java 数组越界判断和获取数组长度的实现方式

1. 背景介绍

java中的数组比c语言中的数组，多了两个很重要的功能

• 当索引越界时, 会自动抛出ArrayIndexOutOfBoundsException, 避免一错再错

• 另一个很重要的方法是获取数组长度

这两个功能都不是通过java代码层面实现的, 而是在jvm中通过c++来实现的. 本文就针对这连个点来一探究竟

2. 原始java代码

public class TestArrayIndexOutOfBoundsException {
   public static void main(String[] args) {
       int[] is = new int[2];
       int x = is[5];
       System.out.println(x);
       int len = is.length;
       System.out.println(len);
   }
}

3. java代码对应的反编译字节码

0 iconst_2
1 newarray 10 (int) // 创建长度为2的int型数组
3 astore_1 // 将数组is存储到local stack的slot1中
4 aload_1 // 将数组is压入操作数栈
5 iconst_5 // 将常量5压入操作数栈
6 iaload // 这个指令就是通过数组索引获取元素, is[5]
7 istore_2
8 getstatic #2 <java/lang/System.out>
11 iload_2
12 invokevirtual #3 <java/io/PrintStream.println>
15 aload_1 // 将数组is压入操作数栈
16 arraylength // 获取is数组的长度
17 istore_3
18 getstatic #2 <java/lang/System.out>
21 iload_3
22 invokevirtual #3 <java/io/PrintStream.println>
25 return

4. jvm实现分析

4.1 获取数组长度arraylength指令核心代码分析

// hotspot\src\share\vm\interpreter\bytecodeInterpreter.cpp
void
BytecodeInterpreter::run(interpreterState istate) {
// 省略无关代码
CASE(_arraylength):
{
 // java中的对象实例, 对应的c++实例就是arrayOopDesc
    arrayOop ary = (arrayOop) STACK_OBJECT(-1);
    CHECK_NULL(ary);
    SET_STACK_INT(ary->length(), -1); // 就是通过ary->length()这个方法来获取数组长度
    UPDATE_PC_AND_CONTINUE(1);
}
}
// 省略无关代码

4.2 获取数组元素iaload指令分析

// hotspot\src\share\vm\interpreter\bytecodeInterpreter.cpp
void
BytecodeInterpreter::run(interpreterState istate) {
// 省略无关代码
#define ARRAY_INTRO(arrayOff)                                                  \
      arrayOop arrObj = (arrayOop)STACK_OBJECT(arrayOff);                      \ // 从局部变量表中获取数组对象is
      jint     index  = STACK_INT(arrayOff + 1);                               \ // 从局部变量表中获取索引5
      char message[jintAsStringSize];                                          \
      CHECK_NULL(arrObj);                                                      \
      if ((uint32_t)index >= (uint32_t)arrObj->length()) {                     \ // 判断索引是否大于或等于数组长度
          sprintf(message, "％d", index);                                       \
          VM_JAVA_ERROR(vmSymbols::java_lang_ArrayIndexOutOfBoundsException(), \ // 如果越界, 则抛出ArrayIndexOutOfBoundsException异常
                        message);                                              \
      }
// 省略无关代码
#define ARRAY_LOADTO32(T, T2, format, stackRes, extra)                                \
      {                                                                               \
          ARRAY_INTRO(-2);                                                            \ // 获取数组所在的地址
          (void)extra;                                                                \
          SET_ ## stackRes(*(T2 *)(((address) arrObj->base(T)) + index * sizeof(T2)), \ // 根据数组所在地址,加上索引计算的偏移地址, 获得数组指定元素
                           -2);                                                       \
          UPDATE_PC_AND_TOS_AND_CONTINUE(1, -1);                                      \
      }
// 省略无关代码
CASE(_iaload): // 此处对应的就是iaload指令的具体实现
         ARRAY_LOADTO32(T_INT, jint,   "％d",   STACK_INT, 0);
}
// 省略无关代码

通过上面代码的分析, 可以jvm是通过(uint32_t)index >= (uint32_t)arrObj->length()来判断数组越界

5. 小结一下

java中的数组和c语言数组差异很大， c语言中的数组更原始，直接和内存对应。而java中的数组类型其实是经过了arrayOopDesc的封装，因而能获得更丰富的信息，做更多语言层面的检查。

java 数组越界问题

Java中数组初始化和OC其实是一样的，分为动态初始化和静态初始化，

• 动态初始化：指定长度，由系统给出初始化值

• 静态初始化：给出初始化值，由系统给出长度

在我们使用数组时最容易出现的就是数组越界问题，好了，下面来演示一下

int [][] array = {{1,2,3},{1,4}};
       System.out.println(array[1][2]);

这是一个二维数组，很明显，数组越界了，控制台中会打印如下信息：

Exception in thread "main" java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException: 2

at demo.Array.main(Array.java:31)

很准确的定位到31行

来源：https://blog.csdn.net/weixin_45244678/article/details/109034133