ClassFile对方法的约束

从ClassFile的角度来说，它对于方法接收的参数数量、方法体的大小做了约束。

方法参数的数量（255）

在一个方法当中，方法接收的参数最多有255个。我们分成三种情况来进行说明：

• 第一种情况，对于non-static方法来说，this也要占用1个参数位置，因此接收的参数最多有254个参数。
• 第二种情况，对于static方法来说，不需要存储this变量，因此接收的参数最多有255个参数。
• 第三种情况，不管是non-static方法，还是static方法，long类型或double类型占据2个参数位置，所以实际的参数数量要小于255。

public class HelloWorld {
    public void test(int a, int b) {
        // do nothing
    }

    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 1; i <= 255; i++) {
            String item = String.format("int val%d,", i);
            System.out.println(item);
        }
    }
}

在 Java Virtual Machine Specification的 4.11. Limitations of the Java Virtual Machine部分对方法参数的数量进行了限制：

The number of method parameters is limited to 255 by the definition of a method descriptor, where the limit includes one unit for this in the case of instance or interface method invocations.

方法体的大小（65535）

对于方法来说，方法体并不是想写多少代码就写多少代码，它的大小也有一个限制：方法体内最多包含65535个字节。

当方法体的代码超过65535字节（bytes）时，会出现编译错误：code too large。
在 Java Virtual Machine Specification的 4.7.3. The Code Attribute部分定义了Code属性：

Code_attribute {
    u2 attribute_name_index;
    u4 attribute_length;
    u2 max_stack;
    u2 max_locals;
    u4 code_length;
    u1 code[code_length];
    u2 exception_table_length;
    {   u2 start_pc;
        u2 end_pc;
        u2 handler_pc;
        u2 catch_type;
    } exception_table[exception_table_length];
    u2 attributes_count;
    attribute_info attributes[attributes_count];
}

code_length: The value of the code_length item gives the number of bytes in the code array for this method. The value of code_length must be greater than zero (as the code array must not be empty) and less than 65536.

Instruction VS. Opcode

严格的来说，instruction和opcode这两个概念是有区别的。相对来说，instruction是一个比较大的概念，而opcode是一个比较小的概念：

instruction = opcode + operands

A Java Virtual Machine instruction consists of a one-byte opcode specifying the operation to be performed, followed by zero or more operands supplying arguments or data that are used by the operation. Many instructions have no operands and consist only of an opcode.
参考： 2.11. Instruction Set Summary

Opcodes

• 一个字节的容量（256）

  • opcode占用空间的大小为1 byte。在1 byte中，包含8个bit，因此1 byte最多可以表示256个值（即0~255）。

• opcode的数量（205）

  • 虽然一个字节（byte)当中可以存储256个值（即0~255），但是在Java 8这个版本中定义的opcode数量只有205个。因此，opcode的内容就是一个“数值”，位于0~255之间。

• opcode和mnemonic symbol

  • 要记住每个opcode对应数值的含义，是非常困难的。为了方便人们记忆opcode的作用，就给每个opcode起了一个名字，叫作mnemonic symbol（助记符号）。

opcode	mnemonic symbol	opcode	mnemonic symbol	opcode	mnemonic symbol	opcode	mnemonic symbol
0	nop	64	lstore_1	128	ior	192	checkcast
1	aconst_null	65	lstore_2	129	lor	193	instanceof
2	iconst_m1	66	lstore_3	130	ixor	194	monitorenter
3	iconst_0	67	fstore_0	131	lxor	195	monitorexit
4	iconst_1	68	fstore_1	132	iinc	196	wide
5	iconst_2	69	fstore_2	133	i2l	197	multianewarray
6	iconst_3	70	fstore_3	134	i2f	198	ifnull
7	iconst_4	71	dstore_0	135	i2d	199	ifnonnull
8	iconst_5	72	dstore_1	136	l2i	200	goto_w
9	lconst_0	73	dstore_2	137	l2f	201	jsr_w
10	lconst_1	74	dstore_3	138	l2d	202	breakpoint
11	fconst_0	75	astore_0	139	f2i	203
12	fconst_1	76	astore_1	140	f2l	204
13	fconst_2	77	astore_2	141	f2d	205
14	dconst_0	78	astore_3	142	d2i	206
15	dconst_1	79	iastore	143	d2l	207
16	bipush	80	lastore	144	d2f	208
17	sipush	81	fastore	145	i2b	209
18	ldc	82	dastore	146	i2c	210
19	ldc_w	83	aastore	147	i2s	211
20	ldc2_w	84	bastore	148	lcmp	212
21	iload	85	castore	149	fcmpl	213
22	lload	86	sastore	150	fcmpg	214
23	fload	87	pop	151	dcmpl	215
24	dload	88	pop2	152	dcmpg	216
25	aload	89	dup	153	ifeq	217
26	iload_0	90	dup_x1	154	ifne	218
27	iload_1	91	dup_x2	155	iflt	219
28	iload_2	92	dup2	156	ifge	220
29	iload_3	93	dup2_x1	157	ifgt	221
30	lload_0	94	dup2_x2	158	ifle	222
31	lload_1	95	swap	159	if_icmpeq	223
32	lload_2	96	iadd	160	if_icmpne	224
33	lload_3	97	ladd	161	if_icmplt	225
34	fload_0	98	fadd	162	if_icmpge	226
35	fload_1	99	dadd	163	if_icmpgt	227
36	fload_2	100	isub	164	if_icmple	228
37	fload_3	101	lsub	165	if_acmpeq	229
38	dload_0	102	fsub	166	if_acmpne	230
39	dload_1	103	dsub	167	goto	231
40	dload_2	104	imul	168	jsr	232
41	dload_3	105	lmul	169	ret	233
42	aload_0	106	fmul	170	tableswitch	234
43	aload_1	107	dmul	171	lookupswitch	235
44	aload_2	108	idiv	172	ireturn	236
45	aload_3	109	ldiv	173	lreturn	237
46	iaload	110	fdiv	174	freturn	238
47	laload	111	ddiv	175	dreturn	239
48	faload	112	irem	176	areturn	240
49	daload	113	lrem	177	return	241
50	aaload	114	frem	178	getstatic	242
51	baload	115	drem	179	putstatic	243
52	caload	116	ineg	180	getfield	244
53	saload	117	lneg	181	putfield	245
54	istore	118	fneg	182	invokevirtual	246
55	lstore	119	dneg	183	invokespecial	247
56	fstore	120	ishl	184	invokestatic	248
57	dstore	121	lshl	185	invokeinterface	249
58	astore	122	ishr	186	invokedynamic	250
59	istore_0	123	lshr	187	new	251
60	istore_1	124	iushr	188	newarray	252
61	istore_2	125	lushr	189	anewarray	253
62	istore_3	126	iand	190	arraylength	254	impdep1
63	lstore_0	127	land	191	athrow	255	impdep2

参考： Chapter 6. The Java Virtual Machine Instruction Set

mnemonic symbol和类型信息

对于大多数的opcode，它的mnemonic symbol名字当中带有类型信息（type information）。一般情况下，规律如下：

• i表示int类型
• l表示long类型。
• s表示short类型
• b表示byte类型
• c表示char类型
• f表示float类型
• d表示double类型。
• a表示reference类型。a可能是address的首字母，表示指向内存空间的一个地址信息。

有一些opcode，它的mnemonic symbol名字不带有类型信息（type information），但是可以操作多种类型的数据，例如：

• arraylength，无论是int[]类型的数组，还是String[]类型的数组，获取数组的长度都是使用arraylength。
• ldc、ldc_w和ldc2_w表示load constant的缩写，可以加载各种常量值。
  与stack相关的指令，可以操作多种数据类型。pop表示出栈操作，dup相关的指令是duplicate单词的缩写，表示“复制”操作；swap表示“交换”。

还有一些opcode，它的mnemonic symbol名字不带有类型信息（type information），它也不处理任何类型的数据。例如：

• goto

For the majority of typed instructions, the instruction type is represented explicitly in the opcode mnemonic by a letter: i for an int operation, l for long, s for short, b for byte, c for char, f for float, d for double, and a for reference. Some instructions for which the type is unambiguous do not have a type letter in their mnemonic. For instance, arraylength always operates on an object that is an array. Some instructions, such as goto, an unconditional control transfer, do not operate on typed operands.
参考： 2.11.1. Types and the Java Virtual Machine

小结

• 在ClassFile结构中，对于方法接收的参数和方法体的大小是有数量限制的。
• instruction = opcode + operands
• opcode占用1个byte大小，目前定义了205个；为了方便记忆，JVM文档为opcode提供了名字（即mnemonic symbol），大多数的名字中带有类型信息。
• 学习opcode是一个长期积累的过程，不能一蹴而就。所以，推荐大家依据感兴趣的内容，进行有选择性的学习。