Java虛擬機(jī)規(guī)范（Java虛擬機(jī)的結(jié)構(gòu)）

bang590 發(fā)布于2019-08-16 18:23 / 919人閱讀

摘要：原始類型和值虛擬機(jī)支持的原始數(shù)據(jù)類型是數(shù)字類型布爾類型和類型。，其值為位帶符號(hào)的二進(jìn)制補(bǔ)碼整數(shù)，其默認(rèn)值為零。

Java虛擬機(jī)的結(jié)構(gòu)

本文檔指定了一個(gè)抽象機(jī)器，它沒有描述Java虛擬機(jī)的任何特定實(shí)現(xiàn)。

要正確實(shí)現(xiàn)Java虛擬機(jī)，你只需要能夠讀取類文件格式并正確執(zhí)行其中指定的操作，不屬于Java虛擬機(jī)規(guī)范的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)會(huì)不必要地限制實(shí)現(xiàn)者的創(chuàng)造力。例如，運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)存布局、使用的垃圾收集算法、Java虛擬機(jī)指令的任何內(nèi)部優(yōu)化（例如，將它們轉(zhuǎn)換為機(jī)器代碼）由實(shí)現(xiàn)者自行決定。

本規(guī)范中對(duì)Unicode的所有引用都是針對(duì)Unicode標(biāo)準(zhǔn)版本11.0.0給出的，可從http://www.unicode.org/獲取。

class文件格式

由Java虛擬機(jī)執(zhí)行的編譯代碼使用獨(dú)立于硬件和操作系統(tǒng)的二進(jìn)制格式表示，通常（但不一定）存儲(chǔ)在文件中，稱為class文件格式，類文件格式精確地定義了類或接口的表示，包括可能在特定于平臺(tái)的目標(biāo)文件格式中被認(rèn)為是理所當(dāng)然的字節(jié)排序等細(xì)節(jié)。

第4章“class文件格式”詳細(xì)介紹了class文件格式。

數(shù)據(jù)類型

與Java編程語言一樣，Java虛擬機(jī)也可以使用兩種類型：原始類型和引用類型。相應(yīng)地，有兩種值可以存儲(chǔ)在變量中、作為參數(shù)傳遞、由方法返回，并對(duì)其進(jìn)行操作：原始值和引用值。

Java虛擬機(jī)期望幾乎所有類型檢查都在運(yùn)行時(shí)之前完成，通常由編譯器完成，而不必由Java虛擬機(jī)本身完成，原始類型的值不需要被標(biāo)記或以其他方式檢查以在運(yùn)行時(shí)確定它們的類型，或者與引用類型的值區(qū)分開來。相反，Java虛擬機(jī)的指令集使用對(duì)特定類型的值進(jìn)行操作的指令來區(qū)分其操作數(shù)類型，例如，iadd、ladd、fadd和dadd都是Java虛擬機(jī)指令，它們添加兩個(gè)數(shù)值并產(chǎn)生數(shù)值結(jié)果，但每個(gè)指令都專門分別用于其操作數(shù)類型：int、long、float和double。

Java虛擬機(jī)包含對(duì)對(duì)象的顯式支持，對(duì)象是動(dòng)態(tài)分配的類實(shí)例或數(shù)組，對(duì)對(duì)象的引用被視為具有Java虛擬機(jī)類型引用，類型引用的值可以被認(rèn)為是指向?qū)ο蟮闹羔槪粋€(gè)對(duì)象可能存在多個(gè)引用，對(duì)象總是通過類型引用的值操作、傳遞和測(cè)試。

原始類型和值

Java虛擬機(jī)支持的原始數(shù)據(jù)類型是數(shù)字類型、布爾類型和returnAddress類型。

數(shù)字類型由整數(shù)類型和浮點(diǎn)類型組成。

整數(shù)類型是：

byte，其值為8位有符號(hào)二進(jìn)制補(bǔ)碼整數(shù)，其默認(rèn)值為零。

short，其值為16位有符號(hào)二進(jìn)制補(bǔ)碼整數(shù)，其默認(rèn)值為零。

int，其值為32位帶符號(hào)的二進(jìn)制補(bǔ)碼整數(shù)，其默認(rèn)值為零。

long，其值為64位帶符號(hào)的二進(jìn)制補(bǔ)碼整數(shù)，其默認(rèn)值為零。

char，其值為16位無符號(hào)整數(shù)，表示基本多語言平面中的Unicode代碼點(diǎn)，使用UTF-16編碼，其默認(rèn)值為空代碼點(diǎn)（"u0000"）。

浮點(diǎn)類型是：

float，其值是浮點(diǎn)值集的元素，或者，如果支持，則為浮點(diǎn)擴(kuò)展指數(shù)值集，其默認(rèn)值為正零。

double，其值是雙精度值集的元素，或者，如果支持，則為雙精度擴(kuò)展指數(shù)值集，其默認(rèn)值為正零。

布爾類型的值對(duì)真值true和false進(jìn)行編碼，默認(rèn)值為false。

Java?虛擬機(jī)規(guī)范的第一版沒有將布爾值視為Java虛擬機(jī)類型，但是，布爾值在Java虛擬機(jī)中的支持有限，Java?虛擬機(jī)規(guī)范的第二版通過將布爾值視為一種類型來澄清該問題。

returnAddress類型的值是指向Java虛擬機(jī)指令操作碼的指針，在原始類型中，只有returnAddress類型與Java編程語言類型沒有直接關(guān)聯(lián)。

整數(shù)類型和值

Java虛擬機(jī)的整數(shù)類型的值是：

對(duì)于byte，從-128到127（-2⁷到2⁷ - 1），包括端值。

對(duì)于short，從-32768到32767（-2¹⁵到2¹⁵ - 1），包括端值。

對(duì)于int，從-2147483648到2147483647（-2³¹到2³¹ - 1），包括端值。

對(duì)于long，從-9223372036854775808到9223372036854775807（-2⁶³到2⁶³ - 1），包括端值。

對(duì)于char，從0到65535，包括端值。

浮點(diǎn)類型、值集和值

浮點(diǎn)類型是float和double，概念上與IEEE二進(jìn)制浮點(diǎn)算術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的32位單精度和64位雙精度格式IEEE 754值和運(yùn)算相關(guān)聯(lián)。

IEEE 754標(biāo)準(zhǔn)不僅包括正負(fù)號(hào)數(shù)，還包括正負(fù)零，正負(fù)無窮大，以及特殊的非數(shù)字值（以下簡稱為“NaN”），NaN值用于表示某些無效操作的結(jié)果，例如將零除以零。

Java虛擬機(jī)的每個(gè)實(shí)現(xiàn)都需要支持兩個(gè)浮點(diǎn)值的標(biāo)準(zhǔn)集，稱為浮點(diǎn)值集和雙精度值集，此外，Java虛擬機(jī)的實(shí)現(xiàn)可以選擇支持兩個(gè)擴(kuò)展指數(shù)浮點(diǎn)值集中的一個(gè)或兩個(gè)，稱為浮點(diǎn)擴(kuò)展指數(shù)值集和雙精度擴(kuò)展指數(shù)值集，在某些情況下，可以使用這些擴(kuò)展指數(shù)值集代替標(biāo)準(zhǔn)值集來表示float或double類型的值。

任何浮點(diǎn)值集的有限非零值都可以表示為s · m · 2^{(e - N + 1)}，其中s為+1或-1，m是小于2^N的正整數(shù)，e是E_min = -(2^K-1-2)和E_max = 2^K-1-1之間的整數(shù)，包括端值，其中N和K是依賴于值集的參數(shù)。有些值可以用多種方式以這種形式表示，例如，假設(shè)值集中的值v可能使用s、m和e的某些值表示為此形式，那么如果m是偶數(shù)且e小于2^K-1，則可以將m減半，將e增加1，以產(chǎn)生相同值v的第二個(gè)表示。如果m ≥ 2^N-1，這種形式的表示稱為標(biāo)準(zhǔn)化，否則該表示被稱為非標(biāo)準(zhǔn)化，如果值集中的值不能以m ≥ 2^N-1的方式表示，則該值稱為非標(biāo)準(zhǔn)化值，因?yàn)樗鼪]有標(biāo)準(zhǔn)化表示。

下表中總結(jié)了對(duì)兩個(gè)必需和兩個(gè)可選浮點(diǎn)值集的參數(shù)N和K（以及派生參數(shù)E_min和E_max）的約束。