Javaのバイトコードで遊ぶ (条件分岐と繰り返し)
条件分岐と繰り返しはジャンプを使います。
ジャンプ先の指定はLabelを用います。ジャンプ元ではインスタンス化したLabelを指定します。 visitLabelにLabelインスタンスを渡せば、そこがラベルになります。
ジャンプ元において、スタックの値と0やNULLを比較する場合は、IFEQ, IFNE, IFLT, IFGT, IFNULLなどの命令を用います。 スタックに積まれている2つの値を比較する場合は、IF_ICMPEQ, IF_ICMPNE, IF_ICMPLT, IF_ICMPGTなどの命令を用います。 単純にジャンプするだけのGOTOもあります。
また、ジャンプを使う場合は、ジャンプ先の命令の直前で、visitFrameによりstack map frameを明示する必要があります。
具体的にはフレーム(スタックとローカル変数のスロット)の中身を教えてやります。
JVMがクラスを素早く検証するためにJava6で導入され、Java7から必須になったようです。
ClassWriterのコンストラクタにClassWriter.COMPUTE_FRAMES
を指定すればASMが自動で算出してくれます。その場合はvisitFrameは不要です。
なおCOMPUTE_FRAMESを指定する場合はvisitMaxsも無視されるとのことです。 これはASMがフレームだけでなく、スタックやローカル変数も計算してくれるからなのですが、なぜかvisitMaxsは呼んでおかないとエラーが出ます。引数は適当な値でも動くように見えますが。
定番ですが、FizzBuzzを書いてみました。
package example; import org.objectweb.asm.ClassWriter; import org.objectweb.asm.Label; import org.objectweb.asm.MethodVisitor; import org.objectweb.asm.Opcodes; public class FizzBuzz implements Opcodes { private static byte[] generate(String className) { ClassWriter cw = new ClassWriter(ClassWriter.COMPUTE_FRAMES); MethodVisitor mv; cw.visit(V1_8, ACC_PUBLIC + ACC_SUPER, className, null, "java/lang/Object", null); // constructor mv = cw.visitMethod(ACC_PUBLIC, "<init>", "()V", null, null); mv.visitCode(); mv.visitVarInsn(ALOAD, 0); mv.visitMethodInsn(INVOKESPECIAL, "java/lang/Object", "<init>", "()V", false); mv.visitInsn(RETURN); mv.visitMaxs(1, 1); mv.visitEnd(); // main mv = cw.visitMethod(ACC_PUBLIC + ACC_STATIC, "main", "([Ljava/lang/String;)V", null, null); mv.visitCode(); Label loopBegin = new Label(); Label loopNext = new Label(); Label loopEnd = new Label(); Label fizzBranch = new Label(); Label buzzBranch = new Label(); Label elseBranch = new Label(); // i = 1 int _i = 1; mv.visitInsn(ICONST_1); mv.visitVarInsn(ISTORE, _i); // max = 100 int _max = 2; mv.visitIntInsn(BIPUSH, 100); mv.visitVarInsn(ISTORE, _max); // -- loopBegin -- mv.visitLabel(loopBegin); // j = i % 3 int _j = 3; mv.visitVarInsn(ILOAD, _i); mv.visitInsn(ICONST_3); mv.visitInsn(IREM); mv.visitVarInsn(ISTORE, _j); // k = i % 5 int _k = 4; mv.visitVarInsn(ILOAD, _i); mv.visitInsn(ICONST_5); mv.visitInsn(IREM); mv.visitVarInsn(ISTORE, _k); mv.visitFieldInsn(GETSTATIC, "java/lang/System", "out", "Ljava/io/PrintStream;"); // if j == 0 && k == 0 then print "FizzBuzz" mv.visitVarInsn(ILOAD, _j); mv.visitJumpInsn(IFNE, fizzBranch); mv.visitVarInsn(ILOAD, _k); mv.visitJumpInsn(IFNE, fizzBranch); mv.visitLdcInsn("FizzBuzz"); mv.visitMethodInsn(INVOKEVIRTUAL, "java/io/PrintStream", "println", "(Ljava/lang/String;)V", false); mv.visitJumpInsn(GOTO, loopNext); // if j == 0 then print "Fizz" mv.visitLabel(fizzBranch); mv.visitVarInsn(ILOAD, _j); mv.visitJumpInsn(IFNE, buzzBranch); mv.visitLdcInsn("Fizz"); mv.visitMethodInsn(INVOKEVIRTUAL, "java/io/PrintStream", "println", "(Ljava/lang/String;)V", false); mv.visitJumpInsn(GOTO, loopNext); // if k == 0 then print "Buzz" mv.visitLabel(buzzBranch); mv.visitVarInsn(ILOAD, _k); mv.visitJumpInsn(IFNE, elseBranch); mv.visitLdcInsn("Buzz"); mv.visitMethodInsn(INVOKEVIRTUAL, "java/io/PrintStream", "println", "(Ljava/lang/String;)V", false); mv.visitJumpInsn(GOTO, loopNext); // else print i mv.visitLabel(elseBranch); mv.visitVarInsn(ILOAD, _i); mv.visitMethodInsn(INVOKEVIRTUAL, "java/io/PrintStream", "println", "(I)V", false); // -- loopNext -- mv.visitLabel(loopNext); // i++ mv.visitIincInsn(_i, 1); // if i <= max then goto loopBegin mv.visitVarInsn(ILOAD, _i); mv.visitVarInsn(ILOAD, _max); mv.visitJumpInsn(IF_ICMPLE, loopBegin); // -- loopEnd -- mv.visitLabel(loopEnd); mv.visitInsn(RETURN); mv.visitMaxs(2, 5); mv.visitEnd(); cw.visitEnd(); return cw.toByteArray(); } public static void main(String... args) throws Exception { String className = "FizzBuzz"; byte[] bytes = generate(className); ExampleUtil.execMain(className, bytes); ExampleUtil.write(className, bytes); } }