iwdeity / myjvm

Writing a Simple Java Virtual Machine Step by Step

myjvm

Writing a Simple Java Virtual Machine Step by Step 一步一步自制Java虚拟机（C语言版）

Introduction

该项目的目的是从零开始用C语言做一个实验性质的Java虚拟机，实现大部分JVM指令，实现基本的面向对象特性（封装、继承、多态），能够运行一个不涉及Java本地方法调用的类（不能包含未实现的指令，见下面的指令实现情况），因为涉及到Java的本地方法（native method）还是比较麻烦的，暂时没有那么多时间精力去研究。

项目文件介绍

• main.c 这是整个项目的入口文件。主要是加载需要运行的类，然后运行该类的main方法

• jvm.c 实现虚拟机的基本框架（如指令执行循环、方法调用）。一些复杂的指令实现（invokespecial,invokevirtual,invokestatic)也在这里

• parse_class.c 实现了把字节码文件解析成Class结构体，以及递归加载类

• structs.h Class结构体中的各个数据类型的结构定义（如常量池中的各种结构、method_info、field_info）

• constants.h 定义了一些常量，主要是访问控制标志、常量池种类

• my_types.h 对C中的基本数据类型重新定义了个名字

• utils.h 对读取文件做了个简单的封装（如读取一个字节（多个字节），读取一个short，读取一个int

• op_core.h 该文件抽象地实现了JVM中的各种指令，简单的指令以宏的方式实现，复杂的以函数的方式。该文件很重要！

• opcode.h 实现了指令中用到的一些方法，之所以不与op_core放在一起，是因为op_core过于庞大

• opcode.c 主要是一个结构体数组，存放JVM指令的预处理函数及实现函数，数组的下标就是指令的opcode的十进制值

• opcode_pre.c 方法区代码段的预处理函数集，主要是大小端转换

• opcode_actions.c 该文件用include把opcode_actions目录中的文件包含进来，是指令实现的函数，每遇到一个指令，就调用相应的函数执行。

• class_hash.h 简单地实现了一个HashTable结构类型和hash算法，用于保存已经加载并解析的字节码文件，rehash方法没有实现

• test_jvm_types.c 一些测试用例，为了方便在不加载字节码文件的情况下测试代码而写

• 其它： test目录下的.java文件是测试文件。

指令实现情况

• constant系列指令（加载常量到当前操作数栈上），除ldc, ldc_w,ldc2_w这三条指令只实现了部分之外（字符串和对象部分没实现），其余均以实现
• load系列指令（从局部变量表中加载数据到当前操作数栈上），全部实现
• store系列指令（把当前操作数栈栈顶的数据保存到局部变量表），全部实现
• stack系列指令（操作操作数栈的），全部实现
• math系列指令（数学运算），全部实现
• conversion(cast)系列指令（类型转换），全部实现
• compare系列指令（比较跳转），全部实现
• reference系列指令（主要是关于面向对象相关的指令），除athrow,checkcast,instanceof,monitorenter,monitorexit,invokedynamic,invokeinterface没有实现外，其余均已实现
• control系列指令（控制转移指令），全部实现
• extend系列指令，实现了multianewarray,ifnull,ifnotnull,goto_w指令
• 保留指令，未实现

后话

 该项目是用业余时间做的，在QT5.0下开发，原先只是想做个解析Java字节码的程序，后来灵感一来就越写越多。

由于时间精力有限，没有去好好组织项目结构，代码风格不是很好，请不要学习。

该项目对于学习C语言和想了解Java虚拟节的人来说还是都有很大帮助的。指令的实现中大量用到了宏，把运算符、变量类型作为参数传给宏，通过宏来定义类似的函数，省了很多代码。还有各种指针转换、函数指针的运用等，创建带有指向数组指针的结构体时，特意分配比结构体大的内存，然后让结构体中的成员指向剩余的内存，避免再次调用malloc，也减少了内存碎片。

对于想了解JVM的人而言，虽然商用JVM的类加载、指令的实现不一定是这样的，但至少可以从中大概知道JVM内部是什么个情况，加深对JVM的了解。