【JVM源码解析】模板解释器解释执行Java字节码指令（上）

不同的CPU可以解释的机器语言系统称为指令集架构（ISA，Instruction Set Architecture），也可称为指令集（instruction set）。Intel将x86系列CPU之中的32位CPU指令集架构称为IA-32，IA是“Intel Architecture也可以称为简称i386、x86-32。AMD等于Intell提出了x由于86系列的64位扩展，AMD设计的x86系列的64位指令集架构称为AMD64。后来Intel在自己的CPU中加入和AMD64几乎相同的指令集被称为Intel 64的指令集。AMD64和Intel 64可以统称为x86-64。

x86-64的所有寄存器都与机器字长(数据总线位宽)相同，即64位，x86-64将x8632位通用寄存器扩展到64位（eax、ebx、ecx、edx、eci、edi、ebp、esp），并增加了8个新的64个寄存器（r8-r15)，在命名方式上，也从exx”变为”rxx”，但仍保留”exx下表描述了每个寄存器的命名和功能。

其中的%esp与?p用于保存指向程序栈中特定位置的指针。

另外还有eflags如下图所示，寄存器通过位置表示具体含义。

在HotSpot VM其中，寄存器的类别继承自AbstractRegisterImpl该类别的定义如下：

源代码位置：hotspot/src/share/vm/asm/register.hpp  class AbstractRegisterImpl; typedef AbstractRegisterImpl* AbstractRegister;  class AbstractRegisterImpl {  protected:   int value() const  { return (int)(intx)this; } };  

AbstractRegisterImpl如下图所示。

另外还有个ConcreteRegisterImpl类也继承了AbstractRegisterImpl，这个灰与C编译器的实现有关，这里就不多解释了。

RegisterImpl类用来表示通用寄存器，类的定义如下：

源代码位置：cpu/x86/vm/register_x86.hpp  // 使用Register做为RegisterImpl的简称 class RegisterImpl; typedef RegisterImpl* Register;  class RegisterImpl: public AbstractRegisterImpl {  public:   enum {     number_of_registers      = 16,     number_of_byte_registers = 16   };   // ... }; 

对于64位来说，通用寄存器的位宽为64位，也可以将eax、ebx、ecx和edx部分用作8位寄存器，因此可以存储字节的寄存器数量为4。

在HotSpot VM寄存器的定义如下：

源代码位置：hotspot/src/cpu/x86/vm/register_x86.hpp  CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, noreg, (-1)); // noreg_RegisterEnumValue = ((-1)) CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, rax,    (0)); // rax_RegisterEnumValue = ((0)) CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, rcx,    (1)); // rcx_RegisterEnumValue = ((1)) CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, rdx,    (2)); // rdx_RegisterEnumValue = ((2)) CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, rbx,    (3)); // rbx_RegisterEnumValue = ((3)) CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, rsp,    (4)); // rsp_RegisterEnumValue = ((4)) CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, rbp,    (5)); // rbp_RegisterEnumValue = ((5)) CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, rsi,    (6)); // rsi_RegisterEnumValue = ((6)) CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, rdi,    (7)); // rdi_RegisterEnumValue = ((7)) CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, r8,     (8)); // r8_RegisterEnumValue = ((8)) CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, r9,     (9)); // r9_RegisterEnumValue = ((9)) CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, r10,   (10)); // r10_RegisterEnumValue = ((10)) CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, r11,   (11)); // r11_RegisterEnumValue = ((11)) CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, r12,   (12)); // r12_RegisterEnumValue = ((12)) CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, r13,   (13)); // r13_RegisterEnumValue = ((13)) CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, r14,   (14)); // r14_RegisterEnumValue = ((14)) CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(Register, r15,   (15)); // r15_RegisterEnumValue = ((15)) 

宏CONSTANT_REGISTER_DECLARATION定义如下：

源代码位置：hotspot/src/share/vm/asm/register.hpp  #define CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(type, name, value)   \   extern const type name;                                  \   enum { name##_##type##numValue = (value) }

经过宏扩展后如下：

extern const Register  rax;
enum { rax_RegisterEnumValue = ((0)) }
extern const Register  rcx;
enum { rcx_RegisterEnumValue = ((1)) }
extern const Register  rdx;
enum { rdx_RegisterEnumValue = ((2)) }
extern const Register  rbx;
enum { rbx_RegisterEnumValue = ((3)) }
extern const Register  rsp;
enum { rsp_RegisterEnumValue = ((4)) }
extern const Register  rbp;
enum { rbp_RegisterEnumValue = ((5)) }
extern const Register  rsi;
enum { rsi_RegisterEnumValue = ((6)) }
extern const Register  rsi;
enum { rdi_RegisterEnumValue = ((7)) }
extern const Register  r8;
enum { r8_RegisterEnumValue = ((8)) }
extern const Register  r9;
enum { r9_RegisterEnumValue = ((9)) }
extern const Register  r10;
enum { r10_RegisterEnumValue = ((10)) }
extern const Register  r11;
enum { r11_RegisterEnumValue = ((11)) }
extern const Register  r12;
enum { r12_RegisterEnumValue = ((12)) }
extern const Register  r13;
enum { r13_RegisterEnumValue = ((13)) }
extern const Register  r14;
enum { r14_RegisterEnumValue = ((14)) }
extern const Register  r15;
enum { r15_RegisterEnumValue = ((15)) }

如上的枚举类给寄存器指定了一个常量值。

在cpu/x86/vm/register_definitions_x86.cpp文件中定义的寄存器如下：

const Register  noreg = ((Register)noreg_RegisterEnumValue)
const Register  rax =   ((Register)rax_RegisterEnumValue)
const Register  rcx =   ((Register)rcx_RegisterEnumValue)
const Register  rdx =   ((Register)rdx_RegisterEnumValue)
const Register  rbx =   ((Register)rbx_RegisterEnumValue)
const Register  rsp =   ((Register)rsp_RegisterEnumValue)
const Register  rbp =   ((Register)rbp_RegisterEnumValue)
const Register  rsi =   ((Register)rsi_RegisterEnumValue)
const Register  rdi =   ((Register)rdi_RegisterEnumValue)
const Register  r8 =  ((Register)r8_RegisterEnumValue)
const Register  r9 =  ((Register)r9_RegisterEnumValue)
const Register  r10 = ((Register)r10_RegisterEnumValue)
const Register  r11 = ((Register)r11_RegisterEnumValue)
const Register  r12 = ((Register)r12_RegisterEnumValue)
const Register  r13 = ((Register)r13_RegisterEnumValue)
const Register  r14 = ((Register)r14_RegisterEnumValue)
const Register  r15 = ((Register)r15_RegisterEnumValue)

当我们需要使用通用寄存器时，通过rax、rcx等变量引用就可以了。

在HotSpot VM中，使用FloatRegisterImpl来表示浮点寄存器，此类的定义如下：

源代码位置：hotspot/src/cpu/x86/vm/register_x86.hpp

// 使用FloatRegister做为简称
class FloatRegisterImpl;
typedef FloatRegisterImpl* FloatRegister;

class FloatRegisterImpl: public AbstractRegisterImpl {
 public:
  enum {
    number_of_registers = 8
  };
  // ...
}

浮点寄存器有8个，分别是st0~st7，这是8个80位寄存器。

这里需要注意的是，还有一种寄存器MMX，MMX并非一种新的寄存器，而是借用了80位浮点寄存器的低64位，也就是说，使用MMX指令集，会影响浮点运算！

MMX 为一种 SIMD 技术，即可通过一条指令执行多个数据运算，共有8个64位寄存器（借用了80位浮点寄存器的低64位），分别为mm0 – mm7，他与其他普通64位寄存器的区别在于通过它的指令进行运算，可以同时计算2个32位数据，或者4个16位数据等等，可以应用为图像处理过程中图形 颜色的计算。

MMXRegisterImpl类的定义如下：

class MMXRegisterImpl;
typedef MMXRegisterImpl* MMXRegister;

MMX寄存器的定义如下：

CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(MMXRegister, mnoreg , (-1));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(MMXRegister, mmx0 , ( 0));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(MMXRegister, mmx1 , ( 1));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(MMXRegister, mmx2 , ( 2));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(MMXRegister, mmx3 , ( 3));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(MMXRegister, mmx4 , ( 4));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(MMXRegister, mmx5 , ( 5));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(MMXRegister, mmx6 , ( 6));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(MMXRegister, mmx7 , ( 7));

宏扩展后如下：

extern const MMXRegister  mnoreg;
enum { mnoreg_MMXRegisterEnumValue = ((-1)) }
extern const MMXRegister  mmx0;
enum { mmx0_MMXRegisterEnumValue = (( 0)) }
extern const MMXRegister  mmx1;
enum { mmx1_MMXRegisterEnumValue = (( 1)) }
extern const MMXRegister  mmx2;
enum { mmx2_MMXRegisterEnumValue = (( 2)) }
extern const MMXRegister  mmx3;
enum { mmx3_MMXRegisterEnumValue = (( 3)) }
extern const MMXRegister  mmx4;
enum { mmx4_MMXRegisterEnumValue = (( 4)) }
extern const MMXRegister  mmx5;
enum { mmx5_MMXRegisterEnumValue = (( 5)) }
extern const MMXRegister  mmx6;
enum { mmx6_MMXRegisterEnumValue = (( 6)) }
extern const MMXRegister  mmx7;
enum { mmx7_MMXRegisterEnumValue = (( 7)) }

MMX Pentium以及Pentium II之后的CPU中有从mm0到mm7共8个64位寄存器。但实际上MMX寄存器和浮点数寄存器是共用的，即无法同时使用浮点数寄存器和MMX寄存器。

cpu/x86/vm/register_definitions_x86.cpp文件中定义的寄存器变量如下：

const MMXRegister  mnoreg = ((MMXRegister)mnoreg_MMXRegisterEnumValue)
const MMXRegister  mmx0 =   ((MMXRegister)mmx0_MMXRegisterEnumValue)
const MMXRegister  mmx1 =   ((MMXRegister)mmx1_MMXRegisterEnumValue)
const MMXRegister  mmx2 =   ((MMXRegister)mmx2_MMXRegisterEnumValue)
const MMXRegister  mmx3 =   ((MMXRegister)mmx3_MMXRegisterEnumValue)
const MMXRegister  mmx4 =   ((MMXRegister)mmx4_MMXRegisterEnumValue)
const MMXRegister  mmx5 =   ((MMXRegister)mmx5_MMXRegisterEnumValue)
const MMXRegister  mmx6 =   ((MMXRegister)mmx6_MMXRegisterEnumValue)
const MMXRegister  mmx7 =   ((MMXRegister)mmx7_MMXRegisterEnumValue)

当我们需要使用MMX寄存器时，通过mmx0、mmx1等变量引用就可以了。

XMM寄存器是SSE指令用的寄存器。Pentium iii以及之后的CPU中提供了xmm0到xmm7共8个128位宽的XMM寄存器。另外还有个mxcsr寄存器，这个寄存器用来表示SSE指令的运算状态的寄存器。在HotSpot VM中，通过XMMRegisterImpl类来表示寄存器。这个类的定义如下：

源代码位置：hotspot/src/share/x86/cpu/vm/register_x86.hpp

// 使用XMMRegister寄存器做为简称
class XMMRegisterImpl;
typedef XMMRegisterImpl* XMMRegister;

class XMMRegisterImpl: public AbstractRegisterImpl {
 public:
  enum {
    number_of_registers = 16
  };
  ...
}

XMM寄存器的定义如下：

CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xnoreg , (-1));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm0 ,   ( 0));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm1 ,   ( 1));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm2 ,   ( 2));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm3 ,   ( 3));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm4 ,   ( 4));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm5 ,   ( 5));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm6 ,   ( 6));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm7 ,   ( 7));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm8,      (8));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm9,      (9));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm10,    (10));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm11,    (11));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm12,    (12));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm13,    (13));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm14,    (14));
CONSTANT_REGISTER_DECLARATION(XMMRegister, xmm15,    (15));

经过宏扩展后为：

extern const XMMRegister  xnoreg;
enum { xnoreg_XMMRegisterEnumValue = ((-1)) }
extern const XMMRegister  xmm0;
enum { xmm0_XMMRegisterEnumValue = (( 0)) }
extern const XMMRegister  xmm1;
enum { xmm1_XMMRegisterEnumValue = (( 1)) }
extern const XMMRegister  xmm2;
enum { xmm2_XMMRegisterEnumValue = (( 2)) }
extern const XMMRegister  xmm3;
enum { xmm3_XMMRegisterEnumValue = (( 3)) }
extern const XMMRegister  xmm4;
enum { xmm4_XMMRegisterEnumValue = (( 4)) }
extern const XMMRegister  xmm5;
enum { xmm5_XMMRegisterEnumValue = (( 5)) }
extern const XMMRegister  xmm6;
enum { xmm6_XMMRegisterEnumValue = (( 6)) }
extern const XMMRegister  xmm7;
enum { xmm7_XMMRegisterEnumValue = (( 7)) }
extern const XMMRegister  xmm8;
enum { xmm8_XMMRegisterEnumValue = ((8)) }
extern const XMMRegister  xmm9;
enum { xmm9_XMMRegisterEnumValue = ((9)) }
extern const XMMRegister  xmm10;
enum { xmm10_XMMRegisterEnumValue = ((10)) }
extern const XMMRegister  xmm11;
enum { xmm11_XMMRegisterEnumValue = ((11)) }
extern const XMMRegister  xmm12;
enum { xmm12_XMMRegisterEnumValue = ((12)) }
extern const XMMRegister  xmm13;
enum { xmm13_XMMRegisterEnumValue = ((13)) }
extern const XMMRegister  xmm14;
enum { xmm14_XMMRegisterEnumValue = ((14)) }
extern const XMMRegister  xmm15;
enum { xmm15_XMMRegisterEnumValue = ((15)) }

在cpu/x86/vm/register_definitions_x86.cpp文件中定义的寄存器变量如下：

const XMMRegister  xnoreg = ((XMMRegister)xnoreg_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm0 =   ((XMMRegister)xmm0_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm1 =   ((XMMRegister)xmm1_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm2 =   ((XMMRegister)xmm2_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm3 =   ((XMMRegister)xmm3_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm4 =   ((XMMRegister)xmm4_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm5 =   ((XMMRegister)xmm5_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm6 =   ((XMMRegister)xmm6_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm7 =   ((XMMRegister)xmm7_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm8 =   ((XMMRegister)xmm8_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm9 =   ((XMMRegister)xmm9_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm10 =  ((XMMRegister)xmm10_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm11 =  ((XMMRegister)xmm11_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm12 =  ((XMMRegister)xmm12_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm13 =  ((XMMRegister)xmm13_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm14 =  ((XMMRegister)xmm14_XMMRegisterEnumValue)
const XMMRegister  xmm15 =  ((XMMRegister)xmm15_XMMRegisterEnumValue)

当我们需要使用XMM寄存器时，直接通过xmm0、xmm1等变量引用就可以了。

x86的指令集可分为以下4种：

1. 通用指令
2. x87 FPU指令，浮点数运算的指令
3. SIMD指令，就是SSE指令
4. 系统指令，写OS内核时使用的特殊指令

下面介绍一些通用的指令。指令由标识命令种类的助记符（mnemonic）和作为参数的操作数（operand）组成。例如move指令：

movl为助记符。助记符有后缀，如movl中的后缀l表示作为操作数的对象的数据大小。l为long的缩写，表示32位的大小，除此之外，还有b、w，q分别表示8位、16位和64位的大小。

指令的操作数如果不止1个，就将每个操作数以逗号分隔。每个操作数都会指明是否可以是立即模式值（I）、寄存器（R）或内存地址（M）。

另外还要提示一下，在x86的汇编语言中，采用内存位置的操作数最多只能出现一个，例如不可能出现mov M,M指令。

通用寄存器中每个操作都可以有一个字符的后缀，表明操作数的大小，如下表所示。

注意：通用寄存器使用后缀“l”同时表示4字节整数和8字节双精度浮点数，这不会产生歧义，因为浮点数使用的是完全不同的指令和寄存器。

我们后面只介绍call、push等指令时，如果在研究HotSpot VM虚拟机的汇编遇到了callq，pushq等指令时，千万别不认识，后缀就是表示了操作数的大小。

下表为操作数的格式和寻址模式。

注：M[xx]表示在存储器中xx地址的值，R[xx]表示寄存器xx的值，这种表示方法将寄存器、内存都看出一个大数组的形式。

汇编根据编译器的不同，有2种书写格式：

（1）Intel : Windows派系 （2）AT&T: Unix派系

下面简单介绍一下两者的不同。

下面就来认识一下常用的指令。

下面我们以给出的是AT&T汇编的写法，这两种写法有如下不同。

将数据从一个地方传送到另外一个地方。

我们在介绍mov指令时介绍的全一些，因为mov指令是出现频率最高的指令，助记符中的后缀也比较多。

mov指令的形式有3种，如下：

mov   #普通的move指令
movs  #符号扩展的move指令，将源操作数进行符号扩展并传送到一个64位寄存器或存储单元中。movs就表示符号扩展 
movz  #零扩展的move指令，将源操作数进行零扩展后传送到一个64位寄存器或存储单元中。movz就表示零扩展

mov指令后有一个字母可表示操作数大小，形式如下：

movb #完成1个字节的复制
movw #完成2个字节的复制
movl #完成4个字节的复制
movq #完成8个字节的复制

还有一个指令，如下：

movabsq  I,R

与movq有所不同，它是将一个64位的值直接存到一个64位寄存器中。

movs指令的形式如下：

movsbw #作符号扩展的1字节复制到2字节
movsbl #作符号扩展的1字节复制到4字节
movsbq #作符号扩展的1字节复制到8字节
movswl #作符号扩展的2字节复制到4字节
movswq #作符号扩展的2字节复制到8字节
movslq #作符号扩展的4字节复制到8字节

movz指令的形式如下：

movzbw #作0扩展的1字节复制到2字节
movzbl #作0扩展的1字节复制到4字节
movzbq #作0扩展的1字节复制到8字节
movzwl #作0扩展的2字节复制到4字节
movzwq #作0扩展的2字节复制到8字节
movzlq #作0扩展的4字节复制到8字节

举个例子如下：

movl   %ecx,%eax
movl   (%ecx),%eax

第一条指令将寄存器ecx中的值复制到eax寄存器；第二条指令将ecx寄存器中的数据作为地址访问内存，并将内存上的数据加载到eax寄存器中。

cmov指令的格式如下：

cmovxx

其中xx代表一个或者多个字母，这些字母表示将触发传送操作的条件。条件取决于 EFLAGS 寄存器的当前值。

eflags寄存器中各个们如下图所示。

其中与cmove指令相关的eflags寄存器中的位有CF（数学表达式产生了进位或者借位） 、OF（整数值无穷大或者过小）、PF（寄存器包含数学操作造成的错误数据）、SF（结果为正不是负）和ZF（结果为零）。

下表为无符号条件传送指令。

无符号条件传送指令依靠进位、零和奇偶校验标志来确定两个操作数之间的区别。

下表为有符号条件传送指令。

举个例子如下：

// 将vlaue数值加载到ecx寄存器中
movl value,%ecx 
// 使用cmp指令比较ecx和ebx这两个寄存器中的值，具体就是用ecx减去ebx然后设置eflags
cmp %ebx,%ecx
// 如果ecx的值大于ebx，使用cmova指令设置ebx的值为ecx中的值
cmova %ecx,%ebx 

注意AT&T汇编的第1个操作数在前，第2个操作数在后。

push指令的形式如下表所示。

pop指令的形式如下表所示。

这个指令用于交换操作数的值，交换指令XCHG是两个寄存器，寄存器和内存变量之间内容的交换指令，两个操作数的数据类型要相同，可以是一个字节，也可以是一个字，也可以是双字。格式如下：

xchg    R/M,R/M
xchgl   I/R,I/R、　　

两个操作数不能同时为内存变量。xchgl指令是一条古老的x86指令，作用是交换两个寄存器或者内存地址里的4字节值，两个值不能都是内存地址，他不会设置条件码。

lea计算源操作数的实际地址，并把结果保存到目标操作数，而目标操作数必须为通用寄存器。格式如下：

lea M,R

lea（Load Effective Address）指令将地址加载到寄存器。

举例如下：

movl  4(%ebx),%eax
leal  4(%ebx),%eax　　

第一条指令表示将ebx寄存器中存储的值加4后得到的结果作为内存地址进行访问，并将内存地址中存储的数据加载到eax寄存器中。

第二条指令表示将ebx寄存器中存储的值加4后得到的结果作为内存地址存放到eax寄存器中。

再举个例子，如下：

leaq a(b, c, d), %rax 

计算地址a + b + c * d，然后把最终地址载到寄存器rax中。可以看到只是简单的计算，不引用源操作数里的寄存器。这样的完全可以把它当作乘法指令使用。

指令的格式如下：

add  I/R/M,R/M
adc  I/R/M,R/M

指令将两个操作数相加，结果保存在第2个操作数中。

对于第1条指令来说，由于寄存器和存储器都有位宽限制，因此在进行加法运算时就有可能发生溢出。运算如果溢出的话，标志寄存器eflags中的进位标志（Carry Flag，CF）就会被置为1。

对于第2条指令来说，利用adc指令再加上进位标志eflags.CF，就能在32位的机器上进行64位数据的加法运算。

常规的算术逻辑运算指令只要将原来IA-32中的指令扩展到64位即可。如addq就是四字相加。

指令的格式如下：

sub I/R/M,R/M
sbb I/R/M,R/M

指令将用第2个操作数减去第1个操作数，结果保存在第2个操作数中。

指令的格式如下：

imul I/R/M,R
mul  I/R/M,R

将第1个操作数和第2个操作数相乘，并将结果写入第2个操作数中，如果第2个操作数空缺，默认为eax寄存器，最终完整的结果将存储到edx:eax中。

第1条指令执行有符号乘法，第2条指令执行无符号乘法。

指令的格式如下：

div   R/M
idiv  R/M

第1条指令执行无符号除法，第2条指令执行有符号除法。被除数由edx寄存器和eax寄存器拼接而成，除数由指令的第1个操作数指定，计算得到的商存入eax寄存器，余数存入edx寄存器。如下图所示。

    edx:eax
------------ = eax（商）... edx（余数）
    寄存器

运算时被除数、商和除数的数据的位宽是不一样的，如下表表示了idiv指令和div指令使用的寄存器的情况。

idiv指令和div指令通常是对位宽2倍于除数的被除数进行除法运算的。例如对于x86-32机器来说，通用寄存器的倍数为32位，1个寄存器无法容纳64位的数据，所以 edx存放被除数的高32位，而eax寄存器存放被除数的低32位。

所以在进行除法运算时，必须将设置在eax寄存器中的32位数据扩展到包含edx寄存器在内的64位，即有符号进行符号扩展，无符号数进行零扩展。

对edx进行符号扩展时可以使用cltd（AT&T风格写法）或cdq（Intel风格写法）。指令的格式如下：

cltd  // 将eax寄存器中的数据符号扩展到edx:eax

cltd将eax寄存器中的数据符号扩展到edx:eax。

指令的格式如下：

inc  R/M
dec  R/M　

将指令第1个操作数指定的寄存器或内存位置存储的数据加1或减1。

指令的格式如下：

neg R/M

neg指令将第1个操作数的符号进行反转。

指令的格式如下：

and  I/R/M,R/M
or   I/R/M,R/M
xor  I/R/M,R/M

and指令将第2个操作数与第1个操作数进行按位与运算，并将结果写入第2个操作数；

or指令将第2个操作数与第1个操作数进行按位或运算，并将结果写入第2个操作数；

xor指令将第2个操作数与第1个操作数进行按位异或运算，并将结果写入第2个操作数；

指令的格式如下：

not R/M

将操作数按位取反，并将结果写入操作数中。

指令的格式如下：

sal  I/%cl,R/M  #算术左移
sar  I/%cl,R/M  #算术右移
shl  I/%cl,R/M  #逻辑左移
shr  I/%cl,R/M  #逻辑右移

sal指令将第2个操作数按照第1个操作数指定的位数进行左移操作，并将结果写入第2个操作数中。移位之后空出的低位补0。指令的第1个操作数只能是8位的立即数或cl寄存器，并且都是只有低5位的数据才有意义，高于或等于6位数将导致寄存器中的所有数据被移走而变得没有意义。

sar指令将第2个操作数按照第1个操作数指定的位数进行右移操作，并将结果写入第2个操作数中。移位之后的空出进行符号扩展。和sal指令一样，sar指令的第1个操作数也必须为8位的立即数或cl寄存器，并且都是只有低5位的数据才有意义。

shl指令和sall指令的动作完全相同，没有必要区分。

shr令将第2个操作数按照第1个操作数指定的位数进行右移操作，并将结果写入第2个操作数中。移位之后的空出进行零扩展。和sal指令一样，shr指令的第1个操作数也必须为8位的立即数或cl寄存器，并且都是只有低5位的数据才有意义。

指令的格式如下：

jmp I/R

jmp指令将程序无条件跳转到操作数指定的目的地址。jmp指令可以视作设置指令指针（eip寄存器）的指令。目的地址也可以是星号后跟寄存器的栈，这种方式为间接函数调用。例如：

jmp *%eax

将程序跳转至eax所含地址。

条件跳转指令的格式如下：

Jcc  目的地址

其中cc指跳转条件，如果为真，则程序跳转到目的地址；否则执行下一条指令。相关的条件跳转指令如下表所示。

cmp指令的格式如下：

cmp I/R/M,R/M

cmp指令通过比较第2个操作数减去第1个操作数的差，根据结果设置标志寄存器eflags中的标志位。cmp指令和sub指令类似，不过cmp指令不会改变操作数的值。

操作数和所设置的标志位之间的关系如表所示。

指令的格式如下：

test I/R/M,R/M

指令通过比较第1个操作数与第2个操作数的逻辑与，根据结果设置标志寄存器eflags中的标志位。test指令本质上和and指令相同，只是test指令不会改变操作数的值。

test指令执行后CF与OF通常会被清零，并根据运算结果设置ZF和SF。运算结果为零时ZF被置为1，SF和最高位的值相同。

举个例子如下：

test指令同时能够检查几个位。假设想要知道 AL 寄存器的位 0 和位 3 是否置 1，可以使用如下指令：

test al,00001001b    #掩码为0000 1001，测试第0和位3位是否为1

从下面的数据集例子中，可以推断只有当所有测试位都清 0 时，零标志位才置 1：

0  0  1  0  0  1  0  1    <- 输入值
0  0  0  0  1  0  0  1    <- 测试值
0  0  0  0  0  0  0  1    <- 结果：ZF=0

0  0  1  0  0  1  0  0    <- 输入值
0  0  0  0  1  0  0  1    <- 测试值
0  0  0  0  0  0  0  0    <- 结果：ZF=1

test指令总是清除溢出和进位标志位，其修改符号标志位、零标志位和奇偶标志位的方法与 AND 指令相同。

根据eflags中的状态标志（CF,SF,OF,ZF和PF）将目标操作数设置为0或1。这里的目标操作数指向一个字节寄存器（也就是８位寄存器，如AL，BL，CL）或内存中的一个字节。状态码后缀（cc）指明了将要测试的条件。

获取标志位的指令的格式如下：

setcc R/M

指令根据标志寄存器eflags的值，将操作数设置为0或1。

setcc中的cc和Jcc中的cc类似，可参考表。

指令的格式如下：

call I/R/M

call指令会调用由操作数指定的函数。call指令会将指令的下一条指令的地址压栈，再跳转到操作数指定的地址，这样函数就能通过跳转到栈上的地址从子函数返回了。相当于

push %eip
jmp addr

先压入指令的下一个地址，然后跳转到目标地址addr。

指令的格式如下：

ret

ret指令用于从子函数中返回。X86架构的Linux中是将函数的返回值设置到eax寄存器并返回的。相当于如下指令：

popl %eip

将call指令压栈的“call指令下一条指令的地址”弹出栈，并设置到指令指针中。这样程序就能正确地返回子函数的地方。

从物理上来说，CALL 指令将其返回地址压入堆栈，再把被调用过程的地址复制到指令指针寄存器。当过程准备返回时，它的 RET 指令从堆栈把返回地址弹回到指令指针寄存器。

enter指令通过初始化ebp和esp寄存器来为函数建立函数参数和局部变量所需要的栈帧。相当于

push   %rbp
mov    %rsp,%rbp

leave通过恢复ebp与esp寄存器来移除使用enter指令建立的栈帧。相当于

mov %rbp, %rsp
pop %rbp

将栈指针指向帧指针，然后pop备份的原帧指针到%ebp

指令的格式如下：

int I

引起给定数字的中断。这通常用于系统调用以及其他内核界面。

eflags寄存器的各个标志位如下图所示。

操作eflags寄存器标志的一些指令如下表所示。

TemplateInterpreterGenerator::generate_all()函数会生成许多例程（也就是机器指令片段，英文叫Stub），包括调用set_entry_points_for_all_bytes()函数生成各个字节码对应的例程。

最终会调用到TemplateInterpreterGenerator::generate_and_dispatch()函数，调用堆栈如下：

TemplateTable::geneate()                                templateTable_x86_64.cpp
TemplateInterpreterGenerator::generate_and_dispatch()   templateInterpreter.cpp	
TemplateInterpreterGenerator::set_vtos_entry_points()   templateInterpreter_x86_64.cpp	
TemplateInterpreterGenerator::set_short_entry_points()  templateInterpreter.cpp
TemplateInterpreterGenerator::set_entry_points()        templateInterpreter.cpp
TemplateInterpreterGenerator::set_entry_points_for_all_bytes()   templateInterpreter.cpp	
TemplateInterpreterGenerator::generate_all()            templateInterpreter.cpp
InterpreterGenerator::InterpreterGenerator()            templateInterpreter_x86_64.cpp	
TemplateInterpreter::initialize()                       templateInterpreter.cpp
interpreter_init()                                      interpreter.cpp
init_globals()                                          init.cpp

调用堆栈上的许多函数在之前介绍过，每个字节码都会指定一个generator函数，通过Template的_gen属性保存。在TemplateTable::generate()函数中调用。_gen会生成每个字节码对应的机器指令片段，所以非常重要。

首先看一个非常简单的nop字节码指令。这个指令的模板属性如下：

// Java spec bytecodes  ubcp|disp|clvm|iswd  in    out   generator   argument
def(Bytecodes::_nop   , ____|____|____|____, vtos, vtos, nop        ,  _      );

nop字节码指令的生成函数generator不会生成任何机器指令，所以nop字节码指令对应的汇编代码中只有栈顶缓存的逻辑。调用set_vtos_entry_points()函数生成的汇编代码如下：

// aep
0x00007fffe1027c00: push   %rax
0x00007fffe1027c01: jmpq   0x00007fffe1027c30

// fep
0x00007fffe1027c06: sub    $0x8,%rsp
0x00007fffe1027c0a: vmovss %xmm0,(%rsp)
0x00007fffe1027c0f: jmpq   0x00007fffe1027c30

// dep
0x00007fffe1027c14: sub    $0x10,%rsp
0x00007fffe1027c18: vmovsd %xmm0,(%rsp)
0x00007fffe1027c1d: jmpq   0x00007fffe1027c30

// lep
0x00007fffe1027c22: sub    $0x10,%rsp
0x00007fffe1027c26: mov    %rax,(%rsp)
0x00007fffe1027c2a: jmpq   0x00007fffe1027c30

// bep cep sep iep
0x00007fffe1027c2f: push   %rax

// vep

// 接下来为取指逻辑，开始的地址为0x00007fffe1027c30

可以看到，由于tos_in为vtos，所以如果是aep、bep、cep、sep与iep时，直接使用push指令将%rax中存储的栈顶缓存值压入表达式栈中。对于fep、dep与lep来说，在栈上开辟对应内存的大小，然后将寄存器中的值存储到表达式的栈顶上，与push指令的效果相同。

在set_vtos_entry_points()函数中会调用generate_and_dispatch()函数生成nop指令的机器指令片段及取下一条字节码指令的机器指令片段。nop不会生成任何机器指令，而取指的片段如下：

// movzbl 将做了零扩展的字节传送到双字，地址为0x00007fffe1027c30
0x00007fffe1027c30: movzbl  0x1(%r13),%ebx       

0x00007fffe1027c35: inc %r13 

0x00007fffe1027c38: movabs $0x7ffff73ba4a0,%r10 

// movabs的源操作数只能是立即数或标号（本质还是立即数），目的操作数是寄存器 
0x00007fffe1027c42: jmpq *(%r10,%rbx,8)

r13指向当前要取的字节码指令的地址。那么%r13+1就是跳过了当前的nop指令而指向了下一个字节码指令的地址，然后执行movzbl指令将所指向的Opcode加载到%ebx中。

通过jmpq的跳转地址为%r10+%rbx*8，关于这个跳转地址在前面详细介绍过，这里不再介绍。

我们讲解了nop指令，把栈顶缓存的逻辑和取指逻辑又回顾了一遍，对于每个字节码指令来说都会有有栈顶缓存和取指逻辑，后面在介绍字节码指令时就不会再介绍这2个逻辑。

加载与存储相关操作的字节码指令如下表所示。