从字节码角度分析装箱和拆箱

一.拆箱和装箱的基本介绍

装箱和拆箱是Java中提供的两个有用的语法糖。

装箱是指将基本数据类型自动转换为它的包装器类型。如int到Integer的转换。

拆箱是指将包装器类型转换为对应的基本数据类型。如Integer到int的转换。

如下是一个例子：

Integer num1 = 1000;
int num2 = num1;

其中num1是一个Integer类型的对象，这里对它的赋值操做就是一个装箱的过程。

num2是一个基本类型int的变量，用num1给它赋值就是一个拆箱的过程。

二.拆箱和装箱的字节码实现

下面咱们从字节码的角度看一下装箱和拆箱是如何实现的吧。

那么如何获取到Java代码的字节码呢？其实咱们在使用javac对Java源代码进行编译后获得的class文件就是其字节码文件。

可是这个class文件是二进制形式存在的，是没法直接阅读的。因此还须要另一个命令javap帮咱们把class文件解析为可读的形式。

咱们将如下代码保存在test.java文件中（这里省略了类目、main方法等）：

Integer num1 = 1000;
int num2 = num1;

javap 命令的使用
而后用javac进行编译，再用javap -v进行反编译。javap加上-v参数能够看到较为全面的信息。

javac test.java
javap -v test

使用javap反编译后，咱们能够获得以下结果：

         0: sipush        1000
         3: invokestatic  #2 // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
         6: astore_1
         7: aload_1
         8: invokevirtual #3// Method java/lang/Integer.intValue:()I
        11: istore_2

这里的反编译结果包含6条字节码指令，弄懂了这些指令，也就清楚了一个普通的拆箱和装箱的实现原理。

因为这些指令对应着在栈帧上的各类操做，咱们首先回顾一下栈帧的概念。

栈帧回顾

相信你们对Java运行时数据区域中的Java虚拟机栈不会陌生。

每个Java方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈和出找的过程。

而在方法的执行过程就是在栈帧上进行各类操做。

这里咱们主要关注栈帧中的操做数栈和局部变量表。

Java栈帧

指令执行分析

下面咱们详细分析下上述6条指令的执行过程。

Java代码

Integer num1 = 1000;
int num2 = num1;

对应字节码

         0: sipush        1000
         3: invokestatic  #2 // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
         6: astore_1
         7: aload_1
         8: invokevirtual #3// Method java/lang/Integer.intValue:()I
        11: istore_2

第一句：sipush 1000

sipush 是一个入栈操做，表示把short类型的数字放入栈帧中。执行完这句后栈帧的状况以下：

sipush 1000

能够看到1000这个数字被放到了操做数栈里。

第二句：invokestatic #2

这一句是调用一个static方法。

那么具体调用的是哪一个方法呢?

能够看到后面还有一个#2参数。这个#2能够理解为常量池的一个索引。

咱们使用javap -v命令除了输出了上述代码对应的字节码外。还有一个重要的部分是常量池。

本次反编译的常量池以下图所示：

在这里插入图片描述

能够看到索引为#2的位置，存储的是一个方法描述符，其实能够直接看到后面的注释，这个方法就是Integer.valueOf方法。

关于常量池这里再也不多说，你们暂时知道这回事就行。

回到咱们的主题。咱们如今知道了invokestatic #2这句指令调用的是Integer.valueOf方法，那么入参是谁呢？

还记得上一条指令干了什么事吗？

对。就是把1000这个数字放到操做数栈的栈顶。栈顶的这个数字1000其实就是Integer.valueOf的入参。

Integer.valueOf的返回值是一个Integer对象。执行完这条指令后，1000出栈，获得的结果Integer对象入栈。这个Integer对象就是咱们Java代码里的num1。

这时，栈帧的状况以下：

在这里插入图片描述

第三句：astore_1

这句表示把操做数栈的栈顶元素弹出，放到局部变量表下标为1的位置。

执行以后的结果以下：

在这里插入图片描述

到这一句执行完，Java代码中的Integer num1 = 1000，就算执行完了。

装箱结论

前三句字节码，完成了装箱的操做。经过上述分析，咱们知道了整型的装箱就是调用Integer.valueOf方法实现的。

对于其它的数据类型都是相似的。

后三句字节码对应int num2 = num1的过程。

第四句：aload_1
表示将局部变量表位置为1的元素，压入操做数栈。

这一句执行后结果以下。

aload_1

第五句：invokevirtual #3

和第二句化invokestatic相似，这一句也是对方法的调用执行。

只不过这里调用的是一个示例方法。

参加第二句分析时给出的常量池状况，这里调用的方法是Integer的intValue方法。

操做数是上一步压栈的Integer对象。

执行后结果以下：

在这里插入图片描述

第六句：istore_2

将操做数栈的元素存入局部变量表第二个位置。

在这里插入图片描述

到这里就执行完了int num2 = num1

最后局部变量表的1和2的位置就分别存着num1和num2。

拆箱结论

经过后三句字节码的分析咱们知道了，Integer类型的拆箱是使用Integer.intValue实现的。

对于其它的包装器类型也是相似的。

三.本文小结

本文介绍了装箱和拆箱的含义。而后经过javap命令拿到了装拆箱的字节码实现。并一句句地分析了这些字节码。

最后得出了对于整数类型，装箱是使用Integer.valueOf方法、拆箱是使用Integer.intValue方法来实现的结论。

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