你的解釋不是我想要的

“同學(xué)們好，我是教授你們Java101課程的S老師。下面開始我們的第一堂課吧?！?/p>

“Java安裝、編輯器安裝、以及運行起hello world代碼，我已經(jīng)在課前預(yù)習(xí)郵件里，告訴大家要怎么做了，不知道大家完成的怎么樣？”

“老師，您的郵件里就一句話，‘請自行Google’ ...”

“沒錯。”

其實我內(nèi)心OS是：如果臺下大部分學(xué)生，都完成不了預(yù)習(xí)任務(wù)，嗯，那這門課又開不成了，我又可以安心做研究。

不過為了讓這個故事繼續(xù)下去，我們姑且假設(shè)大部分學(xué)生都完成了預(yù)習(xí)任務(wù)吧。

“嗯，同學(xué)們很出色，下面再來一起看看這兩段Hello World代碼”

HelloWorld-1:

public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 0;
        i = i++;
        System.out.println(i);
    }
}

HelloWorld-2:

public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 0;
        i = ++i;
        System.out.println(i);
    }
}

“相信大家也都知道運行結(jié)果了，第一段代碼是0，第二段代碼是1。好，我們的第一堂課就是這樣，大家還有什么疑問嗎？”

大概過了半分鐘，臺下有個同學(xué)問道，“老師，我想知道為什么？為什么只是換了下順序，結(jié)果就不一樣了？”

這是我期待已久的問題，對，就是簡簡單單三個字，“為什么”

旁邊一同學(xué)，說道，“這個我知道。i =i++，會先賦值，再加一，所以結(jié)果是0，而i = ++i，會先把i加一，然后再賦值，所以結(jié)果是1”

全場感嘆，都向那位同學(xué)投以敬佩的目光，畢竟他的理論足以解釋現(xiàn)象。

唯有剛剛提問的同學(xué)，說了一句，“你的解釋不是我想要的......”

翻譯官

這堂Java第一課的高潮終于到來了，我很激動。

剛剛這位同學(xué)的解釋，不可謂不對，但是終究沒說到點上。

i =i++，會先賦值，再加一，所以結(jié)果是0，這個解釋很正確，但是理由在哪？

這只是你的片面之詞呢？還是道聽途說所得？這個解釋不足以服眾。

你寫的代碼，是高級語言，是給人看的，機器可看不懂。

所以在你寫的代碼，到機器開始執(zhí)行中間，肯定有一個翻譯的過程。

Java中，這個翻譯的動作，是由JVM，Java虛擬機來完成。

大家都知道Java是跨平臺的，所謂“Write Once, Run Anywhere”, 同樣一份代碼，可以在不同的平臺上運行，不像別的語言，比如C，也許這段代碼在Linux上正常，去到OS X就有Bug了。

那么Java是如何實現(xiàn)跨平臺的呢？簡單說，靠的就是JVM這個翻譯官。

你寫好的代碼，會被編譯成一個.class文件，也就是Java字節(jié)碼文件，這里面記錄的是一系列要在JVM執(zhí)行的指令。

接著，你拿著這份字節(jié)碼指令，去到任意一個JVM，Linux的JVM也好，OS X的也好，它們都會幫你把它翻譯成對于平臺的機器指令。這就實現(xiàn)了跨平臺、

Java字節(jié)碼是國際通用語言（英語），JVM是翻譯官。

反匯編

回到我們的問題，++i和i++為什么會不一樣呢？

這就要看這兩行高級語言代碼，轉(zhuǎn)成字節(jié)碼指令之后是什么樣子了。

先來看看HelloWorld-1。首先使用javac把你寫的高級語言，也就是java文件，編譯成字節(jié)碼文件。我已經(jīng)把源代碼中的System.out.println(i)刪掉，這樣我們就可以專心觀察i++和++i：

javac HelloWorld.java

可以看到HelloWorld.java同級目錄下，出現(xiàn)了一個HelloWorld.class文件。

class文件里面都是二進制的數(shù)據(jù)。為什么是二進制？因為這些都是告訴JVM要做什么事情的指令，而機器只看得懂0101之類的二進制。

所以，我們需要對這個二進制數(shù)據(jù)，進行反匯編，把它變成人類看得懂的語言，來看看這些二進制數(shù)據(jù)都在說些什么，這里我們用到j(luò)avap：

javap -c HelloWorld.class

命令執(zhí)行后，控制臺打印出一系列的字節(jié)碼指令，其中main函數(shù)的字節(jié)碼指令如下：

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: iconst_0
       1: istore_1
       2: iload_1
       3: iinc          1, 1
       6: istore_1
       7: return

這一串的指令，主要涉及到兩個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，一個是操作數(shù)棧（operand stack），另一個是局部變量表（local variable）。前者是棧，后者是數(shù)組。

那么這些指令都是什么意思？

不急，下面圖文并茂，給你解釋。

棧和數(shù)組的故事

1、iconst_0
把一個值為0的int值，壓到操作數(shù)棧中。

2、istore_1
從操作數(shù)棧中彈出一個值，存放到局部變量表index為1的位置（為什么不是0，思考題）

pop之前：

pop之后：

以上兩條指令對應(yīng)的是第一行代碼 int i = 0：

它實現(xiàn)了給i賦值，并且把i放到局部變量表的功能。

下面再來看看 i = i++ 對應(yīng)的指令。

3、iload_1
把局部變量表中，index=1位置的值，壓到操作數(shù)棧中。

4、iinc 1, 1
對局部變量表index=1位置的值，進行加1操作。

iinc指令包含兩個參數(shù)：

• 第一個是index，代表要操作是局部變量表哪個位置的值；
• 第二個是const，代表要加多少；

現(xiàn)在局部變量表里的i其實是等于1的，可是為什么最后打印出來還是0呢？

問題出在最后一條指令。

5、istore_1
從操作數(shù)棧中彈出一個值，將它賦值給局部變量表中，index為1位置上的值。

pop之前：

pop之后：

完蛋，這下i又變成0了。

至于 i = ++i為什么最后是1 ，請大家按照上面的思路，自行分析。

其實兩者的差別只在iload_1和iinc 1, 1的順序上。

i = ++i，iinc 1, 1在前，iload_1在后，所以最后結(jié)果是1.

上面這些指令的含義，不需要刻意去記，有JVM規(guī)范可以查看：The Java Virtual Machine Instruction Set

這堂課提到的操作數(shù)棧和局部變量表，只是JVM運行時數(shù)據(jù)區(qū)域中，很小的一塊，完整的模型圖是這樣：

操作數(shù)棧和局部變量表，位于圖中的JVM Stack中，也就是我們常說的虛擬機棧。

End

這堂課的重點，并不在于跟大家解釋i++和++i的區(qū)別，而是要給大家引入一個Java中十分重要的觀察角度——JVM.

你寫的代碼，只是表象，程序不一定按照表象去執(zhí)行。

萬一發(fā)現(xiàn)很奇怪的現(xiàn)象了，莫慌，別忘了中間還有個JVM在作祟。

......

忽然，鬧鐘響了。

“傻蛋，怎么老是做這個夢。你早就因為開不了課被大學(xué)辭退了。”

起床，刷牙洗臉，上班。

今天又會有什么好玩的需求？

參考

• The Java Virtual Machine Instruction Set
• 《文學(xué)回憶錄》