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【Simple Java】深入理解“HelloWorld”小程序，simplehelloworld

編輯：JAVA綜合教程

【Simple Java】深入理解“HelloWorld”小程序，simplehelloworld

對於每個Java程序員來說，HelloWorld是一個再熟悉不過的程序。它很簡單，但是這段簡單的代碼能指引我們去深入理解一些復雜的概念。這篇文章，我將探索我們能從這段簡單的代碼中學到什麼。如果你對HelloWorld有獨到的理解，請留下你的評論。

HelloWorld.java

public class HelloWorld {
    /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {

        System.out.println("Hello World");
    }
}

為什麼所有東西都是從類開始的

Java程序是基於類構建的，每一個方法，字段必須存在於類裡面。這是因為Java是面向對象的：一切都是對象，即一個類的實例。相對於函數式編程，面向對象編程有很多優勢，如更加模塊化，可擴展性更好等。

為什麼總是需要有一個“main”方法

main方法是靜態方法，程序的入口；靜態方法意味著這個方法是屬於類，而不是對象。

那為什麼是這樣呢？為什麼不使用非靜態方法作為程序的入口呢？

如果這個方法是非靜態的，那麼在使用這個方法之前需要先創建對象，因為非靜態方法需要由對象來調用。作為一個程序的入口，這樣的設計是不現實的。在沒有雞的情況下，我們不能獲取雞蛋。因此，程序入口被設置為靜態方法。

另外，main方法的入參"String[] args"表明一個字符串數組可以傳入該方法用於執行程序的初始化工作。

HelloWorld的字節碼

為了運行這個程序，Java文件首先被編譯成字節碼存入一個.class文件。那麼這個字節碼文件是怎樣的呢？字節碼本身是不易讀的，我們使用十六進制編輯器打開它，結果如下：

從上面的字節碼，我們看到了很多操作碼（如CA, 4C,），它們中的每一個都對應著一個助記碼（如下面例子中的aload_0），操作碼是不易讀的，但是我們可以使用javap去查看.class文件的助記符形式。

"javap -c"可以打印類中每個方法的反匯編代碼，反匯編代碼即一些指令，這些指定組成了java的字節碼。

javap -classpath . -c HelloWorld

public class HelloWorld extends java.lang.Object{
public HelloWorld();
  Code:
    0: aload_0
    1: invokespecial #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V
    4: return
public static void main(java.lang.String[]);
  Code:
    0: getstatic #2; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
    3: ldc #3; //String Hello World
    5: invokevirtual #4; //Method
        java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
    8: return
}

以上代碼包含了兩個方法，一個是構造方法，由編譯器自動插入；另一個是main方法。

在每個方法的下面，都有一系列的指令，如aload_0，invokespecial #1等。每個指定對應的含義可以查看Java字節碼指令列表。舉個例子，aload_0加載棧中局部變量的引用，getstatic獲取類中的靜態字段值。注意getstatic後面的"#2"，其指向運行時常量池，常量池是Java運行時數據區域。因此，使用"javap -verbose"命令，可以幫助我們查看常量池。

另外，每條指令的前面都有一個數字，如0,1,4等。在字節碼文件中，每一個方法都有對應的字節碼數組。這些數字對應的正是數組的索引，這些數組存放了操作碼和對應參數。每個操作碼長度為一個字節，可以有0或多個參數，這就是為什麼這些數字不是連續的。

現在，我們可以使用"javap -verbose"命令深入看下這個類：

javap -classpath . -verbose HelloWorld

public class HelloWorld extends java.lang.Object
SourceFile: "HelloWorld.java"
minor version: 0
major version: 50
Constant pool:
const #1 = Method #6.#15; // java/lang/Object."<init>":()V
const #2 = Field #16.#17; // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
const #3 = String #18; // Hello World
const #4 = Method #19.#20; //
java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
const #5 = class #21; // HelloWorld
const #6 = class #22; // java/lang/Object
const #7 = Asciz <init>;
const #8 = Asciz ()V;
const #9 = Asciz Code;
const #10 = Asciz LineNumberTable;
const #11 = Asciz main;
const #12 = Asciz ([Ljava/lang/String;)V;
const #13 = Asciz SourceFile;
const #14 = Asciz HelloWorld.java;
const #15 = NameAndType #7:#8;// "<init>":()V
const #16 = class #23; // java/lang/System
const #17 = NameAndType #24:#25;// out:Ljava/io/PrintStream;
const #18 = Asciz Hello World;
const #19 = class #26; // java/io/PrintStream
const #20 = NameAndType #27:#28;// println:(Ljava/lang/String;)V
const #21 = Asciz HelloWorld;
const #22 = Asciz java/lang/Object;
const #23 = Asciz java/lang/System;
const #24 = Asciz out;
const #25 = Asciz Ljava/io/PrintStream;;
const #26 = Asciz java/io/PrintStream;
const #27 = Asciz println;
const #28 = Asciz (Ljava/lang/String;)V;
{
public HelloWorld();
Code:
Stack=1, Locals=1, Args_size=1
0: aload_0
1: invokespecial #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V
4: return
LineNumberTable:
line 2: 0
public static void main(java.lang.String[]);
Code:
Stack=2, Locals=1, Args_size=1
0: getstatic #2; //Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
3: ldc #3; //String Hello World
5: invokevirtual #4; //Method
java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
8: return
LineNumberTable:
line 9: 0
line 10: 8
}

JVM規范中是這樣描述的：

運行時常量池是為方法服務的，類似於常規程序設計語言中的符號表，但是常量池包含的數據比典型的符號表范圍較廣。

"invokespecial #1"指令中的"#1"指向常量池中的#1常量，即"Method #6.#15;"，根據這些數字，我們可以遞歸的得到最終常量。行號表可以方便調試人員知道Java源代碼中的哪些行對應字節碼中的哪些指令。如，Java源代碼中的第9行對應main方法中的code 0，第10行對應code 8。

如果你想要知道更多關於字節碼的內容，可以嘗試創建一個更加復雜的類，並編譯查看。相對而言，HelloWorld太簡單了。