ASM 中的 ClassWriter COMPUTE_FRAMES

Question

我一直试图通过玩转 ASM 中的跳转来了解堆栈映射框架在 Java 中的工作原理。 我创建了一个简单的方法来尝试一些东西：（用 Krakatau 拆卸）：

    L0:     ldc 'hello' 
    L2:     astore_1 
    L3:     getstatic Field java/lang/System out Ljava/io/PrintStream; 
    L6:     new java/lang/StringBuilder 
    L9:     dup 
    L10:    invokespecial Method java/lang/StringBuilder <init> ()V 
    L13:    ldc 'concat1' 
    L15:    invokevirtual Method java/lang/StringBuilder append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 
    L18:    aload_1 
    L19:    invokevirtual Method java/lang/StringBuilder append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 
    L22:    invokevirtual Method java/lang/StringBuilder toString ()Ljava/lang/String; 
    L25:    invokevirtual Method java/io/PrintStream println (Ljava/lang/String;)V 
    L28:    getstatic Field java/lang/System out Ljava/io/PrintStream; 
    L31:    new java/lang/StringBuilder 
    L34:    dup 
    L35:    invokespecial Method java/lang/StringBuilder <init> ()V 
    L38:    ldc 'concat2' 
    L40:    invokevirtual Method java/lang/StringBuilder append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 
    L43:    aload_1 
    L44:    invokevirtual Method java/lang/StringBuilder append (Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder; 
    L47:    invokevirtual Method java/lang/StringBuilder toString ()Ljava/lang/String; 
    L50:    invokevirtual Method java/io/PrintStream println (Ljava/lang/String;)V 
    L53:    return 

它所做的只是创建一个StringBuilder来连接一些带有变量的字符串。

由于 L35 处的 invokespecial 调用与 L10 处的 invokespecial 调用具有完全相同的堆栈，因此我决定添加一个ICONST_1; IFEQ L10 ICONST_1; IFEQ L10序列就在带有 ASM 的 L35 之前。

当我拆解时（再次用 Krakatau），我发现结果很奇怪。 ASM 已计算出 L10 处的堆栈帧为：

.stack full
    locals Object [Ljava/lang/String; Object java/lang/String 
    stack Object java/io/PrintStream Top Top 
.end stack

代替

    stack Object java/io/PrintStream Object java/lang/StringBuilder Object java/lang/StringBuilder

正如我所料。

此外，这个类也不会通过验证，因为不能在Top上调用StringBuilder#<init> 。 根据ASM手册， Top指的是一个未初始化的值，但在代码中似乎没有未初始化，无论是跳转位置还是之前的代码。 我不明白跳跃有什么问题。

我插入的跳转是否有问题，以某种方式使类无法计算帧？ 这可能是 ASM 的 ClassWriter 的错误吗？

Answer 1

未初始化的实例是特殊的。 考虑到，当您dup引用时，您已经在堆栈上有两个对同一实例的引用，您可能会执行更多堆栈操作或将引用转移到局部变量，然后从那里将其复制到其他变量或再次推送. 尽管如此，在您以任何方式使用它之前，引用的目标应该被初始化一次。 为了验证这一点，必须跟踪对象的身份，以便在对同一对象执行invokespecial <init>时，所有这些对同一对象的引用将从未初始化变为已初始化。

Java 编程语言并没有使用所有的可能性，但是对于像这样的合法代码
new Foo(new Foo(new Foo(), new Foo(b? new Foo(a): new Foo(b, c)))它不应该了，履带哪些Foo实例已初始化，并且没有，当分支成立。

因此，每个未初始化的实例堆栈帧条目都与创建它的new指令相关联。 所有条目在传输或复制时都保留引用（可以像记住new指令的字节码偏移一样轻松处理）。 只有在invokespecial <init>调用了invokespecial <init>之后，指向同一条new指令的所有引用才转向声明类的普通实例，并且随后可以与其他类型兼容的条目合并。

这意味着像您试图实现的分支是不可能的。 相同类型但由不同new指令创建的两个未初始化实例条目是不兼容的。 并且不兼容的类型被合并到一个Top条目，这基本上是一个不可用的条目。 它甚至可能是正确的代码，如果您不尝试在分支目标上使用该条目，那么 ASM 在将它们合并到Top时不会做任何错误而不会抱怨。

请注意，这也意味着任何可能导致堆栈帧具有多个由同一条new指令创建的未初始化实例的循环都是不允许的。

Answer 2

new java/lang/StringBuilder不会创建有效的StringBuilder而是一个统一的对象，该对象在堆栈映射帧中与TOP一起捐赠。 这个值在对象构造过程中加入跳转指令时使用，例如：

new Foo(a ? b : c);

这被翻译成几个 goto 语句。

在对象上调用构造函数时，该对象首先被视为StringBuilder ，即invokespecial Method java/lang/StringBuilder <init> ()V 。 JVM 不支持在不同位置初始化此对象，因为验证器只能查看TOP类型，该类型不能反映所需类型的实际阴影，即未初始化的StringBuilder 。 您可能会争辩说 JVM 应该支持这一点，但这将需要更大的数组来包含堆栈映射帧以反映类型和初始化状态，这可能无法证明这种能力甚至不被 Java 语言使用。

为了说明这一点，请考虑以下情况：

new Foo
dup 
.stack full
    locals 
    stack Top Top 
.end stack
invokespecial Bar <init> ()V 

如果 JVM 允许对TOP类型进行未经检查的初始化，这将是有效的，但显然不应允许您在Foo上调用Bar构造函数。