(shù)組獲取操作數(shù)類型并存儲(chǔ)到%edx中
0x00007fffe1028545: movzbl 0x4(%rax,%rbx,1),%edx

// $0x64代表JVM_CONSTANT_UnresolvedClass，比較洲赵，如果類還沒(méi)有鏈接鸳惯，
// 則直接跳轉(zhuǎn)到call_ldc
0x00007fffe102854a: cmp    $0x64,%edx
0x00007fffe102854d: je     0x00007fffe102855d   // call_ldc

// $0x67代表JVM_CONSTANT_UnresolvedClassInError，也就是如果類在
// 鏈接過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤叠萍，則跳轉(zhuǎn)到call_ldc
0x00007fffe102854f: cmp    $0x67,%edx
0x00007fffe1028552: je     0x00007fffe102855d  // call_ldc

// $0x7代表JVM_CONSTANT_Class芝发，表示如果類已經(jīng)進(jìn)行了連接，則
// 跳轉(zhuǎn)到notClass
0x00007fffe1028554: cmp    $0x7,%edx
0x00007fffe1028557: jne    0x00007fffe10287c0  // notClass

// 類在沒(méi)有連接或連接過(guò)程中出錯(cuò)苛谷，則執(zhí)行如下的匯編代碼
// -- call_ldc --

下面看一下調(diào)用call_VM(rax, CAST_FROM_FN_PTR(address, InterpreterRuntime::ldc), c_rarg1)函數(shù)生成的匯編代碼辅鲸，CAST_FROM_FN_PTR是宏，宏擴(kuò)展后為( (address)((address_word)(InterpreterRuntime::ldc)) )。

在調(diào)用call_VM()函數(shù)時(shí)漏麦，傳遞的參數(shù)如下：

• %rax現(xiàn)在存儲(chǔ)類型數(shù)組首地址，不過(guò)傳入是為了接收調(diào)用函數(shù)的結(jié)果值
• adr是InterpreterRuntime::ldc()函數(shù)首地址
• c_rarg1用rdi寄存器存儲(chǔ)wide值攀隔，這里為0刻炒，表示為沒(méi)有加wide前綴的ldc指令生成匯編代碼

生成的匯編代碼如下：

第2部分：

// 將wide的值移到%esi寄存器决采，為后續(xù)
// 調(diào)用InterpreterRuntime::ldc()函數(shù)準(zhǔn)備第2個(gè)參數(shù)
0x00007fffe102855d: mov $0x0,%esi 
// 調(diào)用MacroAssembler::call_VM()函數(shù)，通過(guò)此函數(shù)來(lái)調(diào)用HotSpot VM中用
// C++編寫(xiě)的函數(shù)坟奥，通過(guò)這個(gè)C++編寫(xiě)的函數(shù)來(lái)調(diào)用InterpreterRuntime::ldc()函數(shù)

0x00007fffe1017542: callq  0x00007fffe101754c 
0x00007fffe1017547: jmpq   0x00007fffe10175df // 跳轉(zhuǎn)到E1

// 調(diào)用MacroAssembler::call_VM_helper()函數(shù)
// 將棧頂存儲(chǔ)的返回地址設(shè)置到%rax中树瞭，也就是將存儲(chǔ)地址0x00007fffe1017547
// 的棧的slot地址設(shè)置到%rax中
0x00007fffe101754c: lea 0x8(%rsp),%rax


// 調(diào)用InterpreterMacroAssembler::call_VM_base()函數(shù)
// 存儲(chǔ)bcp到棧中特定位置
0x00007fffe1017551: mov %r13,-0x38(%rbp)

// 調(diào)用MacroAssembler::call_VM_base()函數(shù)
// 將r15中的值移動(dòng)到rdi寄存器中，也就是為函數(shù)調(diào)用準(zhǔn)備第一個(gè)參數(shù)
0x00007fffe1017555: mov   %r15,%rdi
// 只有解釋器才必須要設(shè)置fp
// 將last_java_fp保存到JavaThread類的last_java_fp屬性中
0x00007fffe1017558: mov   %rbp,0x200(%r15)  
// 將last_java_sp保存到JavaThread類的last_java_sp屬性中 
0x00007fffe101755f: mov   %rax,0x1f0(%r15)   

// ... 省略調(diào)用MacroAssembler::call_VM_leaf_base()函數(shù)

// 重置JavaThread::last_java_sp與JavaThread::last_java_fp屬性的值
0x00007fffe1017589: movabs $0x0,%r10
0x00007fffe1017593: mov %r10,0x1f0(%r15)
0x00007fffe101759a: movabs $0x0,%r10
0x00007fffe10175a4: mov %r10,0x200(%r15)

// check for pending exceptions (java_thread is set upon return)
0x00007fffe10175ab: cmpq  $0x0,0x8(%r15)
// 如果沒(méi)有異常則直接跳轉(zhuǎn)到ok
0x00007fffe10175b3: je    0x00007fffe10175be
// 如果有異常則跳轉(zhuǎn)到StubRoutines::forward_exception_entry()獲取的例程入口
0x00007fffe10175b9: jmpq  0x00007fffe1000420

// -- ok --
// 將JavaThread::vm_result屬性中的值存儲(chǔ)到%rax寄存器中并清空vm_result屬性的值
0x00007fffe10175be: mov     0x250(%r15),%rax
0x00007fffe10175c5: movabs  $0x0,%r10
0x00007fffe10175cf: mov     %r10,0x250(%r15)

// 結(jié)束調(diào)用MacroAssembler::call_VM_base()函數(shù)


// 恢復(fù)bcp與locals
0x00007fffe10175d6: mov   -0x38(%rbp),%r13
0x00007fffe10175da: mov   -0x30(%rbp),%r14


// 結(jié)束調(diào)用MacroAssembler::call_VM_helper()函數(shù)

0x00007fffe10175de: retq  
// 結(jié)束調(diào)用MacroAssembler::call_VM()函數(shù)

下面詳細(xì)解釋如下匯編的意思爱谁。

call指令相當(dāng)于如下兩條指令：

push %eip
jmp  addr

而ret指令相當(dāng)于：

 pop %eip

所以如上匯編代碼：

0x00007fffe1017542: callq  0x00007fffe101754c 
0x00007fffe1017547: jmpq   0x00007fffe10175df // 跳轉(zhuǎn)
...
0x00007fffe10175de: retq 

調(diào)用callq指令將jmpq的地址壓入了表達(dá)式棧晒喷，也就是壓入了返回地址x00007fffe1017547，這樣當(dāng)后續(xù)調(diào)用retq時(shí)管行，會(huì)跳轉(zhuǎn)到j(luò)mpq指令執(zhí)行厨埋，而jmpq又跳轉(zhuǎn)到了0x00007fffe10175df地址處的指令執(zhí)行。

通過(guò)調(diào)用MacroAssembler::call_VM()函數(shù)來(lái)調(diào)用HotSpot VM中用的C++編寫(xiě)的函數(shù)捐顷，call_VM()函數(shù)還會(huì)調(diào)用如下函數(shù)：

MacroAssembler::call_VM_helper
   InterpreterMacroAssembler::call_VM_base()
       MacroAssembler::call_VM_base()
            MacroAssembler::call_VM_leaf_base()

在如上幾個(gè)函數(shù)中，最重要的就是在MacroAssembler::call_VM_base()函數(shù)中保存rsp雨效、rbp的值到JavaThread::last_java_sp與JavaThread::last_java_fp屬性中迅涮，然后通過(guò)MacroAssembler::call_VM_leaf_base()函數(shù)生成的匯編代碼來(lái)調(diào)用C++編寫(xiě)的InterpreterRuntime::ldc()函數(shù)，如果調(diào)用InterpreterRuntime::ldc()函數(shù)有可能破壞rsp和rbp的值（其它的%r13徽龟、%r14等的寄存器中的值也有可能破壞叮姑，所以在必要時(shí)保存到棧中，在調(diào)用完成后再恢復(fù)据悔，這樣這些寄存器其實(shí)就算的上是調(diào)用者保存的寄存器了）传透，所以為了保證rsp、rbp极颓，將這兩個(gè)值存儲(chǔ)到線程中朱盐，在線程中保存的這2個(gè)值對(duì)于棧展開(kāi)非常非常重要，后面我們會(huì)詳細(xì)介紹菠隆。

由于如上匯編代碼會(huì)解釋執(zhí)行兵琳，在解釋執(zhí)行過(guò)程中會(huì)調(diào)用C++函數(shù)，所以C/C++棧和Java棧都混在一起骇径，這為我們查找?guī)?lái)了一定的復(fù)雜度躯肌。

調(diào)用的MacroAssembler::call_VM_leaf_base()函數(shù)生成的匯編代碼如下：

第3部分匯編代碼：

// 調(diào)用MacroAssembler::call_VM_leaf_base()函數(shù)
0x00007fffe1017566: test  $0xf,%esp          // 檢查對(duì)齊
// %esp對(duì)齊的操作，跳轉(zhuǎn)到 L
0x00007fffe101756c: je    0x00007fffe1017584 
// %esp沒(méi)有對(duì)齊時(shí)的操作
0x00007fffe1017572: sub   $0x8,%rsp
0x00007fffe1017576: callq 0x00007ffff66a22a2  // 調(diào)用函數(shù)破衔，也就是調(diào)用InterpreterRuntime::ldc()函數(shù)
0x00007fffe101757b: add   $0x8,%rsp
0x00007fffe101757f: jmpq  0x00007fffe1017589  // 跳轉(zhuǎn)到E2
// -- L --
// %esp對(duì)齊的操作
0x00007fffe1017584: callq 0x00007ffff66a22a2  // 調(diào)用函數(shù)清女，也就是調(diào)用InterpreterRuntime::ldc()函數(shù)

// -- E2 --

// 結(jié)束調(diào)用
MacroAssembler::call_VM_leaf_base()函數(shù)

在如上這段匯編中會(huì)真正調(diào)用C++函數(shù)InterpreterRuntime::ldc()，由于這是一個(gè)C++函數(shù)晰筛，所以在調(diào)用時(shí)嫡丙，如果要傳遞參數(shù)拴袭，則要遵守C++調(diào)用約定，也就是前6個(gè)參數(shù)都放到固定的寄存器中迄沫。這個(gè)函數(shù)需要2個(gè)參數(shù)稻扬，分別為thread和wide，已經(jīng)分別放到了%rdi和%rax寄存器中了羊瘩。InterpreterRuntime::ldc()函數(shù)的實(shí)現(xiàn)如下：

// ldc負(fù)責(zé)將數(shù)值常量或String常量值從常量池中推送到棧頂
IRT_ENTRY(void, InterpreterRuntime::ldc(JavaThread* thread, bool wide))
  ConstantPool* pool = method(thread)->constants();
  int index = wide ? get_index_u2(thread, Bytecodes::_ldc_w) : get_index_u1(thread, Bytecodes::_ldc);
  constantTag tag = pool->tag_at(index);

  Klass* klass = pool->klass_at(index, CHECK);
  oop java_class = klass->java_mirror(); // java.lang.Class通過(guò)oop來(lái)表示
  thread->set_vm_result(java_class);
IRT_END

函數(shù)將查找到的泰佳、當(dāng)前正在解釋執(zhí)行的方法所屬的類存儲(chǔ)到JavaThread類的vm_result屬性中。我們可以回看第2部分匯編代碼尘吗，會(huì)將vm_result屬性的值設(shè)置到%rax中逝她。

接下來(lái)繼續(xù)看TemplateTable::ldc(bool wide)函數(shù)生成的匯編代碼，此時(shí)已經(jīng)通過(guò)調(diào)用call_VM()函數(shù)生成了調(diào)用InterpreterRuntime::ldc()這個(gè)C++的匯編睬捶，調(diào)用完成后值已經(jīng)放到了%rax中黔宛。

// -- E1 --  
0x00007fffe10287ba: push   %rax  // 將調(diào)用的結(jié)果存儲(chǔ)到表達(dá)式中
0x00007fffe10287bb: jmpq   0x00007fffe102885e // 跳轉(zhuǎn)到Done

// -- notClass --
// $0x4表示JVM_CONSTANT_Float
0x00007fffe10287c0: cmp    $0x4,%edx
0x00007fffe10287c3: jne    0x00007fffe10287d9 // 跳到notFloat
// 當(dāng)ldc字節(jié)碼指令加載的數(shù)為float時(shí)執(zhí)行如下匯編代碼
0x00007fffe10287c5: vmovss 0x58(%rcx,%rbx,8),%xmm0
0x00007fffe10287cb: sub    $0x8,%rsp
0x00007fffe10287cf: vmovss %xmm0,(%rsp)
0x00007fffe10287d4: jmpq   0x00007fffe102885e // 跳轉(zhuǎn)到Done
 
// -- notFloat --
// 當(dāng)ldc字節(jié)碼指令加載的為非float，也就是int類型數(shù)據(jù)時(shí)通過(guò)push加入表達(dá)式棧
0x00007fffe1028859: mov    0x58(%rcx,%rbx,8),%eax
0x00007fffe102885d: push   %rax

// -- Done --

由于ldc指令除了加載String外擒贸，還可能加載int和float臀晃，如果是int，直接調(diào)用push壓入表達(dá)式棧中介劫，如果是float徽惋，則在表達(dá)式棧上開(kāi)辟空間，然后移到到這個(gè)開(kāi)辟的slot中存儲(chǔ)座韵。注意险绘，float會(huì)使用%xmm0寄存器。

2誉碴、fast_aldc虛擬機(jī)內(nèi)部字節(jié)碼指令

下面介紹_fast_aldc指令宦棺，這個(gè)指令是虛擬機(jī)內(nèi)部使用的指令而非虛擬機(jī)規(guī)范定義的指令。_fast_aldc指令的模板定義如下：

def(Bytecodes::_fast_aldc , ubcp|____|clvm|____, vtos, atos, fast_aldc ,  false );

生成函數(shù)為TemplateTable::fast_aldc(bool wide)黔帕，這個(gè)函數(shù)生成的匯編代碼如下：

// 調(diào)用InterpreterMacroAssembler::get_cache_index_at_bcp()函數(shù)生成
// 獲取字節(jié)碼指令的操作數(shù)代咸，這個(gè)操作數(shù)已經(jīng)指向了常量池緩存項(xiàng)的索引，在字節(jié)碼重寫(xiě)
// 階段已經(jīng)進(jìn)行了字節(jié)碼重寫(xiě)
0x00007fffe10243d0: movzbl 0x1(%r13),%edx

// 調(diào)用InterpreterMacroAssembler::load_resolved_reference_at_index()函數(shù)生成

// shl表示邏輯左移蹬屹，相當(dāng)于乘4,因?yàn)镃onstantPoolCacheEntry的大小為4個(gè)字
0x00007fffe10243d5: shl    $0x2,%edx

// 獲取Method*
0x00007fffe10243d8: mov    -0x18(%rbp),%rax
// 獲取ConstMethod*
0x00007fffe10243dc: mov    0x10(%rax),%rax
// 獲取ConstantPool*
0x00007fffe10243e0: mov    0x8(%rax),%rax
// 獲取ConstantPool::_resolved_references屬性的值侣背，這個(gè)值
// 是一個(gè)指向?qū)ο髷?shù)組的指針
0x00007fffe10243e4: mov    0x30(%rax),%rax

// JNIHandles::resolve(obj)
0x00007fffe10243e8: mov    (%rax),%rax

// 從_resolved_references數(shù)組指定的下標(biāo)索引處獲取oop，先進(jìn)行索引偏移
0x00007fffe10243eb: add    %rdx,%rax

// 要在%rax上加0x10慨默，是因?yàn)閿?shù)組對(duì)象的頭大小為2個(gè)字贩耐，加上后
// %rax就指向了oop
0x00007fffe10243ee: mov    0x10(%rax),%eax

獲取_resolved_references屬性的值，涉及到的2個(gè)屬性在ConstantPool類中的定義如下：

// Array of resolved objects from the constant pool and map from resolved
// object index to original constant pool index
jobject              _resolved_references; // jobject是指針類型
Array<u2>*           _reference_map;

關(guān)于_resolved_references指向的其實(shí)是Object數(shù)組厦取。在ConstantPool::initialize_resolved_references()函數(shù)中初始化這個(gè)屬性潮太。調(diào)用鏈如下：

ConstantPool::initialize_resolved_references()  constantPool.cpp 　　 
Rewriter::make_constant_pool_cache()  rewriter.cpp  
Rewriter::Rewriter()                  rewriter.cpp
Rewriter::rewrite()                   rewriter.cpp
InstanceKlass::rewrite_class()        instanceKlass.cpp 
InstanceKlass::link_class_impl()      instanceKlass.cpp

后續(xù)如果需要連接ldc等指令時(shí)，可能會(huì)調(diào)用如下函數(shù)：（我們只討論ldc加載String類型數(shù)據(jù)的問(wèn)題，所以我們只看往_resolved_references屬性中放入表示String的oop的邏輯铡买，MethodType與MethodHandle將不再介紹更鲁，有興趣的可自行研究）

oop ConstantPool::string_at_impl(
 constantPoolHandle this_oop, 
 int    which, 
 int    obj_index, 
 TRAPS
) {
  oop str = this_oop->resolved_references()->obj_at(obj_index);
  if (str != NULL)
      return str;

  Symbol* sym = this_oop->unresolved_string_at(which);
  str = StringTable::intern(sym, CHECK_(NULL));

  this_oop->string_at_put(which, obj_index, str);

  return str;
}

void string_at_put(int which, int obj_index, oop str) {
  // 獲取類型為jobject的_resolved_references屬性的值
  objArrayOop tmp = resolved_references();
  tmp->obj_at_put(obj_index, str);
}

在如上函數(shù)中向_resolved_references數(shù)組中設(shè)置緩存的值。

大概的思路就是：如果ldc加載的是字符串奇钞，那么盡量通過(guò)_resolved_references數(shù)組中一次性找到表示字符串的oop澡为，否則要通過(guò)原常量池下標(biāo)索引找到Symbol實(shí)例（Symbol實(shí)例是HotSpot VM內(nèi)部使用的、用來(lái)表示字符串）景埃，根據(jù)Symbol實(shí)例生成對(duì)應(yīng)的oop媒至，然后通過(guò)常量池緩存下標(biāo)索引設(shè)置到_resolved_references中。當(dāng)下次查找時(shí)谷徙，通過(guò)這個(gè)常量池緩存下標(biāo)緩存找到表示字符串的oop拒啰。

獲取到_resolved_references屬性的值后接著看生成的匯編代碼，如下：

// ...
// %eax中存儲(chǔ)著表示字符串的oop
0x00007fffe1024479: test   %eax,%eax
// 如果已經(jīng)獲取到了oop完慧，則跳轉(zhuǎn)到resolved
0x00007fffe102447b: jne    0x00007fffe1024481

// 沒(méi)有獲取到oop谋旦，需要進(jìn)行連接操作，0xe5是_fast_aldc的Opcode
0x00007fffe1024481: mov    $0xe5,%edx　　

調(diào)用call_VM()函數(shù)生成的匯編代碼如下：

// 調(diào)用InterpreterRuntime::resolve_ldc()函數(shù)
0x00007fffe1024486: callq  0x00007fffe1024490
0x00007fffe102448b: jmpq   0x00007fffe1024526

// 將%rdx中的ConstantPoolCacheEntry項(xiàng)存儲(chǔ)到第1個(gè)參數(shù)中

// 調(diào)用MacroAssembler::call_VM_helper()函數(shù)生成
0x00007fffe1024490: mov    %rdx,%rsi
// 將返回地址加載到%rax中
0x00007fffe1024493: lea    0x8(%rsp),%rax

// 調(diào)用call_VM_base()函數(shù)生成
// 保存bcp
0x00007fffe1024498: mov    %r13,-0x38(%rbp)

// 調(diào)用MacroAssembler::call_VM_base()函數(shù)生成

// 將r15中的值移動(dòng)到c_rarg0(rdi)寄存器中屈尼，也就是為函數(shù)調(diào)用準(zhǔn)備第一個(gè)參數(shù)
0x00007fffe102449c: mov    %r15,%rdi
// Only interpreter should have to set fp 只有解釋器才必須要設(shè)置fp
0x00007fffe102449f: mov    %rbp,0x200(%r15)
0x00007fffe10244a6: mov    %rax,0x1f0(%r15)

// 調(diào)用MacroAssembler::call_VM_leaf_base()生成
0x00007fffe10244ad: test   $0xf,%esp
0x00007fffe10244b3: je     0x00007fffe10244cb
0x00007fffe10244b9: sub    $0x8,%rsp
0x00007fffe10244bd: callq  0x00007ffff66b27ac
0x00007fffe10244c2: add    $0x8,%rsp
0x00007fffe10244c6: jmpq   0x00007fffe10244d0
0x00007fffe10244cb: callq  0x00007ffff66b27ac
0x00007fffe10244d0: movabs $0x0,%r10
// 結(jié)束調(diào)用MacroAssembler::call_VM_leaf_base()

0x00007fffe10244da: mov    %r10,0x1f0(%r15)
0x00007fffe10244e1: movabs $0x0,%r10

// 檢查是否有異常發(fā)生
0x00007fffe10244eb: mov    %r10,0x200(%r15)
0x00007fffe10244f2: cmpq   $0x0,0x8(%r15)
// 如果沒(méi)有異常發(fā)生册着，則跳轉(zhuǎn)到ok
0x00007fffe10244fa: je     0x00007fffe1024505
// 有異常發(fā)生，則跳轉(zhuǎn)到StubRoutines::forward_exception_entry()
0x00007fffe1024500: jmpq   0x00007fffe1000420

// ---- ok ----

// 將JavaThread::vm_result屬性中的值存儲(chǔ)到oop_result寄存器中并清空vm_result屬性的值
0x00007fffe1024505: mov    0x250(%r15),%rax
0x00007fffe102450c: movabs $0x0,%r10
0x00007fffe1024516: mov    %r10,0x250(%r15)

// 結(jié)果調(diào)用MacroAssembler::call_VM_base()函數(shù)

// 恢復(fù)bcp和locals
0x00007fffe102451d: mov    -0x38(%rbp),%r13
0x00007fffe1024521: mov    -0x30(%rbp),%r14

// 結(jié)束調(diào)用InterpreterMacroAssembler::call_VM_base()函數(shù)
// 結(jié)束調(diào)用MacroAssembler::call_VM_helper()函數(shù)

0x00007fffe1024525: retq   

// 結(jié)束調(diào)用MacroAssembler::call_VM()函數(shù)脾歧，回到
// TemplateTable::fast_aldc()函數(shù)繼續(xù)看生成的代碼指蚜，只
// 定義了resolved點(diǎn)

// ---- resolved ----　　

調(diào)用的InterpreterRuntime::resolve_ldc()函數(shù)的實(shí)現(xiàn)如下：

IRT_ENTRY(void, InterpreterRuntime::resolve_ldc(
 JavaThread* thread, 
 Bytecodes::Code bytecode)
) {
  ResourceMark rm(thread);
  methodHandle m (thread, method(thread));
  Bytecode_loadconstant  ldc(m, bci(thread));
  oop result = ldc.resolve_constant(CHECK);

  thread->set_vm_result(result);
}
IRT_END

這個(gè)函數(shù)會(huì)調(diào)用一系列的函數(shù)，相關(guān)調(diào)用鏈如下：

ConstantPool::string_at_put()   constantPool.hpp
ConstantPool::string_at_impl()  constantPool.cpp
ConstantPool::resolve_constant_at_impl()     constantPool.cpp   
ConstantPool::resolve_cached_constant_at()   constantPool.hpp   
Bytecode_loadconstant::resolve_constant()    bytecode.cpp   
InterpreterRuntime::resolve_ldc()            interpreterRuntime.cpp 　　

其中ConstantPool::string_at_impl()函數(shù)在前面已經(jīng)詳細(xì)介紹過(guò)涨椒。

調(diào)用的resolve_constant()函數(shù)的實(shí)現(xiàn)如下：

oop Bytecode_loadconstant::resolve_constant(TRAPS) const {
  int index = raw_index();
  ConstantPool* constants = _method->constants();
  if (has_cache_index()) {
    return constants->resolve_cached_constant_at(index, THREAD);
  } else {
    return constants->resolve_constant_at(index, THREAD);
  }
}

調(diào)用的resolve_cached_constant_at()或resolve_constant_at()函數(shù)的實(shí)現(xiàn)如下：

oop resolve_cached_constant_at(int cache_index, TRAPS) {
    constantPoolHandle h_this(THREAD, this);
    return resolve_constant_at_impl(h_this, _no_index_sentinel, cache_index, THREAD);
}

oop resolve_possibly_cached_constant_at(int pool_index, TRAPS) {
    constantPoolHandle h_this(THREAD, this);
    return resolve_constant_at_impl(h_this, pool_index, _possible_index_sentinel, THREAD);
}

調(diào)用的resolve_constant_at_impl()函數(shù)的實(shí)現(xiàn)如下：

oop ConstantPool::resolve_constant_at_impl(
 constantPoolHandle this_oop,
 int index,
 int cache_index,
 TRAPS
) {
  oop result_oop = NULL;
  Handle throw_exception;

  if (cache_index == _possible_index_sentinel) {
    cache_index = this_oop->cp_to_object_index(index);
  }

  if (cache_index >= 0) {
    result_oop = this_oop->resolved_references()->obj_at(cache_index);
    if (result_oop != NULL) {
      return result_oop;
    }
    index = this_oop->object_to_cp_index(cache_index);
  }

  jvalue prim_value;  // temp used only in a few cases below

  int tag_value = this_oop->tag_at(index).value();

  switch (tag_value) {
  // ...
  case JVM_CONSTANT_String:
    assert(cache_index != _no_index_sentinel, "should have been set");
    if (this_oop->is_pseudo_string_at(index)) {
      result_oop = this_oop->pseudo_string_at(index, cache_index);
      break;
    }
    result_oop = string_at_impl(this_oop, index, cache_index, CHECK_NULL);
    break;
  // ...
  }

  if (cache_index >= 0) {
    Handle result_handle(THREAD, result_oop);
    MonitorLockerEx ml(this_oop->lock());  
    oop result = this_oop->resolved_references()->obj_at(cache_index);
    if (result == NULL) {
      this_oop->resolved_references()->obj_at_put(cache_index, result_handle());
      return result_handle();
    } else {
      return result;
    }
  } else {
    return result_oop;
  }
}

通過(guò)常量池的tags數(shù)組判斷，如果常量池下標(biāo)index處存儲(chǔ)的是JVM_CONSTANT_String常量池項(xiàng)绽媒，則調(diào)用string_at_impl()函數(shù)蚕冬，這個(gè)函數(shù)在之前已經(jīng)介紹過(guò)，會(huì)根據(jù)表示字符串的Symbol實(shí)例創(chuàng)建出表示字符串的oop是辕。在ConstantPool::resolve_constant_at_impl()函數(shù)中得到oop后就存儲(chǔ)到ConstantPool::_resolved_references屬性中囤热，最后返回這個(gè)oop，這正是ldc需要的oop获三。

通過(guò)重寫(xiě)fast_aldc字節(jié)碼指令旁蔼，達(dá)到了通過(guò)少量指令就直接獲取到oop的目的，而且oop是緩存的疙教，所以字符串常量在HotSpot VM中的表示唯一棺聊，也就是只有一個(gè)oop表示。

C++函數(shù)約定返回的值會(huì)存儲(chǔ)到%rax中贞谓，根據(jù)_fast_aldc字節(jié)碼指令的模板定義可知限佩，tos_out為atos，所以后續(xù)并不需要進(jìn)一步操作。

HotSpot VM會(huì)在類的連接過(guò)程中重寫(xiě)某些字節(jié)碼祟同，如ldc字節(jié)碼重寫(xiě)為fast_aldc作喘，還有常量池的tags類型數(shù)組、常量池緩存等內(nèi)容在《深入剖析Java虛擬機(jī)：源碼剖析與實(shí)例詳解》中詳細(xì)介紹過(guò)晕城，這里不再介紹泞坦。

第21篇-加載與存儲(chǔ)指令之ldc與_fast_aldc指令（3）

iload會(huì)將int類型的本地變量推送至棧頂。模板定義如下：

def(Bytecodes::_iload , ubcp|____|clvm|____, vtos, itos, iload , _ );

iload指令的格式如下：

iload index

index是一個(gè)無(wú)符號(hào)byte類型整數(shù)砖顷，指向局部變量表的索引值贰锁。

生成函數(shù)為TemplateTable::iload()，反編譯后的匯編代碼如下：

// 將%ebx指向下一條字節(jié)碼指令的首地址
0x00007fffe1028d30: movzbl 0x2(%r13),%ebx
// $0x15為_(kāi)iload指令的操作碼值
0x00007fffe1028d35: cmp $0x15,%ebx 
// 當(dāng)下一條指令為iload時(shí)择吊，直接跳轉(zhuǎn)到done
0x00007fffe1028d38: je 0x00007fffe1028deb // done

// 0xdf為_(kāi)fast_iload指令的操作碼值
0x00007fffe1028d3e: cmp $0xdf,%ebx
// 將_fast_iload2指令移動(dòng)到%ecx
0x00007fffe1028d44: mov $0xe0,%ecx
0x00007fffe1028d49: je 0x00007fffe1028d5a // rewrite

// 0x34為_(kāi)caload指令的操作碼
// _caload指令表示從數(shù)組中加載一個(gè)char類型數(shù)據(jù)到操作數(shù)棧
0x00007fffe1028d4b: cmp $0x34,%ebx
// 將_fast_icaload移動(dòng)到%ecx中
0x00007fffe1028d4e: mov $0xe1,%ecx
0x00007fffe1028d53: je 0x00007fffe1028d5a // rewrite

// 將_fast_iload移動(dòng)到%ecx中
0x00007fffe1028d55: mov $0xdf,%ecx

// -- rewrite --

// 調(diào)用patch_bytecode()函數(shù)
// 重寫(xiě)為fast版本李根，因?yàn)?cl中存儲(chǔ)的是字節(jié)碼的fast版本，%ecx的8位叫%cl 
0x00007fffe1028de7: mov %cl,0x0(%r13)

// -- done --

// 獲取字節(jié)碼指令的操作數(shù)几睛，這個(gè)操作數(shù)為本地變量表的索引
0x00007fffe1028deb: movzbl 0x1(%r13),%ebx
0x00007fffe1028df0: neg %rbx
// 通過(guò)本地變量表索引從本地變量表中加載值到%eax中房轿，
// %eax中存儲(chǔ)的就是棧頂緩存值，所以不需要壓入棧內(nèi)
0x00007fffe1028df3: mov (%r14,%rbx,8),%eax

執(zhí)行的邏輯如下：

image

假設(shè)現(xiàn)在有個(gè)方法的字節(jié)碼指令流為連接3個(gè)iload指令所森，這3個(gè)iload指令前后都為非iload指令囱持。那么重寫(xiě)的過(guò)程如下：

image

匯編代碼在第一次執(zhí)行時(shí)，如果判斷最后一個(gè)_iload之后是非_iload指令焕济，則會(huì)重寫(xiě)最后一個(gè)_iload指令為_(kāi)fast_iload纷妆；第二次執(zhí)行時(shí)，當(dāng)?shù)?個(gè)字節(jié)碼指令為_(kāi)iload晴弃，而之后接著判斷為_(kāi)fast_iload時(shí)掩幢，會(huì)更新第2個(gè)_iload為_(kāi)fast_iload2。

執(zhí)行_fast_iload和執(zhí)行_fast_iload2都可以提高程序執(zhí)行的效率上鞠，_fast_icaload指令也一樣际邻，下面詳細(xì)介紹一下這幾個(gè)指令。

1芍阎、_fast_iload指令

_fast_iload會(huì)將int類型的本地變量推送至棧頂世曾。模板定義如下：

def(Bytecodes::_fast_iload , ubcp|____|____|____, vtos, itos, fast_iload , _ );

生成函數(shù)為TemplateTable::fast_iload() ，匯編代碼如下：

0x00007fffe1023f90: movzbl 0x1(%r13),%ebx
0x00007fffe1023f95: neg %rbx
0x00007fffe1023f98: mov (%r14,%rbx,8),%eax

匯編代碼很簡(jiǎn)單谴咸，這里不再過(guò)多說(shuō)轮听。

執(zhí)行_fast_iload指令與執(zhí)行_iload指令相比，不用再進(jìn)行之前匯編介紹的那么多判斷岭佳，也沒(méi)有重寫(xiě)的邏輯血巍，所以會(huì)提高執(zhí)行效率。

2驼唱、_fast_iload2指令

_fast_iload2會(huì)將int類型的本地變量推送至棧頂藻茂。模板定義如下：

def(Bytecodes::_fast_iload2 , ubcp|____|____|____, vtos, itos, fast_iload2 , _ );

生成函數(shù)為TemplateTable::fast_iload2() ，匯編代碼如下：

0x00007fffe1024010: movzbl 0x1(%r13),%ebx
0x00007fffe1024015: neg %rbx
0x00007fffe1024018: mov (%r14,%rbx,8),%eax
0x00007fffe102401c: push %rax
0x00007fffe102401d: movzbl 0x3(%r13),%ebx
0x00007fffe1024022: neg %rbx
0x00007fffe1024025: mov (%r14,%rbx,8),%eax

可以看到，此指令就相當(dāng)于連續(xù)執(zhí)行了2次iload指令辨赐，省去了指令跳轉(zhuǎn)优俘，所以效率要高一些。

3掀序、_fast_icaload指令

caload指令表示從數(shù)組中加載一個(gè)char類型數(shù)據(jù)到操作數(shù)棧帆焕。

_fast_icaload會(huì)將char類型數(shù)組指定索引的值推送至棧頂。模板定義如下：

def(Bytecodes::_fast_icaload , ubcp|____|____|____, vtos, itos, fast_icaload , _ );

生成函數(shù)為TemplateTable::fast_icaload()不恭，生成的匯編代碼如下：

0x00007fffe1024090: movzbl 0x1(%r13),%ebx
0x00007fffe1024095: neg %rbx
// %eax中存儲(chǔ)著index
0x00007fffe1024098: mov (%r14,%rbx,8),%eax
// %rdx中存儲(chǔ)著arrayref
0x00007fffe102409c: pop %rdx 
// 將一個(gè)雙字?jǐn)U展后送到一個(gè)四字中,%rax中存儲(chǔ)著index 
0x00007fffe102409d: movslq %eax,%rax 
// %rdx指向數(shù)組對(duì)象的首地址叶雹，偏移0xc后獲取length屬性的值 
0x00007fffe10240a0: cmp 0xc(%rdx),%eax 
0x00007fffe10240a3: mov %eax,%ebx
// 如果數(shù)組索引index等于數(shù)組的長(zhǎng)度或大于數(shù)組長(zhǎng)度時(shí)，那么跳轉(zhuǎn)
// 到_throw_ArrayIndexOutOfBoundsException_entry拋出異常
0x00007fffe10240a5: jae 0x00007fffe100ff20
// 在指定數(shù)組arrayref中加載指定索引處index的值
0x00007fffe10240ab: movzwl 0x10(%rdx,%rax,2),%eax

可以看到换吧，此指令省去了指令跳轉(zhuǎn)折晦，所以效率要高一些。

由于字?jǐn)?shù)限制沾瓦，《模板解釋器解釋執(zhí)行Java字節(jié)碼指令（下）》將在下篇中釋出