- JCVM中栈与帧的研究和设计

　对应方法结束的操作，需要销毁一个帧。这里的方法执行结果分为正常结束执行和不正常结束执行。在正常结束执行的情况下，有可能会有一个返回值给调用者方法，这时，首先将返回结果出该帧的操作数栈，通过invmethodP找到调用者帧，将调用者帧设为当前帧，再进调用者帧的操作数栈。然后修改相关全局变量和指针的值。最后回收原方法帧的使用空间，以留给下次帧的创建。若是不正常结束执行，虚拟机内将产生exception或因执行到一个抛出指令而抛出exception，这时的方法就不会有返回值返回给调用者了。

另外，之前提到的叠加技术，就是在实现JCVM时，可以将调用者方法帧操作数栈和被调用者方法帧的局部变量区进行叠加的技术，即不需要把之前压入到调用者方法帧操作数栈中的参数出操作数栈再写到被调用者方法帧的局部变量区，而是直接将调用者方法帧操作数栈的参数部分看做被调用者方法帧的局部变量区的一部分，使之实现部分区域重合。采用叠加技术不会对方法的创建和销毁产生任何影响，却能简化方法间参数传递的机制，同时有效节约方法执行区的空间。

7 帧内部数据的操作

除了方法调用需要用到的栈操作之外，事实上在JCVM中，更多的是帧内部数据的操作。这些操作主要包括对局部变量区的读写操作和对操作数栈的出入栈操作。这些操作连同调用方法的操作一起，完成整个方法的执行。
例如，有这样一个方法short add(short a，short b)，其执行步骤如下：

Sload_1 //Load short from local variable 1，then push
Sload_2//oad short from local variable 2，then push
Sadd//Pop two shorts，add them，then push the result
Sstore_3//Pop，then store short into local variable 3
Sreturn//Return short from method，then destroy the Frame
当有某方法需要调用这个方法时，首先根据方法头创建帧结构，将局部变量区和操作数栈初始化，控制信息赋值，接着根据方法的执行指令对操作数栈和局部变量区进行操作。具体操作步骤如图3所示。

在上例的帧执行演示中，图3的初始化步骤是根据方法头进行空间的申请，并将相关数据进行初始化赋值。Objectref是对象引用，视具体调用方法而定，一般调用中会以参数的形式传给新的方法帧，赋值给Local variable 0，而相关参数a、b，也以参数形式在新的方法里分别赋值给Local variable 1、Local variable 2。而方法字节码的前两个指令，将存储在局部变量区索引为1、2的两个数据压入操作数栈，其后Sadd指令从操作数栈中弹出这两个数据，进行加法，再将结果压回操作数栈中。然后Sstore_3从操作数栈中弹出结果值，存储到局部变量区索引为3的位置。最后，Sreturn将该方法帧销毁，完成该方法的全过程。

通过对JCVM开发规范和一些智能卡开发公司需求和测试文档的研究和分析，本论文中所提出的存储资源管理策略，栈与帧结构的设计完全符合要求。通过利用各大公司提供的软件模拟环境和Applet应用数据包对栈与帧的设计方案进行测试，证明该方案正确可行。

JCVM中栈与帧的设计与实现是开发JCVM的核心问题。本文提出了符合JCVM开发规范的栈与帧的结构设计和执行策略，并对存储空间进行划分管理，优化了有限的智能卡存储空间，并成功使用叠加技术改进了参数传递的机制，很好地完成了JCVM中栈与帧的基本功能。本文的研究已经成功运用到华大电子股份有限公司和清华同方公司的芯片上，并已经通过相关部门的软件测试。