JVM——类加载与字节码技术（2）

三、编译期处理

所谓的 语法糖 ，其实就是指 java 编译器把* .java 源码编译为* .class 字节码的过程中，自动生成和转换的一些代码，主要是为了减轻程序员的负担，算是 java 编译器给我们的一个额外福利

【注意】以下代码的分析，借助了 javap 工具，idea 的反编译功能，idea 插件 jclasslib 等工具。另外，编译器转换的结果直接就是 class 字节码，只是为了便于阅读，给出了几乎等价的 java 源码方式，并不是编译器还会转换出中间的 java 源码，切记。

① 语法糖——默认构造函数

public class Candy1 {

}

经过编译期优化后

public class Candy1 {
   //这个无参构造器是java编译器帮我们加上的
   public Candy1() {
      //即调用父类 Object 的无参构造方法，即调用 java/lang/Object." <init>":()V
      super();
   }
}

② 语法糖——自动拆装箱

基本类型和其包装类型的相互转换过程，称为拆装箱

在JDK 5以后，它们的转换可以在编译期自动完成

public class Demo2 {
   public static void main(String[] args) {
      Integer x = 1;
      int y = x;
   }
}

转换过程如下

public class Demo2 {
   public static void main(String[] args) {
      //基本类型赋值给包装类型，称为装箱
      Integer x = Integer.valueOf(1);
      //包装类型赋值给基本类型，称谓拆箱
      int y = x.intValue();
   }
}

显然在旧版本中需要在基本类型和包装类型之间来回转换【尤其是集合类中操作的都是包装类型】，因此这些转换的事情在JDK5以后都由编译器在编译阶段完成。即代码片段1都会在编译阶段被转化代码片段2

③ 语法糖——泛型集合取值

泛型也是在 JDK 5 开始加入的特性，但 java 在编译泛型代码后会执行 泛型擦除 的动作，即泛型信息在编译为字节码之后就丢失了（不区分泛型，统一视为Object对待），实际的类型都当做了 Object 类型来处理：

public class Demo3 {
   public static void main(String[] args) {
      List<Integer> list = new ArrayList<>();
      list.add(10);
      Integer x = list.get(0);
   }
}

对应字节码

Code:
    stack=2, locals=3, args_size=1
       0: new           #2                  // class java/util/ArrayList
       3: dup
       4: invokespecial #3                  // Method java/util/ArrayList."<init>":()V
       7: astore_1
       8: aload_1
       9: bipush        10
      11: invokestatic  #4                  // Method java/lang/Integer.valueOf:(I)Ljava/lang/Integer;
      //这里进行了泛型擦除，实际调用的是add(Objcet o)
      14: invokeinterface #5,  2            // InterfaceMethod java/util/List.add:(Ljava/lang/Object;)Z

      19: pop
      20: aload_1
      21: iconst_0
      //这里也进行了泛型擦除，实际调用的是get(Object o)   
      22: invokeinterface #6,  2            // InterfaceMethod java/util/List.get:(I)Ljava/lang/Object;
//这里进行了类型转换，将Object转换成了Integer
      27: checkcast     #7                  // class java/lang/Integer
      30: astore_2
      31: return

所以调用get函数取值时，有一个类型转换的操作

Integer x = (Integer) list.get(0);

如果要将返回结果赋值给一个int类型的变量，则还有自动拆箱的操作

int x = (Integer) list.get(0).intValue();

④ 语法糖——可变参数

可变参数也是JDK 5开始加入的新特性

public class Demo4 {
   public static void foo(String... args) {
      //将args赋值给arr，可以看出String...实际就是String[] 
      String[] arr = args;
      System.out.println(arr.length);
   }

   public static void main(String[] args) {
      foo("hello", "world");
   }
}

可变参数 String… args 其实是一个 String[] args ，从代码中的赋值语句中就可以看出来。同样 java 编译器会在编译期间将上述代码变换为：

public class Demo4 {
   public Demo4 {}

    
   public static void foo(String[] args) {
      String[] arr = args;
      System.out.println(arr.length);
   }

   public static void main(String[] args) {
      foo(new String[]{"hello", "world"});
   }
}

注意，如果调用的是foo()，即未传递参数时，等价代码为foo(new String[]{})，创建了一个空数组，而不是直接传递的null

⑤ 语法糖——foreach

public class Demo5 {
	public static void main(String[] args) {
        //数组赋初值的简化写法也是一种语法糖。
		int[] arr = {1, 2, 3, 4, 5};
		for(int x : arr) {
			System.out.println(x);
		}
	}
}

编译器会帮我们转换为

public class Demo5 {
    public Demo5 {}

	public static void main(String[] args) {
		int[] arr = new int[]{1, 2, 3, 4, 5};
		for(int i=0; i<arr.length; ++i) {
			int x = arr[i];
			System.out.println(x);
		}
	}
}

如果是集合使用foreach

public class Demo5 {
   public static void main(String[] args) {
      List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
      for (Integer x : list) {
         System.out.println(x);
      }
   }
}

集合要使用foreach，需要该集合类实现了Iterable接口，因为集合的遍历需要用到迭代器Iterator

public class Demo5 {
    public Demo5 {}
    
   public static void main(String[] args) {
      List<Integer> list = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);
      //获得该集合的迭代器
      Iterator<Integer> iterator = list.iterator();
      while(iterator.hasNext()) {
         Integer x = iterator.next();
         System.out.println(x);
      }
   }
}

注意：foreach循环写法，能够配合数组，以及所有实现了Iterable接口的集合类一起使用，其中Iterable用来获取集合的迭代器（Iterable）

⑥ switch字符串
从JDK 7开始，switch可以作用于字符串和枚举型，这个功能其实也是语法糖

public class Demo6 {
   public static void main(String[] args) {
      String str = "hello";
      switch (str) {
         case "hello" :
            System.out.println("h");
            break;
         case "world" :
            System.out.println("w");
            break;
         default:
            break;
      }
   }
}

注意：switch配合String和枚举使用时，变量不能为null

在编译器中执行的操作

public class Demo6 {
   public Demo6() {
      
   }
   public static void main(String[] args) {
      String str = "hello";
      int x = -1;
      //通过字符串的hashCode+value来判断是否匹配
      switch (str.hashCode()) {
         //hello的hashCode
         case 99162322 :
            //再次比较，因为字符串的hashCode有可能相等
            if(str.equals("hello")) {
               x = 0;
            }
            break;
         //world的hashCode
         case 11331880 :
            if(str.equals("world")) {
               x = 1;
            }
            break;
         default:
            break;
      }

      //用第二个switch在进行输出判断
      switch (x) {
         case 0:
            System.out.println("h");
            break;
         case 1:
            System.out.println("w");
            break;
         default:
            break;
      }
   }
}

过程说明：

在编译期间，单个的switch被分为了两个
● 第一个用来匹配字符串，并给x赋值
——字符串的匹配用到了字符串的hashCode，还用到了equals方法
——使用hashCode是为了提高比较效率，使用equals是防止有hashCode冲突（如BM和C.这两个字符串的hashCode的值都为2123.）
● 第二个用来根据x的值来决定输出语句
在编译器中执行的操作

BM和C字符串比较在编译器中执行的操作

public class Demo6 {
   public Demo6() {
      
   }
   public static void choose(String str) {
      byte x = -1;
      switch (str.hashCode()) {
         case 2123 :    //  hashCode 值可能相同，需要进一步用equals比较
            if(str.equals("C.")) {
               x = 1;
            } else if(str.equals("BM")) {
               x = 0;
            } 
           
         default:
      switch (x) {
         case 0:
            System.out.println("h");
            break;
         case 1:
            System.out.println("w");
            break;
      }
   }
}

⑦ 语法糖——switch枚举（enum）

switch枚举的例子，原始代码：

enum SEX {
   MALE, FEMALE;
}

public class Demo7 {
   public static void main(String[] args) {
      SEX sex = SEX.MALE;
      switch (sex) {
         case MALE:
            System.out.println("man");
            break;
         case FEMALE:
            System.out.println("woman");
            break;
         default:
            break;
      }
   }
}

编译器中执行的代码如下

public class Demo7 {
   /**     
    * 定义一个合成类（仅 jvm 使用，对我们不可见）     
    * 用来映射枚举的 ordinal 与数组元素的关系     
    * 枚举的 ordinal 表示枚举对象的序号，从 0 开始     
    * 即 MALE 的 ordinal()=0，FEMALE 的 ordinal()=1     
    */ 
   static class $MAP {
      //数组大小即为枚举元素个数，里面存放了case用于比较的数字
      static int[] map = new int[2];
      static {
         //ordinal即枚举元素对应所在的位置，MALE为0，FEMALE为1
         map[SEX.MALE.ordinal()] = 1;
         map[SEX.FEMALE.ordinal()] = 2;
      }
   }

   public static void main(String[] args) {
      SEX sex = SEX.MALE;
      //将对应位置枚举元素的值赋给x，用于case操作
      int x = $MAP.map[sex.ordinal()];
      switch (x) {
         case 1:
            System.out.println("男");
            break;
         case 2:
            System.out.println("女");
            break;
         default:
            break;
      }
   }
}

enum SEX {  
   MALE, FEMALE;
}

⑧ 语法糖——枚举

JDK 7新增了枚举类，同样以性别的枚举为例：

enum SEX {
   MALE, FEMALE;    //与普通类不同，普通类实例对象为无穷多个【使用new关键字不断被创建】，
                    // 枚举类实例个数有限，如此性别例子中只有两个实例对象
}

转换后的代码

public final class Sex extends Enum<Sex> {   
   //对应枚举类中的元素
   public static final Sex MALE;    
   public static final Sex FEMALE;    
   private static final Sex[] $VALUES;
   
    static {       
    	//调用构造函数，传入枚举元素的值及ordinal
    	MALE = new Sex("MALE", 0);    
        FEMALE = new Sex("FEMALE", 1);   
        $VALUES = new Sex[]{MALE, FEMALE}; 
   }
 	
   //调用父类中的方法
    private Sex(String name, int ordinal) {     
        super(name, ordinal);    
    }
   
    public static Sex[] values() {  
        return $VALUES.clone();  
    }
    public static Sex valueOf(String name) { 
        return Enum.valueOf(Sex.class, name);  
    } 
  
}

⑨ 语法糖——twr1

JDK 7 开始新增了对需要关闭的资源的处理的特殊语法 try-with-resources

try(资源变量 = 创建资源对象) {
            
        }catch (){
            
        }

其中资源对象需要实现AutoCloseable接口,例如InputStream、OutputStream、 Connection、 Statement、ResultSet等接口都实现了AutoCloseable,使用try-with-resources 可以不用写finally语句块，编译器会帮助生成关闭资源代码，例如:

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        try(InputStream is = new FileInputStream("d:\\data.txt")) {
            System.out.println(is);
        }catch (IOException e){
          e.printStackTrace();
        }
    }
}

会被转化为：

public class Demo {
    public Demo() {
    }

    public static void main(String[] args) {
        try {
            InputStream is = new FileInputStream("d:\\data.txt");
            Throwable t = null;
            try {
                System.out.println(is);
            } catch (Throwable e1) {
                // t为代码出现的异常
                t = e1;
                throw e1;
            } finally {
                // 判断了资源不为空
                if (is != null) {
                    // 如果代码有异常
                    if (t != null) {
                        try {
                            is.close();
                        } catch (Throwable e2) {
                            // 如果 close 出现异常，作为被压制异常添加
                            t.addSuppressed(e2);  // 关闭资源释放时,期望将try块中的异常与关闭                                    
                                                  //资源时的异常均不丢失都保留下来
                        }
                    } else {
                        // 如果代码没有异常，close 出现的异常就是最后 catch 块中的e
                        is.close();
                    }
                }
            }
        }catch (IOException e){
                e.printStackTrace();
        }
    }
}

? 为什么要设计一个addSuppressed(Throwable e) (添加被压制异常) 的方法呢?是为了防止异常信息的丢失（想想try-with. resources生成的fianlly 中如果抛出了异常) :

在这里插入图片描述
如以上代码所示，两个异常信息都不会丢失

⑩ 语法糖——匿名内部类

public class Demo8 {
   public static void main(String[] args) {
      Runnable runnable = new Runnable() {
         @Override
         public void run() {
            System.out.println("running...");
         }
      };
   }
}
转换后的代码

public class Demo8 {
   public static void main(String[] args) {
      //用额外创建的类来创建匿名内部类对象
      Runnable runnable = new Demo8$1();
   }
}

//创建了一个额外的类，实现了Runnable接口
final class Demo8$1 implements Runnable {
   public Demo8$1() {}

   @Override
   public void run() {
      System.out.println("running...");
   }
}

如果匿名内部类中引用了局部变量

public class Demo8 {
   public static void main(String[] args) {
      int x = 1;
      Runnable runnable = new Runnable() {
         @Override
         public void run() {
            System.out.println(x);
         }
      };
   }
}

转化后代码

public class Demo8 {
   public static void main(String[] args) {
      int x = 1;
      Runnable runnable = new Runnable() {
         @Override
         public void run() {
            System.out.println(x);
         }
      };
   }
}

final class Demo8$1 implements Runnable {
   //多创建了一个变量
   int val$x;
   //变为了有参构造器
   public Demo8$1(int x) {
      this.val$x = x;
   }

   @Override
   public void run() {
      System.out.println(val$x);
   }
}