8.1 介绍

代码分析是一个很大的主题，存在许多代码分析算法。我们不可能在这里介绍所有这些算法，也超出了本文档的范围。事实上，这一节的目的只是概述 ASM 中使用的算法。关于这一主题的更好介绍，可以在有关编译器的书中找到。接下来的几节将介绍代码分析技术的两个重要类型，即数据流和控制流分析：

• 数据流分析包括：对于一个方法的每条指令，计算其执行帧的状态。这一状态可能采用一种多少有些抽象的方式来表示。例如，引用值可能用一个值来表示，可以每个类一个值，可以是{null, 非 null，可为 null}集合中的三个可能值表示，等等。
• 控制流分析包括计算一个方法的控制流图，并对这个图进行分析。控制流图中的节点为指令，如果指令 j 可以紧跟在 i 之后执行，则图的有向边将连接这两条指令 i→j。

8.1.1 数据流分析

有两种类型的数据流分析可以执行：

• 正向分析是指对于每条指令，根据执行帧在执行此指令之前的状态，计算执行帧在这一 指令之后的状态。
• 反向分析是指对于每条指令，根据执行帧在执行此指令之后的状态，计算执行帧在这一 指令之前的状态。

正向数据流分析的执行是对于一个方法的每个字节代码指令，模拟它在其执行帧上的执行，通常包括：

• 从栈中弹出值，

• 合并它们，

• 将结果压入栈中。

• 这看起来似乎就是解释器或 Java 虚拟机做的事情，但事实上，它是完全不同的，因为其目 标是对于所有可能出现的参数值，模拟一个方法中的所有可能执行路径，而不是由某一组特定方法参数值所决定的单一执行路径。一个结果就是，对于分支指令，两个路径都将被模拟（而实际解释器将会根据实际条件值，仅沿一条分支执行）。

另一个结果是，所处理的值实际上是由可能取值组成的集合。这些集合可能非常大，比如“所有可能值”，“所有整数”，“所有可能对象”或者“所有可能的 String 对象”，在这些情况下，可以将它们称为类型。它们也可能更为准确，比如“所有正整数”，“所有介于 0 到 10 之间的整数”，或者“所有不为 null 的可能对象”。要模拟指令 i 的执行，就是要对于其操作数取值集合中的所有组合形式，找出 i 的所有可能结果集。例如，如果整数由以下三个集合表示：P=“正整数或 null”，N=“负整数或 null”，A=“所有整数”，要模拟 IADD 指令，就意味着当两个操作数均为 P 时返回 P，当两个操作数均为 N 时返回 N，在所有其他情况下返回 A。

最后一个后果是需要计算取值的并集：例如，与(b ? e1 : e2)对应的可能值集是 e1 的可能值与 e2 的可能值的并集。更一般地说，每当控制流图包含两条或多条具有同一目的地的边时，就需要这一操作。在上面的例子中，整数由三个集合 P、N 和 A 表示，可以很容易地计算出这些集合中两个集合的并集：除非这两个集合相等，否则总是 A。

8.1.2 控制流分析

控制流分析的基础是方法的控制流图。举个例子，3.1.3 节 checkAndSetF 方法的控制流图给出如下（图中包含的标记类似于实际指令）：

这个图可以分解为四个基本模块（如图中的矩形所示），一个基本模块就是这样一个指令序列：除最后一条指令外，每个指令都恰有一个后继者，而且除第一条外，所有其他指令都不是跳转的目标。