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コンパイラの解析 (2) GCJのデータ構造 - 1
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Table of Contents おさらい Cygnus Native Interface インスタンス構造の推測
Virtual Method Table Instance Fields
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おさらい (1) GNU Java Compiler (gcj)が使用するJavaの実行時ライブラリ
Java VM + Java APIをコンパイルしたもの これを外側から使用すれば、Javaコンパイラの作成が可能
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おさらい (2) ちょっとしたルールさえ知っていれば、JavaのAPIをC言語からも使える
例：sin.java.lang.Math.sinの外部利用 (2) 実行例 double _ZN4java4lang4Math3sinEd(double); int main() { printf("sin(3.14) = %lf\n", _ZN4java4lang4Math3sinEd(3.14)); }
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おさらい (3) Javaの機能を全て実現するには、下記のことも考慮しなければならない Javaの名前空間とオブジェクトファイルの名前空間
クラスの登録 クラスの初期化 インスタンスの生成 ポリモーフィズムの実現 配列の扱い インスタンスの破棄 ガーベジコレクタとの調和 例外の処理 synchronizeの処理
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Cygnus Native Interface (CNI)
GCJでC++を使ってネィティブメソッドを書く方法 JNIより効率よくメソッド呼び出し 移植性は低い (GCJでしか動かない)
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CNIの利用 (1) まずは単純なクラスを作成 nativeメソッドとして宣言 public class Cni {
public static native void main(String[] args); }
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CNIの利用 (2) 次のコマンドを入力 javac Cni.java gcjh Cni
クラスファイルを生成 (gcj –C Cni.java と同様) gcjh Cni CniクラスのCNIヘッダを生成 javac Cni.java gcjh Cni
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CNIの利用 (3) 以下のような宣言を含むヘッダが生成される
class Cni : public ::java::lang::Object { public: Cni (); static void main (JArray< ::java::lang::String *> *); static ::java::lang::Class class$; };
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CNIの利用 (4) 次のように書ける #include "Cni.h" #include <stdio.h>
#include <gcj/array.h> #include <java/lang/String.h> void Cni::main(JArray<java::lang::String *> *args) { puts("Hello, CNI!"); }
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CNIの利用 (5) コンパイルして実行 $ gcj --main=Cni Cni.class natCni.cc $ ./a.out
Hello, CNI!
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仮説 同じようなオブジェクトコードを生成すればJavaから呼び出せる C言語からJavaの関数を呼び出せるのは前述の通り
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問題点 GCJはJavaをC言語に変換できない アセンブラを読む/オブジェクトコードを読む 大規模なので相当がんばる必要あり
-S でアセンブルコードには変換できる アセンブラを読む/オブジェクトコードを読む デバッガも併用 大規模なので相当がんばる必要あり
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インスタンス構造の推測 インスタンスは2つの情報を持つ インスタンスごとに固有の情報 同じクラスのインスタンスで共通の情報
インスタンスフィールド 同じクラスのインスタンスで共通の情報 クラスの情報 (instance of java.lang.Class) Virtual Method Table (vtable)
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For your information… 古いOfficial Java VMでのインスタンス構造
Instance Fields + Instance Methods
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Virtual Method Table (VTable)
仮想メソッド(Javaの普通のメソッド)を呼び出すためのテーブル ポリモーフィズムの実現に Interface Method Tableもある
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VTableの構造 (1) 基底クラスでは通常のメソッドテーブル
call obj->vtable[5] : Object::toString()
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VTableの構造 (2) オーバーライドしたメソッドはテーブルを上書き
call obj->vtable[6] : Hoge::toString()
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VTableの構造 (3) 同じシーケンスで子クラスのメソッドを呼べる インスタンスごとに何を呼ぶのか変動する
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Virtual Method呼び出しのトレース
Hoge.javaをコンパイルして追ってみる Hoge::foo _ZN4Hoge3fooEv: ; Hoge::foo() (prologue) ; eax = this movl (%eax), %edx ; edx = this->vtable addl $20, %edx ; edx = &(this->vtable[5]) pushl %eax ; args[0] = this movl (%edx), %eax ; eax = this->vtable[5] call *%eax ; call this->vtable[5]
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解析1 – VTableを探す (1) どうやって解析しよう？
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VTableを探す (2) 下記(Hoge.s:34)にブレークポイントを貼る _ZN4Hoge3fooEv: ; Hoge::foo()
... (prologue) ; eax = this movl (%eax), %edx ; edx = this->vtable addl $20, %edx ; edx = &(this->vtable[5]) pushl %eax ; args[0] = this movl (%edx), %eax ; eax = this->vtable[5] call *%eax ; call this->vtable[5]
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VTableを探す (3) Break Point + Examine Memory $ gdb a.out
(gdb) break Hoge.s:34 (gdb) run Breakpoint 1, Hoge::foo () at Hoge.s: movl (%eax), %edx (gdb) x *$eax 0x80492c8 <_ZTVN4HogeE+8>: ...
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VTableを探す (4) Hoge.s:163 – 明らかにVTable
_ZTVN4HogeE: long long long _ZN4Hoge6class$E long long _ZN4java4lang6Object8finalizeEv long _ZN4java4lang6Object8hashCodeEv long _ZN4java4lang6Object6equalsEPS1_ long _ZN4Hoge8toStringEv long _ZN4java4lang6Object5cloneEv long _ZN4Hoge3fooEv
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インスタンスの構造 (1) ここまでは判明
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解析2 – Instance Fieldを探す (1)
今度はどうする？
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Instance Fieldを探す (2) 方針 インスタンスフィールドを使うプログラムを用意 アセンブルファイルへとコンパイル
ハンドトレース デバッガで確認
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Instance Fieldを探す (3) 下記のようなクラスを作ってコンパイル
gcj –S –O0 Foo.java # -> Foo.s public class Foo { int field0; int field1; void m0() { this.field0 = 123; } void m1() { this.field1 = 456; } }
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Instance Fieldを探す (4) ハンドトレースすると自明なものが登場 デバッガでトレースするまでも無い
_ZN3Foo2m0Ev: ; this.field0 = 123 .. (prologue) ; eax = this movl $123, 4(%eax) ; *(int *)(this+4) = 123 _ZN3Foo2m1Ev: ; this.field1 = 456 .. (prologue) ; eax = this movl $456, 8(%eax) ; *(int *)(this+8) = 456
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インスタンスの構造 (2) 最低限は判明
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次回 興味のあるところから Javaの名前空間とオブジェクトファイルの名前空間 クラスの登録 クラスの初期化 インスタンスの生成
ポリモーフィズムの実現 : 今回分 配列の扱い インスタンスの破棄 ガーベジコレクタとの調和 例外の処理 synchronizeの処理
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