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while循环
void whileInt() {
int i = 0;
while (i < 100) {
i++;
}
}
编译成
Method void whileInt()
0 iconst_0
1 istore_1
2 goto 8
5 iinc 1 1
8 iload_1
9 bipush 100
11 if_icmplt 5
14 return
请注意,在Java虚拟机编写的循环代码中,while语句的判断条件(通过if_icmplt指令实现)是放在循环体的最后面的(早先提到的spin示例也是这样)。将判断条件放在循环体底部,意味着在进入循环的第一次迭代前,必须通过一个goto指令跳转到判断条件那里。如果判断条件不满足,导致循环体一次都未执行,那么这个额外的指令就会被浪费。然而,while循环通常用于预期会多次执行循环体的场景。在接下来的迭代中,将判断条件放在循环底部可以在每次循环时节省一条Java虚拟机指令:如果判断条件放在了循环的开始处,每次循环体执行完毕后都需要一条额外的goto指令来跳转回循环开始处。
涉及其他数据类型的控制结构以类似的方式编译,但必须使用可用于这些数据类型的指令。这会导致代码效率较低,因为需要更多 Java 虚拟机指令,例如
void whileDouble() {
double i = 0.0;
while (i < 100.1) {
i++;
}
}
编译成
Method void whileDouble()
0 dconst_0 // 加载double类型常数0.0
1 dstore_1 // 将double类型数值存储到局部变量1
2 goto 9 // 跳转到指令9
5 dload_1 // 从局部变量1中加载一个double类型值
6 dconst_1 // 加载double类型常数1.0
7 dadd // 执行double类型的加法
8 dstore_1 // 将结果存储回局部变量1
9 dload_1 // 再次从局部变量1中加载double类型值
10 ldc2_w #4 // 加载double类型常数100.1
13 dcmpg // 执行比较操作...
14 iflt 5 // 如果小于0,则跳转到指令5
17 return // 方法返回
在Java的浮点类型中,每一种类型都有两种特定的比较指令,这用于比较两个值的大小。对于float类型,这两个指令是fcmpl和fcmpg;对于double类型,这两个指令是dcmpl和dcmpg。这些指令之间的主要区别在于它们处理非数字(NaN)的方式。
对于NaN,我们认为它是无序的,也就是说,它既不大于、不小于也不等于任何值,包括其自身。因此,如果操作数之一是NaN,那么所有的浮点数比较操作将会失败。
然而为了保证程序的稳定运行,编译器会选择适当的比较指令,确保无论比较在非NaN值上失败还是遇到NaN值时,程序都能得到相同的结果。因此,实际的比较操作结果并不会随着值的差异(NaN或者非NaN)而改变。例如,对于一个比较操作,如果在非NaN值上失败,那么在遇到NaN值时,预期也是失败的。
int lessThan100(double d) {
if (d < 100.0) {
return 1;
} else {
return -1;
}
}
编译成
Method int lessThan100(double)
0 dload_1 // 从局部变量1中加载double类型值
1 ldc2_w #4 // 加载double类型常数100.0
4 dcmpg // 如果输入值是NaN或大于100.0,将1压入栈中;如果输入值等于100.0,将0压入栈中
5 ifge 10 // 如果栈顶数值不小于0(即0或1),跳转到指令10
8 iconst_1 // 将int类型的常量1压入栈中
9 ireturn // 返回栈顶int类型值
10 iconst_m1 // 将int类型的-1压入栈中
11 ireturn // 返回栈顶int类型值
如果d不是NaN并且小于100.0,dcmpg指令会将一个int型-1压入操作数栈中,而ifge指令不会进行跳转。如果d大于100.0或者是NaN,dcmpg指令会将一个int型1压入操作数栈中,此时ifge指令会执行跳转。如果d等于100.0,dcmpg指令会将一个int型0压入操作数栈中,此时ifge指令也会进行跳转。
如果比较相反,dcmpl 指令也能达到同样的效果:
int greaterThan100(double d) {
if (d > 100.0) {
return 1;
} else {
return -1;
}
}
编译成
Method int greaterThan100(double)
0 dload_1 // 从局部变量1中加载double类型值
1 ldc2_w #4 // 加载double类型常数100.0
4 dcmpl // 如果输入值是NaN或小于100.0,将-1压入栈中;如果输入值等于100.0,将0压入栈中
5 ifle 10 // 如果栈顶数值不大于0(即0或-1),跳转到指令10
8 iconst_1 // 将int类型的常量1压入栈中
9 ireturn // 返回栈顶int类型值
10 iconst_m1 // 将int类型的-1压入栈中
11 ireturn // 返回栈顶int类型值
cmp指令总结:Java字节码中dcmpl指令的行为以及其对后续条件分支指令的影响,特别是在处理NaN(不是一个数字)值时的特别之处。
首先,当两个double型值进行比较时,dcmpl指令被用于验证这两个值的大小关系。如果第一个操作数小于第二个,会将-1压入操作数栈;如果两者相等,会压入0;如果第一个操作数大于第二个,会压入1。
然而,比较涉及NaN时,情况有所不同。NaN是指不是一个数字的值,通常作为无效操作的结果出现,比如0除以0。在浮点数比较中,任何涉及NaN的操作应当被视为未定义或失败。dcmpl指令在这种情况下会将-1压入操作数栈,表示比较失败或第一个操作数“小于”第二个操作数。这是为了保证程序能在遇到NaN时仍然能有确定的行为模式。
ifle是一个条件分支指令,它会检查操作数栈顶的值是否小于或等于0,如果是的话,就会跳转到指定的指令地址。因此,如果dcmpl指令将-1压入操作数栈(无论是因为实际的比较结果,还是因为操作数中有NaN),ifle指令就会触发跳转。
如果没有dcmpl和dcmpg这两个指令,程序员就必须自行编写额外的代码来手动检测参数是否为NaN,并据此决定是否跳转,这无疑增加了编程复杂度。简单来说,dcmpl指令简化了在面对NaN值时的比较逻辑,使得处理特殊情况变得更加直接和高效。
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