Java方法签名

学习bytecode、dalvik bytecode甚至JNI时，都会用到方法的签名，因此这里先给大家介绍下。

使用javap(将在2.2章中介绍)工具可生成方法的签名，如：

方法定义：

1
public native int add(long a, String b);

对应的签名：

1
(JLjava/lang/String;)I

我们可以看到，在签名中，返回值在最后，参数使用括号括住。

下面我来详细解释一下它们的关系：

基本数据类型都有一一对应的签名：

数据类型 签名
void V
boolean Z
byte B
char C
short S
int I
float F
long J
double D

对象与数组比较特殊。

对象均以L开头，以;结束，中间为包名+类名，以/分隔，如类java.lang.String的签名为Ljava/lang/String;

数组使用[来表示，一个[代表一维。如String[]的签名为[Ljava/lang/String;，String[][]的签名为[[Ljava/lang/String;，如果是int[][][]三维数组，则其签名为[[[I

bytecode介绍

关于bytecode的介绍，可参考http://en.wikipedia.org/wiki/Java_bytecode

学习bytecode与学习汇编有些相似，没学过汇编的童鞋或许会觉得汇编很难，其实汇编语法不难，只是使用汇编写复杂程序难。而bytecode相对来说比汇编还要简单些，这里大概介绍bytecode的语法。

bytecode是JVM规范中所定义的指令集，由JVM识别并运行。

bytecode是基于栈的，指令所用到的数据均取自于栈，而指令的操作结果，则会压入栈顶。对于栈不理解的，请先看下数据结构中栈的定义。另外，参数与临时变量都是存放在本地变量中，可以把本地变量和栈都理解为一个固定的int型数组。

这里先举个简单的例子：

下面是一个简单的方法：

1
2
3
4
int add(int a, int b) {
    int c = a + b;
    return c;
}

这个方法中，需要把两个参数中的数据进行加法运算，加法运算的指令为iadd，上面说了指令所用到的数据均来自于栈，因此就需要先把参数a和参数b加载到栈中。

我们看下相应的字节码：

1
2
3
4
5
6
7
8
int add(int a, int b) {
    iload 1 // 加载参数a到栈顶
    iload 2 // 加载参数b到栈顶
    iadd        // 从栈顶取出两个整数进行相加，并把相加后的结果放入栈中
    istore 3    // 从栈顶取出一个整数存放到c中
    iload 3 // 加载临时变量c到栈顶
    ireturn // 从栈顶取出一个整数，并作为返回值返回
}

为了书写方便，以后均用locals代表本地变量，locals[i]代表第i个本地变量。

iload是用来从locals中加载内容的，但为什么是1呢？或许有人会说locals的计数是从1开始的。但其实不是，这里的计数与java语法中数组的计数一样，都是从0开始的。

大家有没注意到，这个方法是个成员方法，我们知道成员方法是有this指针的，所以locals[0]就是this指针。当然如果是静态方法，就没this指针了，那么locals[0]就是第1个参数了。

也就是说，参数是按顺序放在locals的最前面的，而临时变量就是放在locals的参数后面。这个特性非常重要，大家要记住，后面会提到。

bytecode指令可以分为几类，这里是我综合对ASM（后缀文章会介绍到）与维基百科的理解进行分类，相比维基百科所述的分类复杂一点，但更详细更好理解：

1）常量赋值

对象常量(aconst_null)、基本数据类型常量(iconst_、lconst_、fconst_、dconst_、bipush、sipush)、另外ldc指令适用于所有常量。

需要注意的是，dconst_*泛指了dconst_0与dconst_1，其它类似，后面也有类似的写法。

2）数组操作

创建(newarray/anewarray)、读取(xaload)、写入(xastore)、取长度(arraylength)。

3）栈操作

压入栈(pop/pop2)、从栈中拷贝(dup*)、交换栈中的值(swap)

4）算术运算

加(add)、减(sub)、乘(mul)、除(div)、取模(rem)、取反(neg)、左移(shl)、算术右移(shr)、逻辑右移(ushr)、与(and)、或(or)、异或(xor)

5）复杂类型相关

强制类型转换(2、checkcast)、创建(new)、是否某个类的实例(instanceof)

6）比较或控制跳转

比较指令(cmp)，控制跳转指令(if*、goto、jsr)

7）返回(*return/ret)

8）异常(athrow)

9）本地变量操作

读取(load)、写入(store)

10）成员变量操作

读取(getfield/getstatic)、写入(putfield/putstatic)

11）方法调用(invoke*)

12）switch语句(*switch)

指令的详细说明请参考：

http://en.wikipedia.org/wiki/Java_bytecode_instruction_listings

由于指令非常多，不便于一一细说，大家可通过eclipse的bytecode插件来对照着看，此插件会在下一章中介绍。

另外有一点需要注意的是，long和double都是占8个字节的，而上面说过本地变量和栈都可当作int型数组，因为Java中int型占4个字节，所以long和double都占两个位置，而其它类型（boolean、byte、char、short、int、float、引用）都占4个字节。

举个例子，如果有如下方法定义void a(long a, char b)，假设我们想加载参数b在栈中，需要怎么写呢？我们看到这是一个成员方法，成员方法含this指针，因此locals[0]为this指针。而参数a为long型，占两个字节，因为locals[1~2]为参数a，那么参数b就是locals[3]了。相应的指令为iload 3。

细心的童鞋会发现，bytecode的大部分操作都没有boolean、byte、char、short相应的指令，只有与int相关的指令，因为它们都直接作为int来处理了。

dalvik bytecode介绍

官方文档：https://source.android.com/devices/tech/dalvik/dalvik-bytecode.html

dalvik bytecode与bytecode相似，都是一套指令集，由相应的虚拟机来识别运行。但不同的是，davlik bytecode是dalvik VM的指令集，且它是基于寄存器的，也就是本地变量是保存在寄存器中，且指令的数据来源于寄存器。

与上面相同的例子，我们看下dalvik bytecode是怎样的

1
2
3
4
int add(int a, int b) {
    add-int v0, v2, v3  // 把v2(参数a)和v3(参数b)相加存入到v0(临时变量c)中.
    return v0           // 把v0作为返回值返回
}

根据注释可以知道，v2和v3分别是分别是参数a和参数b，而v0则是临时变量c。而这个方法又是成员方法，所以v1就是this指针了。

这里反映了dalvik bytecode的一个特点：临时变量在最前面的寄存器，参数在临时变量之后，寄存器计数从0开始。

有学过smali（后面会介绍）语法的童鞋或许会有疑问，参数不是应该从p0开始，而临时变量则是从v0开始么？实际上smali的写法只是为了方便大家而已，它生成dex时会针对性地做转换处理。

指令的分类和bytecode大同小异，这里不作区分，建议大家先把bytecode学好，这样学dalvik bytecode自然会事半功倍。

细心的童鞋会发现，很多指令对寄存器的范围以及常量有限制，例如const/4 vA, #+B中的A或B这类字母都代表4bit，而vA代表目的寄存器，#+B代表常量，因此目的寄存器需要在v0v15之间，而常量要在00xF之间。

bytecode与dalvik bytecode对比

bytecode是基于栈的，其参数与临时变量均存放在locals中，而指令所需要的数据，都存放在stack中。

dalvik bytecode是基于寄存器的，其参数、临时变量及指令所需要的数据，均存放在寄存器中。

bytecode有专门的指令(aconst_null)来代表空对象指针。

dalvik bytecode空对象没作区分，直接使用常量0来表示，也就意味着当一个寄存器被赋值为0，我们需要根据下文才能识别它是对象还是基本数据类型。

bytecode指令的执行结果会被JVM自动压入栈顶中，无须我们关心。

dalvik bytecode有部分指令的执行结果需要使用move-result*这一系列的指令来指定存放在某个寄存器中。

总结

本文并没深入介绍bytecode与dalvik bytecode，但介绍的知识点都是一些关键的点，对于入门来说已经足够了，建议有兴趣学习bytecode与dalvik bytecode的童鞋能够对照着代码来学，多看看。

关于如何对照着代码来
阅读bytecode，可参见2.2章ASM bytecode online插件部分，而dalvik bytecode的阅读，请参见2.3章asmdex，smali/baksmali。