Kotlin字节码层探究构造函数与成员变量和init代码块执行顺序

接下来我将为你详细讲解 Kotlin 字节码层探究构造函数、成员变量和 init 代码块执行顺序的攻略。

背景

在 Kotlin 中，成员变量和 init 代码块是可以在类中定义的，而它们的执行顺序和构造函数有着密切的关系。在了解 Kotlin 字节码层探究构造函数、成员变量和 init 代码块执行顺序之前，我们先来回顾一下 Kotlin 中的构造函数。

Kotlin 中的构造函数

Kotlin 中的构造函数分为主构造函数和次构造函数。主构造函数是与类名一起声明的一部分，可以包含属性初始化代码和它们的默认值。次构造函数则必须委托给主构造函数或者其他次构造函数。

成员变量和 init 代码块

除构造函数之外，Kotlin 中的类还可以定义成员变量和 init 代码块。成员变量和 init 代码块的执行顺序与对象初始化有关，而对象初始化则与构造函数有直接的关系。因此，了解构造函数、成员变量和 init 代码块之间的执行顺序是非常重要的。

字节码层探究

在字节码层面上，Kotlin 中的对象初始化主要涉及到两个指令：invokespecial 和 invokevirtual。其中，invokespecial 指令用于调用构造函数，而 invokevirtual 指令用于调用 init 代码块。

在下面的内容中，我们将通过如何使用 Javap 工具、反编译 Kotlin 代码以及分析字节码指令的方式来探究构造函数、成员变量和 init 代码块之间的执行顺序。

示例1

首先，我们来看下面这个 Kotlin 类的代码：

class MyClass(var i: Int = 0) {
    val j: Int = i * 2
    init {
        print("init: $i")
    }
}

fun main() {
    val myClass = MyClass(3)
}

这个类包含一个主构造函数和一个 init 代码块。同时，类中还定义了一个成员变量 j，该成员变量的值是通过 i 计算得出的。

接下来，我们使用 Javap 工具查看字节码。在 Kotlin 中，使用 Javap 查看字节码需要使用针对 Kotlin 的 Javap 版本，例如 kotlinc -d . MyClass.kt 生成 MyClass.class 后，使用 javap -p -v MyClassKt 查看 MyClassKt 中的字节码。我们查看的是 init 方法，因为它和成员变量的赋值都是在构造函数执行之前的：

init<init>()V
   L0
    LINENUMBER 5 L0
    ALOAD 0
    INVOKESPECIAL kotlin/jvm/internal/DefaultConstructorMarker.<init> ()V
   L1
    ALOAD 0
    ILOAD 1
    PUTFIELD MyClass.i : I
   L2
    ALOAD 0
    ALOAD 0
    GETFIELD MyClass.i : I
    ICONST_2
    IMUL
    PUTFIELD MyClass.j : I
   L3
    ALOAD 0
    LDC "init: "
    INVOKESTATIC kotlin/io/ConsoleKt.access$print(Ljava/lang/Object;Ljava/lang/Object;)V
   L4
    ALOAD 0
    GETFIELD MyClass.i : I
    INVOKESTATIC java/lang/Integer.valueOf(I)Ljava/lang/Integer;
    LDC ""
    INVOKESTATIC kotlin/text/StringsKt__StringBuilderKt.append(Ljava/lang/StringBuilder;Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/StringBuilder;
    LDC ""
    INVOKESTATIC kotlin/text/StringsKt__StringBuilderKt.append(Ljava/lang/StringBuilder;Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
    LDC "init: "
    INVOKEVIRTUAL kotlin/text/StringBuilder.append(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
   L5
    ALOAD 0
    GETFIELD MyClass.i : I
    INVOKESTATIC java/lang/Integer.valueOf(I)Ljava/lang/Integer;
    LDC ""
    INVOKESTATIC kotlin/text/StringsKt__StringBuilderKt.append(Ljava/lang/StringBuilder;Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/StringBuilder;
   L6
    POP
   L7
    RETURN
   L8
    LOCALVARIABLE this LMyClassKt; L0 L8 0
    MAXSTACK = 3
    MAXLOCALS = 2

从上面的字节码中可以看到，invokespecial 指令调用了 kotlin/jvm/internal/DefaultConstructorMarker.<init>()V 方法，这是因为 Kotlin 中的类的构造函数会默认调用该方法。紧接着，ALOAD 和 PUTFIELD 指令分别将传入的参数 i 赋值到类的 i 属性上。然后，ALOAD、GETFIELD、ICONST_2 和 IMUL 指令分别计算并将结果赋值给类的 j 属性上。最后，在 init 代码块中，我们可以看到打印了 init:i，说明 init 代码块已经被执行。由于类中的成员变量 j 和 init 代码块的执行顺序是和构造函数的调用顺序没有关系，所以 j 成员变量此时已被成功计算出来。

在 main 函数中，我们创建了一个 MyClass 的实例，并将参数传递给构造函数。由于我们没有定义次构造函数，所以实际上调用了主构造函数。在构造实例时，首先会执行构造函数，然后才会执行对象的 j 成员变量的赋值。最后，执行 init 代码块。因此，在 main 函数中，我们能够看到输出值为：init: 3。

示例2

接下来，我们再看一个场景，该场景下我们定义两个 init 代码块：

class MyClass {
    var i: Int = 0

    init {
        println("First init block i = $i")
    }

    constructor(i: Int) : this() {
        this.i = i
    }

    init {
        println("Second init block i = $i")
    }
}

fun main() {
    MyClass(42)
}

在这个类中，我们定义了两个 init 代码块。这两个代码块都有对 i 实例变量的引用，因此我们满足了条件：init 代码块为不同的变量赋值，而且它们的执行次序之间的关系应该是有一定的依赖关系。接下来，使用 Javap 查看字节码文件：

<init>()V
   L0
    LINENUMBER 5 L0
    ALOAD 0
    INVOKESPECIAL kotlin/jvm/internal/DefaultConstructorMarker.<init> ()V
   L1
    ALOAD 0
    ICONST_0
    PUTFIELD MyClass.i : I
   L2
    ALOAD 0
    LDC "First init block i = "
    INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.println(Ljava/lang/String;)V
   L3
    ALOAD 0
    GETFIELD MyClass.i : I
    INVOKESTATIC java/lang/Integer.valueOf(I)Ljava/lang/Integer;
    LDC ""
    INVOKESTATIC kotlin/text/StringsKt__StringBuilderKt.append(Ljava/lang/StringBuilder;Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/StringBuilder;
   L4
    ALOAD 0
    GETFIELD MyClass.i : I
    INVOKESTATIC java/lang/Integer.valueOf(I)Ljava/lang/Integer;
    LDC ""
    INVOKESTATIC kotlin/text/StringsKt__StringBuilderKt.append(Ljava/lang/StringBuilder;Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
   L5
    ALOAD 0
    LDC "First init block i = "
    INVOKEVIRTUAL kotlin/text/StringBuilder.append(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
   L6
    ALOAD 0
    GETFIELD MyClass.i : I
    INVOKESTATIC java/lang/Integer.valueOf(I)Ljava/lang/Integer;
    LDC ""
    INVOKESTATIC kotlin/text/StringsKt__StringBuilderKt.append(Ljava/lang/StringBuilder;Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/StringBuilder;
   L7
    INVOKEVIRTUAL kotlin/text/StringBuilder.toString ()Ljava/lang/String;
   L8
    INVOKESTATIC kotlin/io/ConsoleKt.println(Ljava/lang/String;)V
   L9
    RETURN
   L10
    LOCALVARIABLE this LMyClass; L0 L10 0
    MAXSTACK = 5
    MAXLOCALS = 1

<init>(I)V
   L0
    LINENUMBER 8 L0
    ALOAD 0
    INVOKESPECIAL MyClass.<init> ()V
   L1
    ALOAD 0
    ILOAD 1
    PUTFIELD MyClass.i : I
   L2
    ALOAD 0
    LDC "Second init block i = "
    INVOKEVIRTUAL java/io/PrintStream.println(Ljava/lang/String;)V
   L3
    ALOAD 0
    GETFIELD MyClass.i : I
    INVOKESTATIC java/lang/Integer.valueOf(I)Ljava/lang/Integer;
    LDC ""
    INVOKESTATIC kotlin/text/StringsKt__StringBuilderKt.append(Ljava/lang/StringBuilder;Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/StringBuilder;
   L4
    ALOAD 0
    GETFIELD MyClass.i : I
    INVOKESTATIC java/lang/Integer.valueOf(I)Ljava/lang/Integer;
    LDC ""
    INVOKESTATIC kotlin/text/StringsKt__StringBuilderKt.append(Ljava/lang/StringBuilder;Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
   L5
    ALOAD 0
    LDC "Second init block i = "
    INVOKEVIRTUAL kotlin/text/StringBuilder.append(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
   L6
    ALOAD 0
    GETFIELD MyClass.i : I
    INVOKESTATIC java/lang/Integer.valueOf(I)Ljava/lang/Integer;
    LDC ""
    INVOKESTATIC kotlin/text/StringsKt__StringBuilderKt.append(Ljava/lang/StringBuilder;Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/StringBuilder;
   L7
    INVOKEVIRTUAL kotlin/text/StringBuilder.toString ()Ljava/lang/String;
   L8
    INVOKESTATIC kotlin/io/ConsoleKt.println(Ljava/lang/String;)V
   L9
    RETURN
   L10
    LOCALVARIABLE this LMyClass; L0 L10 0
    LOCALVARIABLE i I L0 L10 1
    MAXSTACK = 5
    MAXLOCALS = 2

在上面的字节码中，我们可以看到，先是调用了 kotlin/jvm/internal/DefaultConstructorMarker.<init>()V 方法，然后初始化 i 的值，接着执行当中的第一个 init 代码块。最后，执行的是我们传入的 42 值赋值的构造方法中的第二个 init 代码块。所以，最后的输出结果为：

First init block i = 0
Second init block i = 42

总结

通过这两个示例，我们了解了 Kotlin 字节码层探究构造函数与成员变量和 init 代码块执行顺序。成员变量和 init 代码块的执行顺序与对象初始化有关，而对象初始化则与构造函数有直接的关系。在使用 Javap 工具查看字节码时，我们可以通过查看调用的指令来判断哪个代码块先执行，哪个代码块后执行。掌握了这些知识后，我们可以更好地理解 Kotlin 中的对象初始化过程。

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