ASM—JAVA代碼產生

這裡要說的ASM，並不是指組合語言，而是一個操作Java bytecode的架構。對於Java平台而言，bytecode便是它的“組合語言”，所以，ASM這個名字倒也算是實至名歸。ASM本身很強大，有不少軟體和架構選擇它作為底層的實現，比如cglib。在這篇blog中，主要來關注一下它在代碼產生方面的威力。

在起步階段，Hello World總是一個很好的選擇，也就是說，我們產生的目標代碼是這樣的：
public class AsmExample {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello, World");
    }
}

在Java中，代碼是以類的形式進行組織的，.class檔案便是bytecode的載體。對照上面這段代碼，首先，我們需要一個類。
public class AsmMain {
    public static void main(String[] args) {
        ClassWriter cw = new ClassWriter(true);
        cw.visit(Opcodes.V1_1, Opcodes.ACC_PUBLIC, "AsmExample", null, "java/lang/Object", null);

        ...

        cw.visitEnd();
    }
}

在上面這段代碼中，ClassWriter就是ASM中用來產生bytecode形式的類。在這裡，我們要為我們產生的類設定一些屬性，比如類名、存取層級和超類，以及在bytecode層次上需要的版本號碼等等。至此，對應的Java代碼如下：
public class AsmExample {
}

有了類，接下來就是對應的方法了，先來看看基本的結構：
        Method m = Method.getMethod("void main (String[])");
        GeneratorAdapter mg = new GeneratorAdapter(Opcodes.ACC_PUBLIC + Opcodes.ACC_STATIC, m, null, null, cw);
        ...
        mg.returnValue();
        mg.endMethod();
首先我們設定了一個方法的簽名，包括方法名，參數和傳回型別。我們要產生這個方法，還需要設定一些方法的屬性，比如存取層級等等，通過cw這個參數，方法同類關聯在了一起。到這裡，對應的Java代碼是這樣的：
public class AsmExample {
    public static void main(String args[]) {
    }
}

前面所做的都是搭建靜態結構的工作，接下來，我們要進入的才是讓程式動起來的部分。
    mg.getStatic(Type.getType(System.class), "out", Type.getType(PrintStream.class));
    mg.push("Hello world!");
    mg.invokeVirtual(Type.getType(PrintStream.class), Method.getMethod("void println (String)"));

在這裡，我們面對的實際上是JVM的指令，所以，如果面對彙編一樣，所有的一切都一步一步說清楚。

首先是獲得System.out。我們通過getStatic這個方法實現，它表示從哪個類中取出哪個static欄位，其類型是什麼。而且實際上，這條指令執行的結果是將這個取出的欄位推到了堆棧上。隨後，我們在把“Hello world!”也推入堆棧之中，很顯然，這一切都是在為調用方法做準備。

對於參數（這裡的“Hello world!”）入棧，我們很容易接受，但為什麼要把System.out也送入堆棧呢？再次提醒一下，這裡我們是在JVM一級進行思考，在這裡，方法調用被打回了最原始的形態，在Java程式中被隱藏的this這時也要作為參數顯式傳遞，也就是說，方法調用變成了這樣：
    println(System.out, "Hello world!");

萬事俱備，調用方法。在Java中，方法調用需要區分類方法和執行個體方法，它們在虛擬機器中有著不同的指令，這裡我們要調用的是執行個體的方法，所以，這裡用的是invokeVirtual，指定了類型，指定了方法，方法就可以調用了。如果要調用類的方法，也就是static方法，那就需要讓invokeStatic上陣了。

對比一下invokeVirtual和invokeStatic的API定義，我們不難發現，它們之間實際上沒有什麼區別，之所以要弄出兩個來，與Java的設計不無關係，它把屬於類的東西看作了一種特殊的東西，沒有統一到對象體系之中。如果為Ruby設計虛擬機器，可以消除這樣的問題，因為在Ruby中，類的方法就是類對象的執行個體方法，這樣將類的東西統一到對象體系之中，不必額外區分。

到這裡，我們的目標便已完全實現：
public class AsmExample {
    public static void main(String args[]) {
        System.out.println("Hello world!");
    }
}

之後，我們可以把定義的類轉為位元組，至於是載入到虛擬機器中運行，還是儲存到檔案中，那就由自己的喜好了。
    byte[] code = cw.toByteArray();

和ASM打交道，需要我們放低自己姿態，站在指令一級進行思考。比如，在這個層次上，實現判斷語句，就需要設定label，然後進行相應的跳轉；這裡沒有迴圈語句，需要自己用判斷加跳轉打造迴圈結構。不過，總的來說，很容易同Java程式對應上，就像我們上面所做的那樣。《深入Java虛擬機器》可以讓我們更好的瞭解JVM，也可以讓協助我們更好的理解ASM的程式。

有幾個幫手可以讓我們更好進行bytecode產生這個遊戲。javap，JDK帶的一個工具，可以用來反組譯碼Java bytecode。在接觸ASM的最初，我們對指令不是很熟悉的時候，可以考慮先把自己的目標寫成Java程式，編譯之後用“javap -c”來查看，所有的指令便一覽無餘，我們就可以照方抓藥了。jad，它為我們提供了一個將Java class檔案反編譯為Java檔案，通過它，我們就可以知道產生的bytecode究竟是不是自己想要的，我所展示與產生過程對應的Java代碼便是藉助於jad的力量完成的。

ASM很強大，這裡只介紹了ASM中的代碼產生，實際上，就連代碼產生這一項工作介紹的都不那麼完整，ASM還提供了另外一種產生方式，不過，用起來不如這裡的GeneratorAdapter，需要更多的JVM指令的智慧，優勢在於速度稍快一些。

讀後感：這玩意沒怎麼把玩過，但我知道為了逃避開原始碼使用問題，為了要改開原始碼，使用ASM動態修改class檔案。自己寫的代碼根本就根本使用ASM那麼麻煩了，ASM畢竟犧牲效率為代價。