Byte Code in Java

 

位元碼(Byte Code)

位元碼可以定義為編譯器在編譯源代碼(Java 程式)後生成的中間碼。


位元碼是如何生成的?

Compiler(編譯器)將源代碼或 Java 程式轉換為位元碼(或機器碼),然後解譯器在系統上執行位元碼。解譯器也可以稱為 Java 虛擬機(JVM)。位元碼是編譯器(生成位元碼)和解譯器(執行位元碼)之間的共同部分。


例如

假設您正在撰寫您的第一個 Java 程式。


/*package whatever */

import java.io.*;

  

class GFG {

    public static void main (String[] args) {

        System.out.println("GFG!");

    }

}

輸出

GFG!

上述的程式碼被稱為 Java source code (源代碼)。

編譯器編譯源代碼。

最後,解譯器執行已編譯的源代碼。

無論我們寫任何程式,它都不是以機器碼編寫的。我們使用高階語言如 Java、C++、Python 等來撰寫程式。但是,電腦只能理解機器碼。因此,當我們執行程式時,它首先由編譯器轉換為機器碼或位元碼,然後由解譯器執行。


這個中間碼或位元碼可以在任何平台上運行,使得 Java 成為一種平台無關的語言。






Java stack, heap

在 Java 中,Stack(堆疊)和 Heap(堆)是兩個不同的記憶體區域,用於存儲程式執行時的不同類型資料。


Stack(堆疊):

1. Stack 是一個有限的區域,用於存儲方法的執行上下文和本地變數。

2. 每個執行緒在運行時都有自己的 Stack。

3. Stack 中的資料是按照 Last-In-First-Out(後進先出)的順序操作的。

4. 堆疊的記憶體管理由 JVM 自動處理,不需要開發人員手動釋放記憶體。

5. 在方法調用時,方法的參數、局部變數和方法返回地址等資訊都存儲在 Stack 中。

6. 方法的堆疊框架(Stack Frame)被創建和銷毀,以支援方法的執行。

ps:方法返回地址是指當一個方法執行完畢後,程式需要知道要返回到哪個位置繼續執行。在方法調用期間,當遇到一個方法呼叫,程式會將該方法的返回地址(也稱為返回位址或返回目標)存儲在堆疊中。

例如以下程式碼
public class ReturnAddressExample { public static void main(String[] args) { int result = methodA(5, 7); System.out.println("Result: " + result); } public static int methodA(int a, int b) { int sum = a + b; int product = methodB(a, b); return sum + product; } public static int methodB(int x, int y) { int difference = x - y; return difference; } }


Heap(堆):

1. Heap 是一個動態分配的區域,用於存儲物件和數據結構。

2. 所有執行緒共享同一個 Heap,用於動態分配物件的記憶體。

3. Heap 中的資料可以隨時進行存取和操作。

4. 堆的記憶體管理由 Java 的垃圾回收器(Garbage Collector)負責,自動回收不再被使用的物件。

5. 在 Heap 中創建的物件具有較長的生命周期,直到不再被引用時才會被垃圾回收。

6. Java 物件、陣列和類的實例等都存儲在 Heap 中。


簡而言之,Stack 主要用於方法的執行上下文和本地變數,具有有限的大小,按照後進先出的順序操作。而 Heap 則用於動態分配物件的記憶體,具有較長的生命周期並由垃圾回收器進行管理。



Java 的 Stack 和 Heap 與作業系統的 Stack 和 Heap 一樣嗎?

Java 的 Stack 和 Heap 與作業系統的 Stack 和 Heap 在概念和用途上有些相似,但實際上存在一些重要的差異。


Stack(堆疊)的比較:

1. 概念上的相似性:Java 的 Stack 和作業系統的 Stack 都是後進先出(LIFO)的資料結構,用於存儲方法的執行上下文和本地變數等。

2. 差異點:

   - Java 的 Stack 是 JVM 在運行時用於管理方法調用和返回的記憶體區域,每個執行緒都有自己的 Stack。作業系統的 Stack 是作業系統提供的記憶體區域,用於處理函數呼叫、區域變數和返回地址等。

   - Java 的 Stack 是由 JVM 自動管理的,開發人員不需要直接操作或釋放記憶體。作業系統的 Stack 則是由作業系統管理的全域性的資源。


Heap(堆)的比較:

1. 概念上的相似性:Java 的 Heap 和作業系統的 Heap 都是用於動態分配和管理物件的記憶體區域。

2. 差異點:

   - Java 的 Heap 是 JVM 在運行時用於存儲物件和數據結構的記憶體區域,所有執行緒共享同一個 Heap。作業系統的 Heap 是作業系統提供的記憶體區域,用於存儲程序運行時的數據和動態分配的記憶體。

   - Java 的 Heap 是由 JVM 的垃圾回收器(Garbage Collector)自動管理的,負責回收不再被使用的物件。作業系統的 Heap 則是由作業系統管理的,負責分配和回收記憶體。


總結來說,Java 的 Stack 和 Heap 與作業系統的 Stack 和 Heap 在概念上有些相似,但在實際實現、管理和用途上存在重要的差異。Java 的 Stack 和 Heap 是 JVM 內部實現的記憶體區域,用於方法的執行和物件的動態分配,由 JVM 自動管理。作業系統的 Stack 和 Heap 則是作業系統提供的全域性記憶體區域,用於處理函數


呼叫、分配記憶體和管理程序的運行。


封裝,繼承,多型

 當談到物件導向程式設計中的封裝、繼承和多型時,可以使用現實生活中的動物類別作為例子來解釋。


1. 封裝(Encapsulation):

封裝是指將資料(屬性)和方法(行為)封裝在一個物件中,只對外部提供必要的接口以便存取和使用。舉例來說,假設我們有一個動物類別,稱為Animal。Animal類別中包含屬性(例如名字、年齡)和方法(例如發出聲音)。這些屬性和方法被封裝在Animal物件中,只有通過公開的介面(例如方法)才能存取和操作。


public class Animal { private String name; private int age; public Animal(String name, int age) { this.name = name; this.age = age; } public void makeSound() { // 實作聲音的方法 } }


2. 繼承(Inheritance):

繼承是指一個類別(稱為子類別)繼承另一個類別(稱為父類別)的屬性和方法。子類別可以繼承父類別的特性,同時可以添加新的屬性和方法,或者修改父類別的方法。舉例來說,我們可以建立一個Dog類別,它繼承Animal類別的屬性和方法,同時可以定義自己的特殊屬性(例如品種)和方法(例如尾巴搖動)。


public class Dog extends Animal { private String breed; public Dog(String name, int age, String breed) { super(name, age); this.breed = breed; } public void wagTail() { System.out.println(name + " is wagging its tail."); } @Override public void makeSound() { System.out.println(name + " says: Woof!"); } }


3. 多型(Polymorphism):

多型是指相同的方法名稱可以在不同的類別中具有不同的實現方式。這允許使用相同的介面來調用不同類別的方法,提供了更大的彈性。舉例來說,除了Dog類別,我們也可以建立一個Cat類別,它同樣繼承自Animal類別。雖然Dog和Cat都有make_sound方法,但它們的具體實現方式是不同的。


public class Cat extends Animal { public Cat(String name, int age) { super(name, age); } @Override public void makeSound() { System.out.println(name + " says: Meow!"); } }


現在,我們可以創建


不同的動物物件並調用它們的方法:


Animal dog = new Dog("Buddy", 3, "Labrador"); Animal cat = new Cat("Whiskers", 5); dog.makeSound(); // 輸出: Buddy says: Woof! cat.makeSound(); // 輸出: Whiskers says: Meow! ((Dog) dog).wagTail(); // 輸出: Buddy is wagging its tail.


這個例子展示了封裝、繼承和多型的概念在物件導向程式設計中的應用。封裝將屬性和方法封裝在物件中,繼承允許子類別繼承父類別的特性,並添加新的特性,而多型則使得不同的物件可以使用相同的介面來調用方法,但具體的實現方式可能不同。