آشنایی با Bytecode در زبان برنامه‌نویسی جاوا

در این آموزش دو هدف کلی را مد نظر قرار می‌دهیم بدین ترتیب که در ابتدا نحوۀ اجرای یک برنامۀ سادۀ جاوا از طریق کامندلاین را بررسی می‌کنیم و در ادامه با مفهوم Bytecode آشنا می‌شویم که در آموزش گذشته و در مبحث مرتبط با ماشین مجازی جاوا نیز بدان اشاره کردیم. در واقع، در این آموزش قصد داریم ببینیم که پشت پرده چه اتفاقاتی برای سورس‌کد برنامه‌های نوشته‌شده با زبان جاوا می‌افتد و ظاهر فایلی حاوی یکسری بایت‌کد به چه شکل است.

برای شروع کار فولدری با نامی دلخواه همچون My Program ایجاد می‌کنیم و در ادامه کدی مانند زیر را در یک ادیتور متنی همچون Notepad نوشته و آن را با پسوند java. ذخیره می‌کنیم:

public class HelloWorld {

}

همان‌طور که می‌بینیم، ابتدا کلیدواژۀ public را نوشته سپس کلیدواژۀ class را آورده‌ایم و بدین ترتیب قصد داریم تا کلاسی تحت عنوان HelloWorld تعریف کنیم (توجه داشته باشیم که هر دوی این کلیدواژه‌ها با حروف کوچک نوشته شده‌اند.)

همان‌طور که اشاره کردیم، نام HelloWorld را برای کلاس خود انتخاب کرده‌ایم که به منظور خوانایی بیشتر آن را به صورت PascalCase نوشته‌ایم (در این روش حرف اول کلمات به صورت حروف بزرگ لاتین نوشته می‌شوند.) در ادامه کدهای مرتبط با کلاس HelloWorld را داخل علائم { } قرار می‌دهیم بدین صورت که پس از نام کلاس یک علامت } قرار داده و در ادامه یک علامت { دیگر قرار می‌دهیم. به علاوه، توجه داشته باشیم که نقطۀ شروع تمامی برنامه‌های نوشته‌شده به زبان جاوا متدی تحت عنوان ()main است که می‌باید داخل کلاس اصلی قرار گیرد و از همین روی متد مذکور را به صورت زیر در برنامۀ خود تعریف می‌کنیم:

public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {

    }    
}

همان‌طور که در کد فوق می‌بینید، متد ()main را نیز به همراه علائم { } تعریف کرده‌ایم. حال در ادامه قصد داریم تا دستوری برای برنامۀ خود تعریف کنیم تا با اجرای آن استرینگ «In the Name of God» در خروجی نمایش داده شود که برای این منظور از دستور ;()System.out.println استفاده می‌کنیم و بدین ترتیب کدی مانند زیر خواهیم داشت:

public class HelloWorld {
    public static void main(String[] args){
        System.out.println("In the Name of God");
    }    
}

در این مرحله برنامۀ ما تکمیل شده است و در ادامه آن را ذخیره می‌کنیم و توجه داشته باشیم که فایل مربوط به برنامۀ جاوای خود را حتماً با پسوند java. و همچنین نامی یکسان با نام کلاس مربوطه ذخیره سازیم؛ به عبارت دیگر، نام HelloWorld.java را برای این فایل در نظر می‌گیریم. حال برای آنکه بتوانیم برنامۀ خود را اجرا کنیم، نیاز است تا وارد محیط کامندلاین شویم که ساده‌ترین روش دسترسی به آن در سیستم‌عامل‌های مختلف را در ادامه بیان می‌کنیم:

• در ویندوز، می‌توان با فشردن هم‌زمان کلیدهای Windows + R سپس تایپ عبارت cmd و در ادامه فشردن دکمۀ OK به محیط کامند پرامپت دسترسی پیدا کرد.
• در مک‌اواس نیز با دنبال کردن مسیر Applications→Utilities→Terminal و باز کردن پنجرهٔ ترمینال به این محیط دست می‌یابیم. 
• در لینوکس از طریق پنجرهٔ ترمینال به این محیط دسترسی داریم.

در این مرحله ابتدا لازم است تا اطمینان حاصل کنیم که JDK روی سیستم ما نصب است که برای این منظور دستور زیر را در کامندلاین وارد می‌کنیم:

$ java -version

با اجرای دستور فوق، نسخۀ جاوای نصب‌شده روی سیستم نمایش داده می‌شود و در صورتی که جاوا روی سیستم نصب نبود، طبق آموزش‌های گذشته می‌‌توان JDK را روی سیستم خود نصب کرد. حال در ادامه به منظور اجرای برنامۀ HelloWorld.java نیاز است تا به درایوی برویم که فولدر My Program در آن قرار دارد. در این مثال که روی سیستم‌عامل ویندوز پیاده‌سازی شده است فولدر My Program در درایو D روی سیستم ایجاد شده و از همین روی دستور :D را به صورت زیر و به منظور وارد شدن به درایو مربوطه در کامندلاین وارد می‌کنیم و سپس دکمۀ Enter را می‌زنیم:

$ D:

بنابراین بسته به درایوی که فولدر My Program را در آن ایجاد کرده‌اید، می‌توانید نام درایو مد نظر را نوشته و در ادامه یک علامت : قرار داده و اینتر کنید تا بدین ترتیب وارد درایو مربوطه شوید. حال نیاز است تا وارد فولدر My Program شویم که برای این منظور دستور cd My Program را نوشته سپس اینتر می‌کنیم و پس از اجرای این دستور می‌بینیم که آدرس نوشته‌شده در کامندلاین به آدرس مربوط به فولدر My Program تغییر پیدا می‌کند. در ادامه برای آنکه بتوانیم محتویات این فولدر را ببینیم، دستور dir را در کامندلاین وارد می‌کنیم:

$ dir

در نتیجۀ اجرای دستور فوق، می‌بینیم که در این فولدر صرفاً یک فایل به همان نامی وجود دارد که پیش از این ذخیره کرده‌ایم. در این مرحله می‌باید برنامۀ جاوا را ابتدا کامپایل کنیم؛ به عبارت دیگر، آن را به بایت‌کد یا همان زبان قابل‌فهم برای ماشین مجازی جاوا تبدیل کنیم که برای این منظور دستور زیر را در کامندلاین اجرا می‌کنیم:

$ javac HelloWorld.java

javac در واقع مخفف عبارت Java Compiler است. در این مرحله اگر مشکل خاصی پیش نیاید، پس از گذشت زمان خیلی کمی برنامۀ جاوای مذکور کامپایل می‌شود. در واقع، پس از کامپایل شدن پروژۀ مد نظر، در این فولدر می‌باید علاوه بر فایلی تحت عنوان HelloWorld.java یک فایل جدید تحت عنوان HelloWorld.class نیز ایجاد شده باشد که این فایل حاوی یکسری بایت‌کد می‌باشد و برای آنکه محتوای داخل فایل HelloWorld.class را ببینیم، می‌توانیم این فایل را توسط یک ادیتور هچون نوت‌پَد باز کنیم که در نهایت محتوایی همچون بایت‌کد زیر را داخل آن خواهیم دید:

‏؛¾   6 
  	   
    
 <init>
 ()V
 Code
 LineNumberTable
 main
 ([Ljava/lang/String;)V
 
SourceFile
 HelloWorld.java     
 In the Name of God   
 
HelloWorld
 java/lang/Object
 java/lang/System
 out
 Ljava/io/PrintStream;
 java/io/PrintStream
 println
 (Ljava/lang/String;)V !        
   
 	    
 
   *· 
±   
 
    
   
 	   
 	   %  
   	² ¶ ±   
 
   
       
 
    

در واقع، برنامه پس از کامپایل به بایت‌کدی همچون چیزی که در بالا مشاهده می‌کنید تبدیل شده که به منزلۀ کدی قابل‌فهم برای ماشین مجازی جاوا می‌باشد. در این مرحله و پس از کامپایل برنامه، می‌توانیم برنامۀ خود را اجرا کنیم که برای این منظور دستور java HelloWorld را در کامندلاین نوشته و اینتر می‌کنیم و این در حالی است که در این مرحله نیازی نیست تا پسوندهای java. یا class. را برای نام برنامۀ خود در نظر بگیریم چرا که ماشین مجازی خود قادر به تشخیص فایل مورد نیاز خواهد بود به طوری که نتیجۀ حاصل از اجرای دستور فوق به صورت زیر خواهد بود:

In the Name of God

پس از اجرای دستور java HelloWorld می‌بینیم که برنامۀ HelloWorld به درستی اجرا شده و استرینگ «In the Name of God» در خروجی چاپ می‌گردد.