字节码与虚拟机
复习
- 解释器：直接读取程序结构并执行
- 中间表示：与机器无关的通用形式
- 语言运行时：程序运行时的支撑
TL;DR
- 字节码是一种贴近执行、却与具体硬件无关的简化指令
- 虚拟机负责解释执行字节码
- 它比直接解释源码快，又能保持跨平台
- “一次编译，到处运行”正是这个思路
正文
直接解释源码比较慢，因为源码离机器太远。一个折中的办法是：先把源码翻译成一种更接近执行、但又与具体机器无关的形式，再交给一个“虚拟的机器”去跑。这种形式叫字节码（bytecode），执行它的软件叫虚拟机（VM，Virtual Machine）。
字节码：比源码更“贴身”，比机器码更“通用”
字节码的设计，处在一个很舒服的中间位置：
- 它比源码简单、规整：没有复杂的语法，是一条条简单的指令，解释起来快
- 它又比机器码通用：不绑定某个具体的 CPU，任何装了对应虚拟机的地方都能跑
可以说，字节码就是我们前面讲的中间表示，在“执行”场景下的一个分身。
一次编译，到处运行
这带来一个很受欢迎的好处：“一次编译，到处运行”。
程序源码只需要编译成一份字节码，之后在 Windows、Linux、各种机器上，只要有对应的虚拟机，就能执行同一份字节码——不必为每种平台分别编译。 这是把“跨平台”这件事，从“每个平台编译一遍”里抽了出来。
虚拟机的角色
虚拟机是一个用软件模拟出来的“机器”：它认识字节码，逐条解释执行。对使用者来说，就像有一台专门为这门语言打造的、到处都有的虚拟计算机。
它比“直接解释源码”快（因为字节码简单、预处理好），又比“为每台机器静态编译”灵活（因为一份字节码走天下）。当然，它也多了一层：虚拟机本身的解释开销。
所以，字节码 + 虚拟机，是“灵活性”与“效率”之间的又一次折中。但它还能更进一步——下一章的即时编译，会让它在运行时也快起来。
思考题 1
字节码与真正的机器指令，有什么不同？
思考题 2
“一次编译，到处运行”是怎样通过字节码和虚拟机实现的？
小结
知识点
- 字节码是贴近执行、与硬件无关的简化指令
- 虚拟机解释执行字节码
- 它比解释源码快，比静态编译灵活
- 支持“一次编译，到处运行”
参考资料
- Wikipedia(zh)：字节码：一种与硬件无关的指令形式
- Wikipedia(zh)：虚拟机：用软件模拟的计算机
思考题答案（仅供参考）
思考题 1
真正的机器指令面向某个具体的 CPU，只有该硬件能直接执行；字节码则与具体硬件无关，是一种更简单、更规整的指令，需要由虚拟机来解释执行，因此可以在多种平台上通用。
思考题 2
源码只需编译成一份与平台无关的字节码，再由各平台上对应的虚拟机解释执行。因为字节码不绑定具体硬件，所以这份字节码能在装有虚拟机的不同平台上运行，从而实现“一次编译，到处运行”。
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设计师 | 南国微雪