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添加书签
移除书签7.3 修改DVM
7.3.1 增加指令
由于这次引入了数组，因此在DVM中也要增加相应的指令，增加的指令如表7-1 [2]所示。
表7-1 随着引入数组增加的指令
在指令中出现了“object型”的概念。它是在之前只包含了字符串的引用类型的基础上又增加了数组，是由字符串和数组组成的类型。
随着上述改变，除了专门处理字符串的操作（如字符串比较等），之前的 push_static_string等指令都要重命名为 push_static_object等了。
表7-1的指令中，我想必须要特别说明一下 new_array。
在表7-1中提到了“操作数short代表的类型”，这个操作数是指这次在 DVM_Executable中新增的 DVM_TypeSpecifier数组的下标（代码清单7-2）。
代码清单7-2 DVM_Executable （book_ver.0.2）
struct DVM_Executable_tag {
int constant_pool_count;
DVM_ConstantPool *constant_pool;
int global_variable_count;
DVM_Variable *global_variable;
int function_count;
DVM_Function *function;
int type_specifier_count; ←新增
DVM_TypeSpecifier *type_specifier; ←新增
int code_size;
DVM_Byte *code;
int line_number_size;
DVM_LineNumber *line_number;
int need_stack_size;
};
DVM_TypeSpecifier结构体在book_ver.0.1时就已经存在了，它和TypeSpecifier结构体保存着同样的信息。
例如，使用 new int[5][3]创建一个数组， new_array的操作数将被指定为保存着 int[][]类型信息的 DVM_TypeSpecifier的下标。
这样一来，只要知道对应的TypeSpecifier 就能够知道数组的维数， int[] [] 型的数组也可以像 new int[5][] 这样，在代码运行过程中再创建另外一维。实际创建的维数（这里是1）使用另外一个byte型操作数传递指令。另外，使用代码 a = new int[5][];创建的数组和Java一样， a[0]～a[4]被初始化为 null。
补充知识 创建Java的数组常量
如表7-1所示，在DVM中， new_array_literal_int等创建常量的指令，会先将组成数组的值入栈，再利用已经在栈上的值创建数组。但是，JVM就没有与此对应的指令。那么，Java中是如何通过构造函数创建的数组或者使用 new int {1,2, 3}这样的代码创建数组的呢？让我们使用 javap来看一下。
最初的代码：
class Test {
public static void main(String[] args){
int[] a = {1, 2, 3, 4, 5};
}
}
javap 的结果（只截取了指令部分）：
0: iconst_5
1: newarray int
3: dup
4: iconst_0
5: iconst_1
6: iastore
7: dup
8: iconst_1
9: iconst_2
10: iastore
11: dup
12: iconst_2
13: iconst_3
14: iastore
15: dup
16: iconst_3
17: iconst_4
18: iastore
19: dup
20: iconst_4
21: iconst_5
22: iastore
23: astore_1
24: return
也就是说，相当于下面这段代码。
int[] a = new int[5];
a[0] = 1;
a[1] = 2;
a[2] = 3;
a[3] = 4;
a[4] = 5;
在我看来，生成字节码的体积太大了。在Java中，与一个方法对应的字节码是有大小限制的（Diksam也一样），所以自动生成代码的时候（也许还有其他情况）可能会引起问题。
补充知识 C语言中数组的初始化
Diksam也好，Java也好，数组常量以及利用构造函数创建的数组，它们的内容都是在“运行时”决定的。所以，在下面这段代码中：
int[] a = {b * 10, func()};
从这段初始化的程序可以看出，数组元素可能只在运行时才能决定其值的表达式。
对此，在C中利用初始化程序初始化数组的时候，元素的内容必须是常量表达式。
因为有了这个限制，在编译时可以预先创建数组的内存映像， static变量开始执行、自动变量 [3]进入函数时，可以利用事先创建的内存映像进行初始化。
7.3.2 对象
在book_ver.0.1中可以称为对象的只有字符串，现在在 DVM_Object中增加了数组成员，以对应这次新增的数组概念。
struct DVM_Object_tag {
ObjectType type;
unsigned int marked:1;
union {
DVM_String string;
DVM_Array array; ←新增
} u;
struct DVM_Object_tag *prev;
struct DVM_Object_tag *next;
};
DVM_Array的内容如下所示。
typedef enum {
INT_ARRAY = 1,
DOUBLE_ARRAY,
OBJECT_ARRAY,
} ArrayType;
struct DVM_Array_tag {
ArrayType type;
int size;
int alloc_size;
union {
int *int_array;
double *double_array;
DVM_Object **object;
} u;
};
在crowbar中，数组是“ CRB_Value的数组 [4]”。这次也一样，因为有 DVM_Value共用体，数组也可以表现为数组。但是，由于Diksam是静态语言，因此数组的类型是静态决定的。绝对不可能把 double加入到 int的数组中。
这么说的话，int 的数组使用“ sizeof(int)× 元素数”就可以毫无浪费地创建内存空间，即使是传递给C的内置例程处理起来也很舒适。因此，枚举类型 ArrayType 中的每个对象都表示不同数组元素的类型。 ArrayType 没有必要对应Diksam中的所有类型。例如字符串的数组，或者是数组的数组，这些都是 OBJECT_ARRAY。数组的类型在编译时决定，因此运行时在这里没有必要保存严格的类型。现在的情况是，数组的类型信息只有GC用到了。
补充知识 ArrayStoreException
前面写到，在Diksam中既有字符串数组也有数组的数组，数组的对象中只保存了“ OBJECT_ARRAY”这一个信息。与此相对，在Java中，数组对象中保存着完整的类型信息。这样的区别是基于以下两点原因。
Diksam中还不存在类和继承，但是在Java中存在。
在Java中，当 A是 B 的子类时， A[] 也自动地成为了 B[] 的子类。
例如有一个表示图形的类 Shape，有两个继承它的子类 Line和 Circle。这时在Java中，可以把 Line的数组赋值给 Shape[]型的变量。这种设计乍看是挺方便的，实际上问题重重。请思考如下这个代码片段。
1: Line[] lines = new Line[10];
2: Shape[] shapes = lines;
3: shapes[3] = new Circle();
4: lines[3]. startPoint = new Point(x, y);
第1行当然是合法的。第2行也一样， Line[]是 Shape[]的子类，因此在Java中也是合法的。第3行，因为Circle也是Shape的子类，所以Java在编译时并不会报错（更确切地说是报不出错）。
接下来的第4行就悲剧了。 shapes和 lines指向同一个数组，因此 lines[3]也就是 shapes[3]，它在第3行被赋了一个 Circle 对象的值。但是，在第4行的时候又要引用 Line 的起点（startPoint）， Circle 中并没有 startPoint，因此这行代码不能被执行。但是，编译器却始终认为 line[3]肯定是 Line，因此编译时不会出现报错。 正因如此，在 Java 中，执行到第3行代码时会发生运行时的异常， ArrayStoreException。
只有在运行时掌握“这个数组在变量声明上是 Shape[]，但是它实际上却是 Line[]”，才能在实现时抛出上述异常。因此，在Java中，必须将完整的类型信息保存在数组的对象中。
我认为这是一个不良的设计。既然是静态语言，就应该在编译时完成类型检查，在运行时抛出异常不是很奇怪的吗？总之，我认为Java的“ A是 B的子类时， A[]也自动地成为了 B[]的子类”这个规则是错误的。
Diksam将在下一章引入类的概念，但是没有建立上述规则，因此也没有必要在数组中保存严格的类型信息。
7.3.3 增加null
由于数组和字符串都是引用类型，因此增加了 null。
随之改变的是，以前字符串变量的初始值是空字符串，现在变成了 null。
关于 null的规则如下所示。
1. 字符串类型、数组类型的变量可以赋值为 null。
2. 字符串类型与值为 null的变量用 +连接的话， null会转换为字符串" null"。
3. 字符串类型与常量 null用 +连接的话， null会转换为字符串" null"。
4. 字符串类型与数组类型可以和 null进行比较。
7.3.4 哎！还缺点什么吧？
这次引入了数组的概念，如果是了解当今编程语言的人肯定在期待着下面这些功能。既然引入了数组的概念，怎么能没有它们呢？
没有知道数组大小的（array.size()或者 array.length等）方法吗？
没有动态增加数组元素（例如 array.add(5)）的方法吗？
不能把数组内容直接输出（例如 print("array.." + array)）吗？
这些大概在当今的编程语言中都能实现（有些语言会把数组理所当然地输出为地址或者哈希值），说起来在crowbar中也实现了，但是这次却搁置起来了。这是因为考虑到这些功能最终都归结为“方法”，因此还是和类一起制作更为恰当。
所以，下一章将要对类进行处理。
注 释
