Рефераты. Ассемблер для платформы Java

Ассемблер для платформы Java

52

Содержание.

  • Содержание. 1
  • Содержание. 2
  • Введение. 3
  • Постановка задачи. 4
  • Формат файла класса. 5
    • Структура файла класса. 5
      • Типы элементов Constant_pool 6
      • Формат структуры field_info 7
      • Формат структуры method_info 7
      • Формат атрибута Code. 8
  • Работа JVM 10
  • Система команд JVM. 12
  • Синтаксис языка ассемблера для платформы Java (языка JASM). 14
  • Тестовые примеры. 18
    • 1. 18
      • 2. 19
      • 3. 20
  • Проектирование и реализация компилятора. 25
  • Заключение. 30
  • Использованная литература. 31

Введение.

Язык программирования Java был разработан в середине 90-х годов на основе языка Oak, предназначавшегося для программирования «прошивок» для различных электронных устройств. Однако, в отличие от своего предшественника, язык Java получил широкое распространение, прежде всего как язык, использовавшийся в программировании для сети Интернет. В настоящее время область применения Java значительно расширилась, и этот язык часто применяется и в обычном прикладном программировании. Это обусловлено такими преимуществами как кроссплатформенность и безопасность, которые обеспечиваются тем, что исходный код на Java компилируется не непосредственно в машинный код, а в, так называемый, байт-код, который интерпретируется виртуальной машиной Java (JVM). Во многих современных реализациях JVM байт-код перед выполнением преобразуется в машинные инструкции, что значительно повышает производительность, приближая ее к производительности программ, написанных на C/C++. Таким образом, Java, в современном состоянии этой технологии, сочетает преимущества интерпретируемых и компилируемых языков программирования.

Спецификация, описывающая JVM, как абстрактную вычислительную машину, предоставлена компанией Sun в открытый доступ. Это позволяет создавать как собственные реализации JVM для различных платформ, так и альтернативные компиляторы, генерирующие байт-код Java, в том числе для языков программирования, отличных от Java. Большинство литературы, посвященной Java, почти не уделяет внимания устройству JVM и описывает лишь сам язык Java. Однако, в ряде случаев, знание особенностей архитектуры бывает весьма полезным. В данной работе я создал учебную программу, которая может помочь в изучении архитектуры JVM - несложный ассемблер для байт-кода Java.

Постановка задачи.

Требуется изучить архитектуру уровня команд платформы Java, формат файла класса Java, и написать компилятор ассемблероподобного языка, позволяющего создавать файлы классов, корректно обрабатываемые реальной JVM. Данный компилятор должен поддерживать все команды байт-кода Java и важнейшие возможности JVM.

Формат файла класса.

Основным форматом исполняемых файлов в архитектуре Java является формат файла класса, описанный в The JavaTM Virtual Machine Specification, изданной компанией Sun. Файл данного формата имеет имя, совпадающее с идентификатором класса (за исключением вложенных классов) и расширение .class.

Структура файла класса.

Файл класса имеет следующую структуру:

ClassFile {

     u4 magic;

     u2 minor_version;

     u2 major_version;

     u2 constant_pool_count;

     cp_info constant_pool[constant_pool_count-1];

     u2 access_flags;

     u2 this_class;

     u2 super_class;

     u2 interfaces_count;

     u2 interfaces[interfaces_count];

     u2 fields_count;

     field_info fields[fields_count];

     u2 methods_count;

     method_info methods[methods_count];

     u2 attributes_count;

     attribute_info attributes[attributes_count];

    }

(здесь и далее u1, u2, u4 - целые числа размером 8, 16 и 32 бит с порядком байтов старший байт по младшему адресу). Рассмотрим последовательно все поля.

· magic - так называемое магическое число, имеющее в шестнадцатеричной записи вид 0xCAFEBABE;

· minor_version, major_version - версия формата файла, по ней определяется совместимость данного файла с конкретной версией JVM;

· constant_pool_count - количество элементов в Constant_pool плюс единица;

· constant_pool - область констант - массив структур переменного размера, представляющих те или иные константные значения. Обращения в область констант производятся по индексу (индексация начинается с единицы; индексы, следующие за позициями констант, представляющих числа типов long и double, не используются). Форматы констант различных видов будут рассмотрены ниже;

· access_flags - комбинация битовых флагов, определяющих права доступа и некоторые другие характеристики класса:

Флаг

Значение

Смысл

ACC_PUBLIC

0x0001

Доступен из-за пределов пакета

ACC_FINAL

0x0010

Запрещено наследование от данного класса

ACC_SUPER

0x0020

В методах данного класса требуется использовать принятую в Java2 трактовку команды invokespecial

ACC_INTERFACE

0x0200

Интерфейс (является классом специального вида)

ACC_ABSTRACT

0x0400

Абстрактный класс

· this_class, super_class - индексы структур в области констант, ссылающихся на данный класс и его класс-предок;

· interfaces_count - число интерфейсов, реализуемых данным классом;

· interfaces - массив индексов структур в области констант, ссылающихся на интерфейсы, реализуемые данным классом;

· fields_count - количество полей в данном классе;

· fields - массив структур field_info, описывающих поля класса. Формат структуры field_info будет рассмотрен ниже;

· methods_count - количество методов;

· methods - массив структур method_info, описывающих методы класса. Формат структуры mettho_info будет рассмотрен ниже. Конструкторы и статические инициализаторы представляются методами со специальными именами <init> и <clinit>;

· attributes_count - количество атрибутов класса;

· attributes - массив структур-атрибутов класса (поля, методы и байт-код методов также могут иметь свои атрибуты). Каждая такая структура в начале имеет два обязательных поля, описывающих тип атрибута и его размер. К классу могут быть применены следующие стандартные атрибуты: SourceFile - указывает на файл исходного текста, из которого был получен данный файл класса, и Deprecated - класс оставлен для совместимости со старым кодом и его использование не рекомендуется. Возможно создание атрибутов нестандартных типов, но они будут игнорироваться средой выполнения.

Типы элементов Constant_pool

Каждый элемент сonstant_pool начинается с однобайтного поля, определяющего его тип. Размер и содержание остальной части структуры зависит от типа. Существуют следующие типы констант (элементов constant_pool):

· CONSTANT_Class - указывает на класс. Содержит индекс константы типа CONSTANT_Utf8, хранящей дескриптор класса;

· CONSTANT _Fieldref - указывает на поле класса. Содержит индексы констант типа CONSTANT_Class и CONSTANT_NameAndType;

· CONSTANT _Methodref указывает на метод класса (не интерфейса). Содержит индексы констант типа CONSTANT_Class и CONSTANT_NameAndType;

· CONSTANT _InterfaceMethodref указывает на метод интерфейса. Содержит индексы констант типа CONSTANT_Class и CONSTANT_NameAndType;

· CONSTANT_String - указывает на строку, содержит индекс константы типа CONSTANT_Utf8;

· CONSTANT_Integer - содержит целое 32-разрядное число;

· CONSTANT_Float - содержит вещественное число одинарной точности;

· CONSTANT_Long - содержит целое 64-разрядное число;

· CONSTANT_Double - содержит вещественное число двойной точности;

· CONSTANT_NameAndType - описывает сигнатуру и имя метода либо тип и имя поля. Содержит индексы двух констант типа CONSTANT_Utf8, хранящих соответственно имя и дескриптор типа (сигнатуры);

· CONSTANT_Utf8 - содержит строку в формате Utf8 (символы Unicode представляются комбинациями от 1 до 3-х байт, причем символы с кодами, не превышающими 127, представляются одним байтом).

Дескрипторы - это строки, описывающие типы и сигнатуры методов в компактном формате. Примитивные типы обозначаются одной буквой, типы массивов - открывающими квадратными скобками в количестве, равном размерности массива, перед обозначением базового типа. Классы описываются строкой, содержащей имя класса с полным путем, при этом вместо точки роль разделителя имен пакетов и класса выполняет слэш. В дескрипторах сигнатур методов в круглых скобках без разделителей перечисляются дескрипторы типов параметров; после закрывающей скобки находится дескриптор типа возвращаемого значения. Для устранения неоднозначностей при этом перед дескрипторами классов записывается буква L, а после них - точка с запятой. Например, (ILjava/lang/Object;)I - (int, Object):int (буквой I обозначается тип int).

Формат структуры field_info

Структура field_info имеет следующий формат:

field_info {

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5



2012 © Все права защищены
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.