手写JVM之实现Java命令行

我不是女神ヾ 2021-07-24 21:48 421阅读 0赞

我们知道，我们编译.java并运行.class文件时，需要一些java命令，如最简单的helloworld程序。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dqMTMxNDI1MA_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
这里的程序最好不要加包名，因为加了包名的话编译和运行需要有所改动。

看这里的命令。javac为编译命令，我们知道java的特点是一次编译，到处运行。这里的编译指的就是javac，对于java程序即.java文件，先要用javac编译成字节码。然后将字节码（.class文件）放到java虚拟机中运行，即上图中的java HelloWorld，java虚拟机把字节码翻译成对应机器上的机器指令，再由机器来执行具体的机器指令。也就是说java程序员是直接与java虚拟机交互，简介与机器交互。所以虚拟机完成的是java命令，也就是我们要完成的是java这个指令的功能。

那么我们把第一个目标定为，实现简单的命令行。即我们通过命令行可以输入一些内容，虚拟机读取之后可以给一定的反馈。

GO语言中有两个和命令行相关的包，分别是os和flag（java中以类库即jar文件导入，go中直接以包的形式导入）。

首先在GOPATH目录下的src里面新建一个jvmgo文件夹作为我们的工作空间目录，jvmgo里面再新建一个ch01为我们的第一个目标源码文件夹，添加cmd.go文件。![在这里插入图片描述][20201224135825810.png]  
在cmd.go里面输入如下代码

package main
    
    import "flag"
    import "fmt"
    import "os"
    
    //定义Cmd结构体
    type Cmd struct{
        helpFlag     bool
        versionFlag     bool
        cpOption     string
        class     string
        args     []string
    }
    
    //解析命令行参数
    func parseCmd() *Cmd {
        cmd:=&Cmd{}
    
        //将printUsage函数传给flag.Usage
        flag.Usage=printUsage
        //设置各种解析的选项
        flag.BoolVar(&cmd.helpFlag, "help", false, "print help message")
        flag.BoolVar(&cmd.helpFlag, "?", false, "print help message")
        flag.BoolVar(&cmd.versionFlag, "version", false, "print version and exit")
        flag.StringVar(&cmd.cpOption, "classpath", "", "classpath")
        flag.StringVar(&cmd.cpOption, "cp", "", "classpath")
        //所有选项设置完成后调用flag.Parse解析所有选项，如果Parse失败，则调用flag.Usage打印帮助信息
        flag.Parse()
    
        //调用flag.Args函数捕获未被解析的参数，第一个参数为主类名，后面的为传递给主类的参数
        args:=flag.Args()
        if len(args)>0{
            cmd.class=args[0]
            cmd.args=args[1:]
        }
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        return cmd
    }
    
    func printUsage() {
        fmt.Printf("Usage:%s[-options] class [args...]\n",os.Args[0])
    }

第一行为包名，main包，接着引入了三个包os，flag，fmt。os和flag都是处理命令行所需的包，fmt类似于C语言的printf和scanf等格式化IO。再往下定义了一个结构体Cmd，用来这个数据结构来格式化存储输入的命令行信息。helpFlag参数为命令行是否请求help，versionFlag参数为命令行是否请求version，cpOption为命令行传入的classpath即目标.class文件所在文件夹，class为命令行传入的.class文件名（不包括.class），args为命令行传入的其他参数。

紧接着是一个parseCmd函数（go语言有函数和方法之分，方法调用需要receiver，函数调用则不需要 ），返回值为\*Cmd，用来解析cmd传过来的参数。该函数里面先声明一个cmd并给这个cmd赋值一个新建的Cmd对象。go语言中的“:=”为声明并赋值，而"="为赋值。先把printUsage的函数赋值给flag.Usage，然后调用flag设置需要解析的选项，全部解析完毕，调用Parse函数解析所有选项。解析成功则结束，解析失败则调用printUsage打印到控制台。

flag.Args可以捕获其他没有被解析的参数。上面解析成功之后，第一个参数就是主类名，剩下的就是传给主类的参数。

工具类编写完成，下一个是主函数。先上主函数代码：

package main
    //加入Java开发交流君样：756584822一起吹水聊天
    import "fmt"
    
    func main() {
        //调用parseCmd解析命令行参数
        cmd:=parseCmd()
    
        if cmd.versionFlag{
            //输入了-version选项
            fmt.Println("version 0.0.1")
        }else if cmd.helpFlag||cmd.class==""{
            //输入了-help选项
            printUsage()
        }else{
            //启动jvm
            stratJVM(cmd)
        }
    }
    
    func stratJVM(cmd *Cmd){
        fmt.Printf("classpath:%s class:%s args:%v\n",
            cmd.cpOption,cmd.class,cmd.args)
    }

跟java类似，在go里面main是一个特殊的包，go程序的入口就是main函数，但是不接受任何参数，也不能有返回值。main函数先调用parseCmd解析命令行参数，如果是-version则返回版本号，如果是-help则返回帮助信息，如果是其他则启动jvm，这里用一些输出信息“假装”启动了jvm，真正的jvm代码后面会加上。

至此，对命令行的解析工作全部完成。先展示一下整个工作目录的结构，不然后面编译运行的时候会出错。

![在这里插入图片描述][2020122414001833.png]  
我们的工作目录是D盘下的JVM里的goWorkSpace，再下面src，jvmgo，ch01，ch01里面包含的是我们的go文件。

来测试一下，打开一命令行，输入go install jvmgo\\ch01。这个命令是使用go.exe来install文件，这个文件存在于GOPATH下面的文件夹（jvmgo\\ch01中），结果如图：  
　　![在这里插入图片描述][20201224140032497.png]  
　然后在工作空间（GOPATH）的bin文件夹中就多出了一个ch01.exe。  
![在这里插入图片描述][20201224140044116.png]  
在此处打开命令行。可以进行一些操作：![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dqMTMxNDI1MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
　到这里，我们的命令行工具就完成了，虽然还没有涉及真正的虚拟机设计，但这也是虚拟机运行的重要一步，后面会逐渐介绍虚拟机的设计。

![在这里插入图片描述][20201224140139866.gif_pic_center]  
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[2020122414001833.png]: /images/20210724/7ba78e9c7062413099b6bd023bd56daf.png
[20201224140032497.png]: /images/20210724/9d61197dfba84441bae2be10ec9200ca.png
[20201224140044116.png]: /images/20210724/72de1345eda846fc94350b5923400f61.png
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[image]: /images/20210724/aa321b356a814c8ba7769ae60cf268ee.png
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