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1 Java Virtual Machine La cara1eris3che di base sono analoghe a quella della P- code però più complessa perchè i da3 stru1ura3 (oggea e array) sono implementa3 nella JVM. Analogamente alla P- code, ha lo stack per ges3re i metodi e lo heap per memorizzare gli oggea (li vedremo nel de1aglio)

2 Data Types Dal momento che rappresentazione dei da3 è nascosta nella implementazione della JVM, i 3pi di da3 in Java e nella JVM sono abbastanza similari. Un eccezione è 3po Boolean che non esiste nella JVM e è implementato come un int o come un byte. Gli oggea sono memorizza3 nello heap e sono accessibili usando il loro indirizzo (reference). I 3pi primi3vi sono immediatamente u3lizzabili.

3 Data Types I 3pi di da3 sono primi3vi : int, char, byte, short, long float, double, returnaddress. Nessuna assunzione viene fa1a sul numero di bytes usa3. La specifica definisce solo l insieme di valori del 3po. References (pointers): sono indirizzi nello heap. Nessuna assunzione viene fa1a sulla reppresentazione. Esiste un valore null che representa il valore indefinito.

4 Data Types OggeA: sono da3 stru1ura3 representa3 nello heap come coppie di e3che1a, valore dove i valori posono essere di un 3po primi3ve o un reference Arrays: sono oggea i cui elemen3 sono tua dello stesso 3po (i.e. sono valori di un 3po primi3vo type o un reference a oggea dello stesso tpo). Sono anch essi contenu3 nello heap. Il numero di elemen3 dell array è fissato (non cambia durante l esecuzione).

5 Lo Stack Gli elemen3 dello Stack sono chiama3 cell o slots. La reale dimensione degli slots dipende dall implementazione. Di solito uno slot con3ene un single dato. long e integers and double precision floa3ng point numbers sono eccezioni, in quanto di solito richiedono 2 slots. Lo stack è cos3tuito da: area locale con3ene variabili che sono locali ad un metodo e argomen3. Ha dimensione fissa. Operand storage con3ene operandi per le istruzioni funzionali (aritme3che ecc).

6 Lo Heap L area da3 è chiamata Heap. Con3ene tua gli objects sta3ci e dinamici e gli array. L accesso agli oggea crea3 dinamicamente avviene a1raverso i reference (ovvero indirizzi), che devono essere del 3po corre1o. Il Garbage collector cerca nello heap, la memoria non u3lizzata.

7 Class area (è permanente) Proprietà delle classi: Superclass, interfaces implementate, liste di campi, che possono essere sta3ci (class variables) o dinamici (instance variables) list of methods whose implementa3on is stored in the method area Le proprietà delle classi non possono essere cambiate, durante l esecuzione del programma. La memoria usata per una classe può essere liberata dal garbage collector se la classe non è più utlizzata. Definizioni di Interfacce

8 Method area Con3ene le definizioni dei metodi ovvero: descri1ori, parametri e type calcolato dal metodo oltre al corpo Constant pool con3ene tu1e le costan3 contenute nel programma

9 Memory in JVM Class area Class name SuperClass:... Fields:... Methods:... Method area perimeter Constant Pool Stack Local Variables Heap Object main Operands Array Local Variables Sta3c memory Dynamic memory Operands

10 Instruc3on Set creazione di oggea invocazione di metodi accesso e modifica dei campi Formato Istruzioni di trasferimento dei da3 Conversioni di 3po Istruzioni funzionali (aritme3che ecc) Istruzioni di controllo (control flow)

11 Oolong Oolong è un simbolico del bytecode, nel seguito introduciamo direave e istruzioni come possono essere u3lizzate in Oolong. Le istruzioni sono la rappresentazione simbolica delle istruzioni in byte code. le direave non hanno un corrispeavo nel byte code. (anche se ci sono dei delimitatori)

12 Direc3ves, comments (Oolong?) ; questo è un commento tu1e le direave iniziano con un. Le direave sono necessarie per dichiarare: classi, interfacce, gerarchie (.class,.interface,.super) restrizioni di memory.limit stack.limit locals metodi.method.end fields.field

13 Descriptors (Oolong) Descri1ori di 3po sono u3lizza3 per definire campi (field) e metodi sono: I int, F float, D double, C char etc. (vedi tabella) Descri1ori analoghi a quelli di Java: public, sta3c, final ecc. servono per specificare la visibilità ed altre proprietà di classi campi e metodi (ognuno ha i suoi descri1ori, anche se alcuni sono comuni, vedi tabelle).

14 Istruzioni : il formato Il formato delle istruzioni è variabile op, op index, op index1 index2, op data1 data2,...

15 Definizioni di classi e metodi (Oolong) Un primo esempio: Hello getsta3c fieldname Type me1e sullo stack il field ldc string me1e sullo stack la costante specificata invokevirtual methodname(argtype)rtype Esercizi

16 Istruzioni di trasferimento dei da3 constants ldc c load una costante c può essere un /po primi/vo bipush n push l valore di /po T nella variabile locale n sullo stack <=n<=127 sipush n push il valore di /po T nella variable local n sulo stack <=n<= iconst_n push la costante n sullo stack., 0 <=n<=5 Tconst_n push la costante n sullo stack. T {l,d}, 0 <=n<=1 fconst_n push la costante n sullo stack. 0 <=n<=2 aconst_null push il reference null sullo stack iconst_m1 push int - 1 sullo stack

17 Instruzioni di trasferimento dei da3 local variables Tload n push del valore di /po T nella variabile locale n sullo stack, T {i,f,l,d,a} Tload_n push del valore di /po T nella variable locale n sullo stack 0<=n<=3, T {i,f,l,d,a} Tstore n store the value of type T on top of the stack, into the local variable n, T {i,f,l,d,a} Tstore_n store the value of type T on top of the stack, into the local variable n, T {i,f,l,d,a}

18 Type conversion La conversione di 3po include operazioni di conversione che non possono implicare perdita di informazioni. Quindi conversione da qualcosa che necessita meno memoria a qualcosa che necessita più memoria : i2l int to long, i2f int to float etc.

19 Narrowing Narrowing include operazioni di conversione che possono implicare perdita di informa3on. Quindi è la conversione da qualcosa che (in generale) necessita più memoria a qualcosa che necessita meno memoria : l2i long to int, f2i float to int etc.

20 Istruzioni funzionali iadd, ladd, fadd, dadd, isub,... imul,..idiv, irem,..., ineg il 3po del risultato è sempre lo stesso del 3po degli operandi, se necessario bisogna inserire un operazione di conversione. gli operandi sono sullo stack l operazione li toglie dallo stack e lascia sullo stack il risultato

21 Esempio Un esempio: Sum.j Esercizi

22 Operazioni bit a bit (bitwise instruc3ons) ishl, lshl: integer e long shih leh (inserisce 0) ishr, lshr: integer e long shih right (inserisce 0 o 1 ripetendo il bit di segno) iushr,lushr, integer e long unsigned shih right (inserisce sempre 0 ) iand, land: integer e long and bit a bit ior, lor: integer e long or bit a bit

23 Istruzioni di manipolazione dello stack dup: crea un copia del top dello stack (serve in genere per modificare un ogge1o e lasciare sullo stack un puntatore all ogge1o modificato) swap: inverte i due elemen3 sul top dello stack pop: elimina il top dello stack (usato in genere per eliminare dallo stack il risultato di un metodo di cui interessano solo i side effects).

24 Esempi (Oolong) Un esempio: fare qualcosa con lo shih e type conversion Esercizi

25 OggeA Creazione: new nomeclasse Costru1ori: vengono defini3 come i metodi con il nome di default <init> Uso dei campi gemield, getsta3c, pumield, putsta3c esempi: Dichiarazione di metodo ed invocazione: Argomento Dichiarazione di classe con field e inizializzazione: Persona

26 Invocazione di metodi di istanza: invokevirtual A1enzione nella JVM non c è overloading, che, in Java infaa, viene risolto a tempo di compilazione invokevirtual MetName(ArgType)Type cerca il metodo nella classe e sue super classi (virtual dispaching) nella variabile 0 c è il receiver (this), nella variabile 1 il 1 o argomento, nella variabile 2 il 2 o ecc

27 Invocazione di metodi di istanza: invokespecial invokespecial MetName(ArgType)Type invoca il metodo della classe specificata nel nomemet, bypassando il dispaching Per gli argomen3 vale quanto de1o per la invokevirtual Se la classe in cui il metodo è definito è dichiarata super l invokespecial opera come un invokevirtual iniziando a cercare dalla super classe.

28 Invocazione di metodi sta3ci: invokesta3c invokesta3c MetName(ArgType)Type invoca il metodo della classe specificata nel MetName, analoga al invokespecial ma in questo caso non c è il receiver quindi solo gli argomen3 sono sullo stack

29 Terminazione dei metodi return termina l esecuzione e ritorna la chiamante, ovvero il frame sul top dello stack viene eliminato e l istruzione che viene eseguita è quella successiva all invocazione, xreturn con x {i, f, d, l, a} che indica n il 3po del valore risultato del metodo a è indica un reference type. La corre1ezza del 3po viene controllata dal verifica3on process.

30 Istruzioni di controllo e3che1e (label) che individuano indirizzi di istruzioni: sono ammessi solo indirizzi all interno del metodo (sono in bytecode offset rispe1o all istruzione corrente) goto label: l istruzione che viene eseguita è quella all indirizzo corrispondente alla label

31 Istruzioni di controllo: salto condizionato ne esistono vari insiemi: confronto di interi if_icmpgt label ecc. confronta i 2 interi sul top dello stack confronto di reference if_acmpeq label, if_acmpneq label, 2 reference sullo stack, ifnull label, ifnonnull label 1 reference sullo stack confronto con 0 ifeq label, ifne label ecc. 1 int sullo stack Esempi: Branch e Loop

32 Istruzioni di controllo: salto condizionato confronto di double: dcmpg, dcmpl 2 double sullo stack confronto di float fcmpg, fcmpl 2 float sullo stack confronto di long lcmp 2 long sullos tack Tu1e queste lasciano - 1, 0 o 1 sullo stack, bisogna poi usare un ifeq iflt ecc per trasferire il controllo

33 Istruzioni di controllo: switch e tableswitch Entrambe si aspe1ano un valore intero sullo stack. switch tableswitch Esempi: Confronto e Confronto1 Esercizi: rifare gli esercizi risol3 con gli if usando switch e tableswitch opportunamente

34 Istruzioni di controllo: subrou3nes È un goto con ritorno, somiglia ad un invocazione di subrou3ne senza argomen3. il comando è jsr label salta all istruzione di indirizzo label e lascia sullo stack l indirizzo di ritorno. il codice che inizia a label deve memorizzare l indirizzo di ritorno in una variabile locale ret n ritorna il controllo all istruzione il cui indirizzo è contenuto nella variabile argomento. Non modifica il top dello stack.

35 Arrays Gli array sono oggea e come tali sono memorizza3 nello heap. newarray type crea un array i cui elemen3 sono di 3po type. il numero di elemen3 dell array è l intero sul top dello stack il puntatore all array è lasciato sullo stack le operazioni per accedere ad un elemento e per modificarlo sono xload e xstore

36 Arrays xload si aspe1a sullo stack il puntatore all array e l indice dell elemento da caricare sullo stack xstore si aspe1a sullo stack il puntatore all array e l indice dell elemento da modificare e il nuovo valore da memorizzare x {a, b, c, d, f, l, s} Esempi: EsArray e ProvaTest (esempio che mostra come sa possibile mischiare programmi Java compila3 e programmi o1enu3 con Oolong

37 Cast Anche il cast è un operazione della JVM. checkcast Type controlla che il top dello stack sia del 3po specificato. Il top dello stack NON viene rimosso. Il cast perme1e di superare il verifica3on process. Eventualmente se il 3po non e quello a1eso si verificherà un errore a run3me.

38 Eccezioni nella JVM Dichirazione e creazione dell eccezione come so1oclasse di java/lang/excep3on con il costru1ore <init> (vedi esempio ElementNotFoundExcep3on) direave nel metodo.catch Eccezione from label1 to label2 using label3 direava.throws Eccezione nel metodo se questo può lanciare un Eccezione.

39 Eccezioni nella JVM l istruzione athrow deve trovare sullo stack l eccezione, se nel metodo c è un catch dell eccezione lo stack degli operandi viene ripulito, l eccezione è ricaricata sullo stack e l esecuzione procede con il codice a par3re da label3 del catch appropriato. Altrimen3 il processo del metodo corrente termina, e l eccezione è comunque ricaricata sullo stack. Esempio EsArray.j EsArray2.j

40 Format of Java Binary Class Magic number Version informa3on Constant pool size Constant pool Access flags This Class Super Class Interface count Interfaces Field count Field informa3on Method count Methods A1ribute count A1ributes

41 Garbage collector Tipo di tecnica usata

42 Cosa viene fa1o Verifica3on process

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