Dalvik指令集.docx
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Dalvik指令集.docx
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Dalvik指令集
Dalvik指令集
1.指令特点
Dalvik指定在调用格式上模仿了C语言的调用约定。
Dalvik指令的语法与助词符有如下特点:
参数采用从目标(destination)到源(source)的方式。
根据字节码的大小与类型不同,一些字节码添加了名称后缀以消除岐义。
32位常规类型的字节码末添加任何后缀。
64位常规类型的字节码添加-wide后缀。
特殊类型的字节码根据具体类型添加后缀。
它们可以是-boolean,-byte,-char,-short,-int,-long,-float,-double,-object,-string,-class,-void之一。
根据字节码的布局与选项不同,一些字节码添加了字节码后缀以消除岐义。
这些后缀通过在字节码主名称后添加斜杠“/”来分隔开。
在指令集的描述中,宽度值中每个字母表示宽度为4位。
例如这条指令:
“move-wide/from16vAA,vBBBB”:
move为基础字节码(baseopcode),标识这是基本操作。
wide为名称后缀(namesuffix),标识指令操作的数据宽度(64位)。
from16为字节码后缀(opcodesuffix),标识源为一个16位的寄存器引用变量。
vAA为目的寄存器,它始终在源的前面,取值范围为v0~v255。
vBBBB为源寄存器,取值范围为v0~v65535。
Dalvik指令集中大多数指令用到了寄存器作为目的操作数或源操作数,其中A/B/C/D/E/F/G/H代表一个4位的数值,可用来表示0~15的数值或v0~v15的寄存器,而AA/BB/CC/DD/EE/FF/GG/HH代表一个8位的数值,可用来表示0~255的数值或v0~v255的寄存器,AAAA/BBBB/CCCC/DDDD/EEEE/FFFF/GGGG/HHHH代表一个16位的数值,可用来表示0~65535的数值或v0~v65535的寄存器。
注意:
Android官方指令文档描述寄存器时,对不同取值范围的寄存器以括号说明其大小,如A:
destinationregister(4bits),A:
destinationregister(16bits)。
请注意,Dalvik虚拟机中的每个寄存器都是32位的。
描述指令时所说的位数表示的是寄存器数值的取值范围。
2.空操作指令
空操作指令的助记符为nop。
它的值为00,通常nop指令被用来作对齐代码之用,无实际操作。
3.数据操作指令
数据操作指令为move。
move指令的原型为“movedestination,source”,move指令根据字节码的大小与类型不同,后面会跟上不同的后缀。
“movevA,vB”:
将vB寄存器的值赋给vA寄存器,源寄存器与目的寄存器都为4位。
“move/from16vAA,vBBBB”:
将vBBBB寄存器的值赋给vAA寄存器,源寄存器为16位,目的寄存器为8位。
“move/16vAAAA,vBBBB”:
将vBBBB寄存器的值赋给vAAAA寄存器,源寄存器与目的寄存器都为16位。
“move-widevA,vB”:
为4位的寄存器对赋值。
源寄存器与目的寄存器都为4位。
“move-wide/from16vAA,vBBBB”与“move-wide/16vAAAA,vBBBB”实现与“move-wide”相同。
“move-objectvA,vB”:
为对象赋值。
源寄存器与目的寄存器都为4位。
“move-object/from16vAA,vBBBB”:
为对象赋值。
源寄存器为16位,目的寄存器为8位。
“move-object/16vAA,vBBBB”:
为对象赋值。
源寄存器与目的寄存器都为16位。
“move-resultvAA”:
将上一个invoke类型指令操作的单字非对象结果赋给vAA寄存器。
“move-result-widevAA”:
将上一个invoke类型指令操作的双字非对象结果赋给vAA寄存器。
“move-result-objectvAA":
将上一个invoke类型指令操作的对象结果赋给vAA寄存器。
“move-exceptionvAA”:
保存一个运行时发生的异常到vAA寄存器,这条指令必须是异常发生时的异常处理器的一条指令。
否则的话,指令无效。
4.返回指令
返回指令指的是函数结尾时运行的最后一条指令。
它的基础字节码为teturn,共有以下四条返回指令:
"return-void":
表示函数从一个void方法返回。
“returnvAA”:
表示函数返回一个32位非对象类型的值,返回值寄存器为8位的寄存器vAA。
“return-widevAA”:
表示函数返回一个64位非对象类型的值,返回值为8位的寄存器对vAA。
“return-objectvAA”:
表示函数返回一个对象类型的值。
返回值为8位的寄存器vAA。
5.数据定义指令
数据定义指令用来定义程序中用到的常量,字符串,类等数据。
它的基础字节码为const。
“const/4vA,#+B”:
将数值符号扩展为32位后赋给寄存器vA。
“const/16vAA,#+BBBB”:
将数据符号扩展为32位后赋给寄存器vAA。
“constvAA,#+BBBBBBBB”:
将数值赋给寄存器vAA。
“const/high16vAA,#+BBBB0000“:
将数值右边零扩展为32位后赋给寄存器vAA。
“const-wide/16vAA,#+BBBB”:
将数值符号扩展为64位后赋给寄存器对vAA。
“const-wide/32vAA,#+BBBBBBBB”:
将数值符号扩展为64位后赋给寄存器对vAA。
“const-widevAA,#+BBBBBBBBBBBBBBBB”:
将数值赋给寄存器对vAA。
“const-wide/high16vAA,#+BBBB000000000000”:
将数值右边零扩展为64位后赋给寄存器对vAA。
“const-stringvAA,string@BBBB”:
通过字符串索引构造一个字符串并赋给寄存器vAA。
“const-string/jumbovAA,string@BBBBBBBB”:
通过字符串索引(较大)构造一个字符串并赋给寄存器vAA。
“const-classvAA,type@BBBB”:
通过类型索引获取一个类引用并赋给寄存器vAA。
“const-class/jumbovAAAA,type@BBBBBBBB”:
通过给定的类型索引获取一个类引用并赋给寄存器vAAAA。
这条指令占用两个字节,值为0xooff(Android4.0中新增的指令)。
6.锁指令
锁指令多用在多线程程序中对同一对象的操作。
Dalvik指令集中有两条锁指令:
"monitor-entervAA":
为指定的对象获取锁。
“monitor-exitvAA”:
释放指定的对象的锁。
7.实例操作指令
与实例相关的操作包括实例的类型转换,检查及新建等:
“check-castvAA,type@BBBB”:
将vAA寄存器中的对象引用转换成指定的类型,如果失败会抛出ClassCastException异常。
如果类型B指定的是基本类型,对于非基本类型的A来说,运行时始终会失败。
“instance-ofvA,vB,type@CCCC”:
判断vB寄存器中的对象引用是否可以转换成指定的类型,如果可以vA寄存器赋值为1,否则vA寄存器赋值为0。
“new-instancevAA,type@BBBB”:
构造一个指定类型对象的新实例,并将对象引用赋值给vAA寄存器,类型符type指定的类型不能是数组类。
“check-cast/jumbovAAAA,type@BBBBBBBB”:
指令功能与“check-castvAA,type@BBBB”相同,只是寄存器值与指令的索引取值范围更大(Android4.0中新增的指令)。
“instance-of/jumbovAAAA,vBBBB,type@CCCCCCCC”:
指令功能与“instance-ofvA,vB,type@CCCC”相同,只是寄存器值与指令的索引取值范围更大(Android4.0中新增的指令)。
“new-instance/jumbovAAAA,type@BBBBBBBB”:
指令功能与“new-instancevAA,type@BBBB”相同,只是寄存器值与指令的索引取值范围更大(Android4.0中新增的指令)。
8.数组操作指令
数组操作包括获取数组长度,新建数组,数组赋值,数组元素取值与赋值等操作。
“array-lengthvA,vB”:
获取给定vB寄存器中数组的长度并将值赋给vA寄存器,数组长度指的是数组的条目个数。
“new-arrayvA,vB,type@CCCC”:
构造指定类型(type@CCCC)与大小(vB)的数组,并将值赋给vA寄存器。
“filled-new-array{vC,vD,vE,vF,vG},type@BBBB”构造指定类型(type@BBBB)与大小(vA)的数组并填充数组内容。
vA寄存器是隐含使用的,除了指定数组的大小外还指定了参数的个数,vC~vG是使用到的参数寄存序列。
“filled-new-array/range{vCCCC..vNNNN},type@BBBB”指令功能与“filled-new-array{vC,vD,vE,vF,vG},type@BBBB”相同,只是参数寄存器使用range字节码后缀指定了取值范围,vC是第一个参数寄存器,N=A+C-1。
"fill-array-datavAA,+BBBBBBBB"用指定的数据来填充数组,vAA寄存器为数组引用,引用必须为基础类型的数组,在指令后面会紧跟一个数据表。
"new-array/jumbovAAAA,vBBBB,type@CCCCCCCC"指令功能与“new-arrayvA,vB,type@CCCC”相同,只是寄存器值与指令的索引取值范围更大(Android4.0中新增的指令)。
"filled-new-array/jumbo{vCCCC..vNNNN},type@BBBBBBBB"指令功能与“filled-new-array/range{vCCCC..vNNNN},type@BBBB”相同,只是索引取值范围更大(Android4.0中新增的指令)。
"arrayopvAA,vBB,vCC"对vBB寄存器指定的数组元素进入取值与赋值。
vCC寄存器指定数组元素索引,vAA寄存器用来存放读取的或需要设置的数组元素的值。
读取元素使用aget类指令,元素赋值使用aput类指定,根据数组中存储的类型指令后面会紧跟不同的指令后缀,指令列表有aget,aget-wide,aget-object,aget-boolean,aget-byte,aget-char,aget-short,aput,aput-wide,aput-object,aput-boolean,aput-byte,aput-char,aput-short。
9.异常指令
Dalvik指令集中有一条指令用来抛出异常。
“throwvAA”抛出vAA寄存器中指定类型的异常。
10.跳转指令
跳转指令用于从当前地址跳转到指定的偏移处。
Dalvik指令集中有三种跳转指令:
无条件跳转(goto),分支跳转(switch)与条件跳转(if)。
“goto+AA”:
无条件跳转到指定偏移处,偏移量AA不能为0。
“goto/16+AAAA”:
无条件跳转到指定偏移处,偏量AAAA不能为0。
“goto/32+AAAAAAAA”:
无条件跳转到指定偏移处。
“packed-switchvAA,+BBBBBBBB”:
分支跳转指令。
vAA寄存器为switch分支中需要判断的值,BBBBBBBB指向一个packed-switch-payload格式的偏移表,表中的值是有规律递增的。
“sparse-switchvAA,+BBBBBBBB”:
分支跳转指令。
vAA寄存器为switch分支中需要判断的值,BBBBBBBB指向一个sparse-switch-payload格式的偏移表,表中的值是无规律的偏移量。
“if-testvA,vB,+CCCC”:
条件跳转指令。
比较vA寄存器与vB寄存器的值,如果比较结果满足就跳转到CCCC指定的偏移处。
偏移量CCCC不能为0。
if-test类型的指令有以下几条:
“if-eq”:
如果vA等于vB则跳转。
Java语法表示为“if(vA==vB)”
"if-ne":
如果vA不等于vB则跳转。
Java语法表示为“if(vA!
=vB)”
“if-lt”:
如果vA小于vB则跳转。
Java语法表示为“if(vA<vB)”
“if-ge”:
如果vA大于等于vB则跳转。
Java语法表示为“if(vA>=vB)”
“if-gt”:
如果vA大于vB则跳转。
Java语法表示为“if(vA>vB)”
“if-le”:
如果vA小于等于vB则跳转。
Java语法表示为“if(vA<=vB)”
“if-testzvAA,+BBBB”:
条件跳转指令。
拿vAA寄存器与0比较,如果比较结果满足或值为0时就跳转到BBBB指定的偏移处。
偏移量BBBB不能为0。
if-testz类型的指令有以下几条:
“if-eqz”:
如果vAA为0则跳转。
Java语法表示为“if(vAA==0)”
"if-nez":
如果vAA不为0则跳转。
Java语法表示为“if(vAA!
=0)”
"if-ltz":
如果vAA小于0则跳转。
Java语法表示为“if(vAA<0)”
“if-gez”:
如果vAA大于等于0则跳转。
Java语法表示为“if(vAA>=0)”
“if-gtz”:
如果vAA大于0则跳转。
Java语法表示为“if(vAA>0)”
“if-lez”:
如果vAA小于等于0则跳转。
Java语法表示为“if(vAA<=0)”
11.比较指令
比较指令用于对两个寄存器的值(浮点型或长整型)进行比较。
它的格式为“cmpkindvAA,vBB,vCC”,其中vBB寄存器与vCC寄存器是需要比较的两个寄存器或寄存器对,比较的结果放到vAA寄存器。
Dalvik指令集中共有5条比较指令:
“cmpl-float”:
比较两个单精度浮点数。
如果vBB寄存器大于vCC寄存器,结果为-1,相等则结果为0,小于的话结果为1
“cmpg-float”:
比较两个单精度浮点数。
如果vBB寄存器大于vCC寄存器,则结果为1,相等则结果为0,小于的话结果为-1
“cmpl-double”:
比较两个双精度浮点数。
如果vBB寄存器对大于vCC寄存器对,则结果为-1,相等则结果为0,小于则结果为1
“cmpg-double”:
比较两个双精度浮点数。
如果vBB寄存器对大于vCC寄存器对,则结果为1,相等则结果为0,小于的话,则结果为-1
“cmp-long”:
比较两个长整型数。
如果vBB寄存器大于vCC寄存器,则结果为1,相等则结果为0,小则结果为-1
12.字段操作指令
字段操作指令用来对对象实例的字段进入读写操作。
字段的类型可以是Java中有效的数据类型。
对普通字段与静态字段操作有两种指令集,分别是“iinstanceopvA,vB,fidld@CCCC”与“sstaticopvAA,field@BBBB”。
普通字段指令的指令前缀为i,如对普通字段读操作使用iget指令,写操作使用iput指令;静态字段的指令前缀为s,如对静态字段读操作使用sget指令,写操作使用sput指令。
根据访问的字段类型不同,字段操作指令后面会紧跟字段类型的后缀,如iget-byte指令表示读取实例字段的值类型为字节类型,iput-short指令表示设置实例字段的值类型为短整型。
两类指令操作结果都是一样,只是指令前缀与操作的字段类型不同。
普通字段操作指令有:
iget,iget-wide,iget-object,iget-boolean,iget-byte,iget-char,iget-short,iput,iput-wide,iput-object,iput-boolean,iput-byte,iput-char,iput-short。
静态字段操作指令有:
sget,sget-wide,sget-object,sget-boolean,sget-byte,sget-char,sget-short,sput,sput-wide,sput-object,sput-boolean,sput-byte,sput-char,sput-short。
在Android4.0系统中,Dalvik指令集中增加了“iinstanceop/jumbovAAAA,vBBBB,field@CCCCCCCC”与"sstaticop/jumbovAAAA,field@BBBBBBBB"两类指令,它们与上面介绍的两类指令作用相同,只是在指令中增加了jumbo字节码后缀,且寄存器值与指令的索引取值范围更大。
13.方法调用指令
方法调用指令负责调用类实例的方法。
它的基础指令为invoke,方法调用指令有“invoke-kind{vC,vD,vE,vF,vG},meth@BBBB”与“invoke-kind/range{vCCCC..vNNNN},meth@BBBB”两类,两类指令在作用上并无不同,只是后者在设置参数寄存器时使用了range来指定寄存器的范围。
根据方法类型的不同,共有如下五条方法调用指令:
“invoke-virtual”或“invoke-virtual/range”调用实例的虚方法。
“invoke-super”或"invoke-super/range"调用实例的父类方法。
“invoke-direct”或“invoke-direct/range”调用实例的直接方法。
“invoke-static”或“invoke-static/range”调用实例的静态方法。
“invoke-interface”或“invoke-interface/range”调用实例的接口方法。
在Android4.0系统中,Dalvik指令集中增加了“invoke-kind/jumbo{vCCCC..vNNNN},meth@BBBBBBBB”这类指令,它与上面介绍的两类指令作用相同,只是在指令中增加了jumbo字节码后缀,且寄存器值与指令的索引取值范围更大。
方法调用指令的返回值必须使用move-result*指令来获取。
如下面两条指令:
invoke-static{},Landroid/os/Parcel;->obtain()Landroid/os/Parcel;
move-result-objectv0
14.数据转换指令
数据转换指令用于将一种类型的数值转换成另一种类型。
它的格式为“unopvA,vB”,vB寄存器或vB寄存器对存放需要转换的数据,转换后的结果保存在vA寄存器或vA寄存器对中。
“neg-int”:
对整型数求补。
“not-int”:
对整型数求反。
“neg-long”:
对长整型数求补。
“not-long”:
对长整型数求反。
“neg-float”:
对单精度浮点型数求补。
“neg-double”:
对双精度浮点型数求补。
“int-to-long”:
将整型数转换为长整型。
“int-to-float”:
将整型数转换为单精度浮点型数。
“int-to-dobule”:
将整型数转换为双精度浮点数。
“long-to-int”:
将长整型数转换为整型。
“long-to-float”:
将长整型数转换为单精度浮点型。
“long-to-double”:
将长整型数转换为双精度浮点型。
“float-to-int”:
将单精度浮点数转换为整型。
“float-to-long”:
将单精度浮点数转换为长整型数。
“float-to-double”:
将单精度浮点数转换为双精度浮点型数。
“double-to-int”:
将双精度浮点数转换为整型。
“double-to-long”:
将双精度浮点数转换为长整型。
“double-to-float”:
将双精度浮点数转换为单精度浮点型。
“int-to-byte”:
将整型转换为字节型。
“int-to-char”:
将整型转换为字符型。
“int-to-short”:
将整型转换为短整型。
15.数据运行指令
数据运算指令包括算术运算指令与逻辑运算指令。
算术运算指令主要进行数值间如加,减,乘,除,模,移位等运算。
逻辑运算指令主要进行数值间与,或,非,抑或等运算。
数据运算指令有如下四类(数据运算时可能是在寄存器或寄存器对间进行,下面的指令作用讲解时使用寄存器来描述):
“binopvAA,vBB,vCC”:
将vBB寄存器与vCC寄存器进行运算,结果保存到vAA寄存器。
“binop/2addrvA,vB”:
将vA寄存器与vB寄存器进行运算,结果保存到vA寄存器。
“binop/lit16vA,vB,#+CCCC”:
将vB寄存器与常量CCCC进行运算,结果保存到vA寄存器。
“binop/lit8vAA,vBB,#+CC”:
将vBB寄存器与常量CC进行运算,结果保存到vAA寄存器。
后面3类指令比第1类指令分别多出了2addr,lit16,lit8等指令后缀。
四类指令中基础字节码相同的指令执行的运算操作是类似的,第1类指令中,根据数据的类型不同会在基础字节码后面加上数据类型后缀,如-int或-long分别表示操作的数据类型为整型与长整型。
第1类指令可归类如下:
“add-type”:
vBB寄存器与vCC寄存器值进行加法运算(vBB+vCC)
"sub-type":
vBB寄存器与vCC寄存器值进行减法运算(vBB-vCC)
"mul-type":
vBB寄存器与vCC寄存器值进行乘法运算(vBB*vCC)
"div-type":
vBB寄存器与vCC寄存器值进行除法运算(vBB/vCC)
"rem-type":
vBB寄存器与vCC寄存器值进行模运算(vBB%vCC)
"and-type":
vBB寄存器与vCC寄存器值进行与运算(vBB&vCC)
"or-type":
vBB寄存器与vCC寄存器值进行或运算(vBB|vCC)
"xor-type":
vBB寄存器与vCC寄存器值进行异或运算(vBB^vCC)
"shl-type":
vBB寄存器值(有符号数)左移vCC位(vBB<<vCC)
"shr-type":
vBB寄存器值(有符号)右移vCC位(vBB>>vCC)
"ushr-type":
vBB寄存器值(无符号数)右移vCC位(vBB>>>vCC)
其中基础字节码后面的-type可以是-int,-long,-float,-double。
后面3类指令与之类似。
至此,Dalvik虚拟机支持的所有指令就介绍完了。
在android4.0系统以前,每个指令的字节码只占用一个字节,范围是0x0~0x0ff。
在android4.0系统中,又扩充了一部分指令,这些指令被称为扩展指令,主要是在指令助记
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