你的解釋不是我想要的

“同學們好，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。”

“Java安裝、編輯器安裝、以及執行起hello world程式碼，我已經在課前預習郵件裡，告訴大家要怎麼做了，不知道大家完成的怎麼樣？”

“老師，您的郵件裡就一句話，‘請自行Google’ ...”

“沒錯。”

其實我內心OS是：如果臺下大部分學生，都完成不了預習任務，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下去，我們姑且假設大部分學生都完成了預習任務吧。

“嗯，同學們很出色，下面再來一起看看這兩段Hello World程式碼”

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);
    }
}

“相信大家也都知道執行結果了，第一段程式碼是0，第二段程式碼是1。好，我們的第一堂課就是這樣，大家還有什麼疑問嗎？”

大概過了半分鐘，臺下有個同學問道，“老師，我想知道為什麼？為什麼只是換了下順序，結果就不一樣了？”

這是我期待已久的問題，對，就是簡簡單單三個字，“為什麼”

旁邊一同學，說道，“這個我知道。i =i++，會先賦值，再加一，所以結果是0，而i = ++i，會先把i加一，然後再賦值，所以結果是1”

全場感嘆，都向那位同學投以敬佩的目光，畢竟他的理論足以解釋現象。

唯有剛剛提問的同學，說了一句，“你的解釋不是我想要的......”

翻譯官

這堂Java第一課的高潮終於到來了，我很激動。

剛剛這位同學的解釋，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。

你寫的程式碼，是高階語言，是給人看的，機器可看不懂。

所以在你寫的程式碼，到機器開始執行中間，肯定有一個翻譯的過程。

Java中，這個翻譯的動作，是由JVM，Java虛擬機器來完成。

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

那麼Java是如何實現跨平臺的呢？簡單說，靠的就是JVM這個翻譯官。

你寫好的程式碼，會被編譯成一個.class檔案，也就是Java位元組碼檔案，這裡面記錄的是一系列要在JVM執行的指令。

接著，你拿著這份位元組碼指令，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於平臺的機器指令。這就實現了跨平臺、

Java位元組碼是國際通用語言（英語），JVM是翻譯官。

反彙編

回到我們的問題，++i和i++為什麼會不一樣呢？

這就要看這兩行高階語言程式碼，轉成位元組碼指令之後是什麼樣子了。

先來看看HelloWorld-1。首先使用javac把你寫的高階語言，也就是java檔案，編譯成位元組碼檔案。我已經把原始碼中的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，出現了一個HelloWorld.class檔案。

class檔案裡面都是二進位制的資料。為什麼是二進位制？因為這些都是告訴JVM要做什麼事情的指令，而機器只看得懂0101之類的二進位制。

所以，我們需要對這個二進位制資料，進行反彙編，把它變成人類看得懂的語言，來看看這些二進位制資料都在說些什麼，這裡我們用到javap：

javap -c HelloWorld.class

命令執行後，控制檯列印出一系列的位元組碼指令，其中main函式的位元組碼指令如下：

  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，主要涉及到兩個資料結構，一個是運算元棧（operand stack），另一個是區域性變數表（local variable）。前者是棧，後者是陣列。

那麼這些指令都是什麼意思？

不急，下面圖文並茂，給你解釋。

棧和陣列的故事

1、iconst_0
把一個值為0的int值，壓到運算元棧中。

2、istore_1
從運算元棧中彈出一個值，存放到區域性變數表index為1的位置（為什麼不是0，思考題）

pop之前：

pop之後：

以上兩條指令對應的是第一行程式碼 int i = 0：

它實現了給i賦值，並且把i放到區域性變數表的功能。

下面再來看看 i = i++ 對應的指令。

3、iload_1
把區域性變數表中，index=1位置的值，壓到運算元棧中。

4、iinc 1, 1
對區域性變數表index=1位置的值，進行加1操作。

iinc指令包含兩個引數：

• 第一個是index，代表要操作是區域性變數表哪個位置的值；
• 第二個是const，代表要加多少；

現在區域性變數表裡的i其實是等於1的，可是為什麼最後列印出來還是0呢？

問題出在最後一條指令。

5、istore_1
從運算元棧中彈出一個值，將它賦值給區域性變數表中，index為1位置上的值。

pop之前：

pop之後：

完蛋，這下i又變成0了。

至於 i = ++i為什麼最後是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在後，所以最後結果是1.

上面這些指令的含義，不需要刻意去記，有JVM規範可以檢視：The Java Virtual Machine Instruction Set

這堂課提到的運算元棧和區域性變數表，只是JVM執行時資料區域中，很小的一塊，完整的模型圖是這樣：

運算元棧和區域性變數表，位於圖中的JVM Stack中，也就是我們常說的虛擬機器棧。

End

這堂課的重點，並不在於跟大家解釋i++和++i的區別，而是要給大家引入一個Java中十分重要的觀察角度——JVM.

你寫的程式碼，只是表象，程式不一定按照表象去執行。

萬一發現很奇怪的現象了，莫慌，別忘了中間還有個JVM在作祟。

......

忽然，鬧鐘響了。

“傻蛋，怎麼老是做這個夢。你早就因為開不了課被大學辭退了。”

起床，刷牙洗臉，上班。

今天又會有什麼好玩的需求？

參考

• The Java Virtual Machine Instruction Set
• 《文學回憶錄》