Geum.ru

Ассемблер для платформы Java

Курсовой проект - Компьютеры, программирование

Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование

Содержание.

 

Содержание.1

Содержание.2

Введение.3

Постановка задачи.4

Формат файла класса.5

Структура файла класса.5

Типы элементов Constant_pool6

Формат структуры field_info7

Формат структуры method_info7

Формат атрибута Code.8

Работа JVM10

Система команд JVM.12

Синтаксис языка ассемблера для платформы Java (языка JASM).14

Тестовые примеры.18

1.18

2.19

3.20

Проектирование и реализация компилятора.25

Заключение.30

Использованная литература.31

Введение.

 

Язык программирования Java был разработан в середине 90-х годов на основе языка Oak, предназначавшегося для программирования прошивок для различных электронных устройств. Однако, в отличие от своего предшественника, язык Java получил широкое распространение, прежде всего как язык, использовавшийся в программировании для сети Интернет. В настоящее время область применения Java значительно расширилась, и этот язык часто применяется и в обычном прикладном программировании. Это обусловлено такими преимуществами как кроссплатформенность и безопасность, которые обеспечиваются тем, что исходный код на Java компилируется не непосредственно в машинный код, а в, так называемый, байт-код, который интерпретируется виртуальной машиной Java (JVM). Во многих современных реализациях JVM байт-код перед выполнением преобразуется в машинные инструкции, что значительно повышает производительность, приближая ее к производительности программ, написанных на C/C++. Таким образом, Java, в современном состоянии этой технологии, сочетает преимущества интерпретируемых и компилируемых языков программирования.

Спецификация, описывающая JVM, как абстрактную вычислительную машину, предоставлена компанией Sun в открытый доступ. Это позволяет создавать как собственные реализации JVM для различных платформ, так и альтернативные компиляторы, генерирующие байт-код Java, в том числе для языков программирования, отличных от Java. Большинство литературы, посвященной Java, почти не уделяет внимания устройству JVM и описывает лишь сам язык Java. Однако, в ряде случаев, знание особенностей архитектуры бывает весьма полезным. В данной работе я создал учебную программу, которая может помочь в изучении архитектуры JVM несложный ассемблер для байт-кода Java.

Постановка задачи.

 

Требуется изучить архитектуру уровня команд платформы Java, формат файла класса Java, и написать компилятор ассемблероподобного языка, позволяющего создавать файлы классов, корректно обрабатываемые реальной JVM. Данный компилятор должен поддерживать все команды байт-кода Java и важнейшие возможности JVM.

Формат файла класса.

 

Основным форматом исполняемых файлов в архитектуре Java является формат файла класса, описанный в The JavaTM Virtual Machine Specification, изданной компанией Sun. Файл данного формата имеет имя, совпадающее с идентификатором класса (за исключением вложенных классов) и расширение .class.

 

Структура файла класса.

 

Файл класса имеет следующую структуру:

 

ClassFile {

u4 magic;

u2 minor_version;

u2 major_version;

u2 constant_pool_count;

cp_info constant_pool[constant_pool_count-1];

u2 access_flags;

u2 this_class;

u2 super_class;

u2 interfaces_count;

u2 interfaces[interfaces_count];

u2 fields_count;

field_info fields[fields_count];

u2 methods_count;

method_info methods[methods_count];

u2 attributes_count;

attribute_info attributes[attributes_count];

}

(здесь и далее u1, u2, u4 целые числа размером 8, 16 и 32 бит с порядком байтов старший байт по младшему адресу). Рассмотрим последовательно все поля.

  • magic так называемое магическое число, имеющее в шестнадцатеричной записи вид 0xCAFEBABE;
  • minor_version, major_version версия формата файла, по ней определяется совместимость данного файла с конкретной версией JVM;
  • constant_pool_count количество элементов в Constant_pool плюс единица;
  • constant_pool область констант массив структур переменного размера, представляющих те или иные константные значения. Обращения в область констант производятся по индексу (индексация начинается с единицы; индексы, следующие за позициями констант, представляющих числа типов long и double, не используются). Форматы констант различных видов будут рассмотрены ниже;
  • access_flags комбинация битовых флагов, определяющих права доступа и некоторые другие характеристики класса:

Флаг ЗначениеСмыслACC_PUBLIC 0x0001 Доступен из-за пределов пакетаACC_FINAL 0x0010 Запрещено наследование от данного классаACC_SUPER 0x0020 В методах данного класса требуется использовать принятую в Java2 трактовку команды invokespecialACC_INTERFACE 0x0200 Интерфейс (является классом специального вида)ACC_ABSTRACT 0x0400 Абстрактный класс

  • this_class, super_class индексы структур в области констант, ссылающихся на данный класс и его класс-предок;
  • interfaces_count число интерфейсов, реализуемых данным классом;
  • interfaces массив индексов структур в области констант, ссылающихся на интерфейсы, реализуемые данным классом;
  • fields_count количество полей в данном классе;
  • fields массив структур field_info, описывающих поля класса. Формат структуры field_info будет рассмотрен ниже;
  • methods_count количество методов;
  • methods массив структур method_info, описывающих методы класса. Формат структуры mettho_info будет рассмотрен ниже. Конструкторы и статические инициализаторы представляются методами со специальными именами ;
  • attributes_count количество атрибутов класса;
  • attributes массив структур-атрибутов класса (поля, методы и байт-ко