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java字节码角度图解 i++ 和 ++i

从本科时期学C语言的时候，我们就被教导：

++i 是先自增，后赋值
i++ 是先赋值，后自增

最近在看jvm虚拟机和java并发编程，希望从字节码的角度来进行介绍。

其实这个细节写的人已经不少了，但本人还是想稍微综合一下，更通俗、更直观地进行描述。

阅读本文需要对Java 虚拟机（Java Virtual Machine，JVM）有一定的了解，至少需要了解 字节码指令(bytecode instruction) 的含义以及 方法在JVM虚拟机栈（JVM Stack）的执行过程 。具体可以参阅《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践》。

浏览下文之后，你将会理解（而不是背诵）下列代码的运行结果：

代码片段摘自于 java中i++ 和 ++i的区别

int a = 0;
for(int i = 0; i < 99; i++){
    a = a++;
}
System.out.println(a); // 输出0

int b = 0;
for (int i = 0; i < 99; i++) {
    b = ++ b;
}
System.out.println(b); // 输出99

int a = 0;
int b = 0;
for (int i = 0; i < 99; i++) {
	a = a++;
	b = a++;
}
System.out.println(a); // 输出99
System.out.println(b); // 输出98

字节码和虚拟机

java中的字节码指令就相当于c/c++中的机器码。

开发者编写源文件(*.java)，通过javac命令将源文件编译为可被JVM所能理解的class文件，其中包含了该类的常量，接口，字段，方法等信息。

对于每一个方法，其包含了行号表(LineNumber Table)，局部变量表(LocalVariable Table)，字节码，异常表(Exception Table)等信息。

使用JDK下的 javap 命令或者 jclasslib bytecode viewer 软件可以查看字节码信息。

每一个方法都由若干字节码指令组成，指令会对当前方法的局部变量（Local Variables）和操作数栈（Operand Stack）产生影响。注意，一个方法体内仅维护一个局部变量表和操作数栈；操作数栈保存了当前的变量的值，其中的元素仅通过入栈（push）和出栈(pop)两种操作进行。

具体的指令含义，可参阅Oracle官方的JVM 规范中有关指令的说明 Chapter 6. The Java Virtual Machine Instruction Set

指令名称	操作数栈的变化	描述
`iconst_<i>`	`i` 入栈	把整数 `i` 放入栈中
`istore_<i>`	顶部元素出栈(pop)	将栈顶的整数弹出，并且赋值给局部变量表中的index为 `i` 的元素
`iload_<n>`	局部变量表的中元素入栈(push)	将局部变量表中index为 `n` 的元素放入栈中
`iinc i by n`	>无变化	对局部变量表中index为 `i` 的元素加上 `n`
`iadd`	栈顶弹出两个元素，并返回一个元素(pop, pop, push)	从栈顶连续弹出两个元素，将其相加后的结果放回栈中
`getstatic<i>`	将符号引用 `i` 放入栈中	将符号引用 `i` 放入栈中
`invokevirtual<n>`	…, objectiveref, [arg1, [arg2…]] -> … (pop, pop, pop ,…)	调用栈中对象objectiveref的方法n，并以arg1, arg2为该方法的参数

此处需要重点注意的是， iinc 自增指令直接对局部变量表的元素进行累加，而不是在栈中。

如果不了解指令集的读者可能还云里雾里的，没关系，接下来将会用图解的方法进行介绍。

单独的i++与++i运算

如果仅有 i++ 或 ++i ，如：

int i = 0;
i++;

int i = 0;
++i;

其字节码指令是相同的，均为：

0 iconst_0
1 istore_1
2 iinc 1 by 1
5 return

java字节码角度图解 i++ 和 ++i

该图描述了上述代码的字节码执行机制：第0行为向操作数栈顶添加0；第1行为将栈顶的元素存至局部变量表的index为1处的地方，也就是 i ；第2行为自增操作，注意此处没有栈的操作，在局部变量表直接将index为1的变量加1；第5行为return语句，无返回值。

通过上述的介绍，读者可能大概了解到了字节码的执行原理，注意的是此处不管是 i++ 还是 ++i ，其字节码都是一样的。就好像我们在写 for(int i = 0; i<len; i++/++i) 都可以

i++和++i出现赋值的情况

我们来看一下出现 i++ 赋值的情况：

int i = 0;
i = i++; 
System.out.println(i); // i = 0

如何去理解自己赋值的时候 i 最后还是等于0呢？其字节码如下所示(不包含print输出语句)：

0 iconst_0
1 istore_1
2 iload_1
3 iinc 1 by 1
6 istore_1
7 return

java字节码角度图解 i++ 和 ++i

由字节码指令可以看出，当 i++; 变为 i=i++; 后，第2行通过 load 命令先将 i 的值拷贝至栈顶，然后在第3行对 i 进行自增，但此时自增在局部变量表中执行 0->1 ，但是在栈中的值不变；之后在第6行上，再次将栈顶的值赋给了局部变量表中index为1，也就是赋给变量 i ，因此 i 仍然为0。

这样的结果仍然于 i++ 的先赋值，后自增不冲突。 i 先复制了一份值在栈顶，自增，只不过再把栈顶赋值给左端项 i 正好还是自己。

接下来看一下 ++i 赋值的情况：

int i = 0;
i = ++i;
System.out.println(i); // i = 1

其字节码如下所示(不包含print输出语句)：

0 iconst_0
1 istore_1
2 iinc 1 by 1
5 iload_1
6 istore_1
7 return

java字节码角度图解 i++ 和 ++i

由字节码可以看出，在 i=++i 中，第2行为自增后，局部变量表中 i 变为1，之后第5行才从变量表中将i加载出来，第6行再赋值回去。与此同时， i=++i; 这行语句还会提示“The assignment to variable i has no effect”的信息，意为这样的赋值是没有意义的，正如字节码解释，我们把 i 的值加载出来，又赋值回去。

由以上对比可知，在赋值的情况下：

i++ 是先加载原值到栈中，自增变量表，再把栈中的值赋给相应变量；

++i 是先自增变量表，加载其到栈中，再把栈中的值赋给相应变量。

其他情况举例

例1(选自用java字节码解释i++和++i ）：

int i = 0;
int j = 0;
j = i++ + i++;
System.out.println(j); //输出j=1
System.out.println(i); //输出i=2

为什么j=1， i=2呢？字节码解释为：

0 iconst_0
 1 istore_1
 2 iconst_0
 3 istore_2
 4 iload_1
 5 iinc 1 by 1
 8 iload_1
 9 iinc 1 by 1
12 iadd
13 istore_2
14 return

java字节码角度图解 i++ 和 ++i

由字节码可知，第0-3行为初始化 i 和 j 的值，每次计算 i++ 时，都是先把 i 的旧值加载到栈中，然后 i 自增。第1次 i++ 时，栈中的 i=0 ，局部变量表为 i=1 ；第2次 i++ 时，栈中载入的就是自增后的 i ,即1，之后 i 在变量表中再次自增，此时 i=2 。最后要计算 i++ + i++ 的值，因此 iadd 指令将栈中两个元素连续弹出相加得1，再将其返回值栈顶，最后 istore 指令将该值赋给 j ,运算结束。因此，我们最终得到了 i=2,j=0+1=1 的结果。

例2：

int i = 0;
int j = 0;
j = i++ + i++ + i++;

字节码文件如下：

0 iconst_0
 1 istore_1
 2 iconst_0
 3 istore_2
 4 iload_1
 5 iinc 1 by 1
 8 iload_1
 9 iinc 1 by 1
12 iadd
13 iload_1
14 iinc 1 by 1
17 iadd
18 istore_2
19 return

该运算结果为 i=3,j=3 。

根据前一案例可以推导出： i++计算了3次，因此 i=3 ; j=0 + 1 + 2 =3

例3：从JVM角度看i++ 与++i

int i = 0;
i = i++ + ++i; //i最终为2

字节码为：

0 iconst_0
 1 istore_1
 2 iload_1
 3 iinc 1 by 1
 6 iinc 1 by 1
 9 iload_1
10 iadd
11 istore_1
12 return

java字节码角度图解 i++ 和 ++i

具体执行流程我就不写了，相信大家看图肯定能理解的。

小结

开头的例子我也略过去了，大家如果仔细推到的话，肯定也能推出来的。

以前总觉得讨论 i++ 或者 ++i 等一些考题就好像“茴”的几种写法一样无聊，但直到看开Java虚拟机和并发之后，才真的明白了为什么 i++ 操作不具备原子性，就是因为其在指令码中并不是一条指令，而是具有读取，增加，赋值三种操作的。

原文 https://www.maiyewang.com/archives/91937

正文到此结束

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java字节码角度图解 i++ 和 ++i

字节码和虚拟机

单独的i++与++i运算

i++和++i出现赋值的情况

由以上对比可知，在赋值的情况下：

其他情况举例

例2：

小结

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