第七章 方法呼叫和返回

本章將實現方法呼叫和返回。還會討論類和物件的初始化。

7.1 方法呼叫概述

從呼叫的角度來看，方法可以分為兩類，靜態方法（或類方法）和例項方法。靜態方法通過類來呼叫，例項方法則通過物件引用來呼叫。靜態方法是靜態繫結的，也就是說，最終呼叫的是哪個方法在編譯期就已經確定；而例項方法支援動態繫結，最終要呼叫哪個方法需要到了執行期才知道。

從實現角度，可以分為：抽象方法，Java（或者JVM上的其他語言）實現和本地語言（如C/C++）實現。

Java7之前，有四條方法呼叫指令：invokestatic指令用來呼叫靜態方法。invokespecial指令用來呼叫無需動態繫結的例項方法，包括建構函式、私有方法和通過super關鍵字呼叫的超類方法。剩下的是動態繫結。如果針對介面型別的引用呼叫方法，用invokeinterface指令。否則用invokevirtual。

方法的呼叫需要1+N個運算元，其中第一個運算元是uint16索引，在位元組碼中緊跟在指令操作碼的後面。通過這個索引，可以從當前類執行池常量中找到一個方法符號引用，解析這個符號就可以得到一個方法。注意，這個方法並不一定就是最終要呼叫的那個方法，所以可能還需要一個查詢過程才能找到最終要呼叫的方法。剩下N個運算元是要傳遞給被呼叫方法的引數，從運算元棧中彈出。

如果要執行的是java方法，下一步給這個方法建立一個新的幀，並把它推導Java虛擬機器棧頂。

方法的最後一條指令是某個返回指令，這個指令負責把方法的返回值推入前一幀的運算元棧頂，然後把當前幀從java虛擬機器棧中彈出。

7.2 解析方法符號引用

對於非介面方法引用。如果類D想要通過方法符號引用訪問類C的某個方法，先要解析符號引用得到類C。如果C是介面，拋異常。否則根據方法名和描述符查詢方法，先從C的繼承層次中找，如果找不到，就去C的介面找，如果還是找不到拋異常。否則檢查類D是否有許可權訪問該方法，如果沒有，拋異常。

對於介面方法引用。與上面大同小異。

7.3 方法呼叫和引數傳遞

在定位到需要呼叫的方法之後，Java虛擬機器要給這個方法建立一個新的幀並把它推入Java虛擬機器棧頂，然後傳遞引數。

對於引數傳遞。首先，要確定方法的引數在區域性變量表中佔多少位置。注意，這個數量並不一定等於從Java程式碼總看到的引數個數，原因①long和double型別要佔用兩個位置②對於例項方法，java編譯器會在引數列表前面新增一個引數，這個隱藏引數就是this引用。

7.4 返回指令

return指令只需要把當前幀衝java虛擬機器棧中彈出即可。

其他返回指令需要從把方法的返回值推入前一幀的運算元棧頂，然後把當前幀從java虛擬機器棧中彈出。

7.5 方法呼叫指令

invokestataic指令。假定解析符號引用後得到方法M。M必須是靜態方法，否則丟擲異常。（M不能是類初始化方法！類初始化方法只能由Java虛擬機器呼叫，不能使用invokestatic呼叫！這一規則有class檔案驗證器保證）如果宣告M的類還沒有被初始化，則要先初始化該類。

invokespecial指令。①先拿到當前類、當前常量池、方法符號引用，然後解析符號引用、拿到解析後的類和方法。②假定從方法符號引用中解析出來的類是C，方法是M。如果M是建構函式，則宣告M的類必須是C，否則丟擲異常。如果是靜態方法，拋異常。③運算元棧彈出this引用，如果是null，拋異常（NullPointerException）。注意，在傳遞引數之前，不能破壞運算元棧的狀態。④確保protected方法只能被宣告該方法的類或子類呼叫，如果違反則拋異常。⑤如果呼叫超類中的函式但不是建構函式，且當前類的ACC_SPUER標誌被設定，需要一個額外查詢過程尋找最終要呼叫的方法，否則前面從方法符號引用解析出來的方法就是要呼叫的方法。⑥如果查詢失敗，或者找到的方法是抽象的，拋異常。如果找到就呼叫。

invokespecial指令。①②③與invokespecial大同小異。④從物件的類中查詢真正要呼叫的方法，如果找到的是一個抽象方法則拋異常，否則正常

invokeinterface指令。該指令操作碼後面跟著4位元組，而上述三條指令都是2位元組。前兩位元組含義和其他指令相同，是uint16型別的執行時常量池索引。第三位元組是給方法傳遞引數需要的slot數。第四位元組必須是0（給oracle的某些jvm使用）。①先從執行時常量池中拿到解析介面方法符號引用，如果解析方法是靜態方法或者私有方法拋異常。②從運算元棧彈出this引用，如果是null拋異常；如果引用所指物件的類沒有實現解析出來的介面，拋異常。③查詢最終呼叫的方法。如果找不到，或者找到的方法是抽象的，拋異常；如果找到的方法不是public，拋異常。否則正常。

7.6 改進直譯器

改進loop（迴圈）：

每次迴圈開始，先拿到當前幀，然後根據pc從當前方法中解碼一條指令。指令執行完畢之後，判斷Java虛擬機器棧中是否還有幀。如果沒有則退出迴圈；否則繼續。

7.7 類初始化

類初始化就是執行類的初始化方法(<clinit>)。類的初始化方法發生在：

①執行new指令建立類例項，但類還有沒被初始化。

②執行putstatic、getstatic指令存取類的靜態變數，但宣告該欄位的類還有沒被初始化。

③執行invokestatic呼叫類的靜態方法，但是宣告該方法的類還有沒被初始化。

④當初始化一個類時，它的超類還沒有初始化，要先初始化超類。

⑤執行某些反射操作時。

因此，我們需要修改這四條指令的邏輯。先判斷類的初始化是否已經開始，如果還沒有，則需要呼叫類的初始化方法，並終止指令執行。但是由於PC已經執行了指向下一條指令，所以要修改PC的值使其重新指向當前指令。