JavaのArrays.asListのシグネチャーを始めとしてVarargsとバイトコードを調査した件

notes

0. 課題

数日前、配列を出力したいので下記のようなコードを書いた

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

        int[] nums = new int[]{1, 2, 3, 4};
        Arrays.asList(nums).forEach(i -> System.out.println(i + " "));
    }
}

Ideaコード補完の提示に従って書いたし、エラーもないけど実行すると1 2 3 4ではなく、 [I@5ba23b66というようなやつが出力された。オブジェクトとして出力されてることが分かてるけどこれ以上理解できなかった。

友達からヒントをもらって、Integerにすると

        Integer[] nums2 = new Integer[]{1, 2, 3, 4};
        Arrays.asList(nums2).forEach(i -> System.out.print(i + " "));

1 2 3 4になった。Listとかジェネリクスとかプリミティブとかに関係あるだろうと思って色々調べてみた。

結局、これらJavaの基本コンセプト:

  • Varargs
  • Autoboxing
  • Generics

はいずれもよく把握してなかった。

ちなみに、Arrays#toStringで簡単に配列が出力できる1

System.out.println(Arrays.toString(array)); // [1, 2, 3, 4]

1. 基本知識の明確

1.1 ジェネリクス「T」にはプリミティブ型が含まれていない. T = T extends Object

後ほどバイトコードを詳細した上、確認できた。

1.2 Object.String()の出力内容の読み方　(基本知識なのか？)

ObjectクラスのディフォルトtoStringメソッド：

public String toString() {
    return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode());
}

[I@5ba23b66のような構成は2：

  • [ 1次元配列 2次元の場合[[, 3次元は[[[、など
  • I プリミティブint型。floatの場合F, longの場合J, オブジェクトの場合Ljava/lang/Objectなど3
  • @以降の部分は対象オブジェクトのハッシュコード

Varargs(可変長引数)でいうのは？糖衣構文だ。コンパイル時配列として扱う

同時に定義できない4

    // 'foo(String...)' is already defined in 'Nani'
    public static void foo(String... args) {

    }

    // 'foo(String...)' is already defined in 'Nani'
    public static void foo(String[] args) {

    }

Autoboxing発生のタイミング

TODO

2. 調査経緯

java.util.Arrays#asListの定義:

    public static <T> List<T> asList(T... a) {
        return new ArrayList<>(a);
    }

引数はジェネリックなvarargsですね。渡されたパラメータがオブジェクトの配列(T[])にコンパイラされる。 なので、int[]の場合、このプリミティブ型の配列自身はObjectであり、可変長引数の1つとして、(int[][])にコンパイルされる。 Integer[]の場合だと、すでにObjectの配列だから、そのまま引数配列として処理される。

そして、Autoboxingのおかげで下記の例も正常に処理できる

    Arrays.asList(1,2,3,4).forEach(i -> System.out.print(i + " ")); // 1 2 3 4

下記もOK：

    Arrays.asList(true, 1, "1", new Object());

TはObjectに推論されるだろう

コンパイルの流れは下記の感じかな？

  • オブジェクトの配列？　→
  • プリミティブ型をwrapper型に変換(Autoboxing)
  • 引数を配列にする、Tの型を推論する

バイトコードを無理やり確認してみた。 varargについて、javap　-vでクラスファイルを確認する

public static <T> void asList(T... a) {
        System.out.println(a.length);
    }

下記のようにコンパイルされる：(##のコメントは追加しておいたやつ)

public static <T extends java.lang.Object> void asList(T...); // ## T extends Object!
    descriptor: ([Ljava/lang/Object;)V // ## 配列
    flags: (0x0089) ACC_PUBLIC, ACC_STATIC, ACC_VARARGS
    Code:
      stack=2, locals=1, args_size=1
         0: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
         3: aload_0
         4: arraylength
         5: invokevirtual #3                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
         8: return
      LineNumberTable:
        line 8: 0
        line 9: 8
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       9     0     a   [Ljava/lang/Object;
      LocalVariableTypeTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       9     0     a   [TT;
    Signature: #27                          // <T:Ljava/lang/Object;>([TT;)V

そして、配列を一旦定義する

    int[] nums = new int[]{1, 2, 3, 4};
    Integer[] nums2 = new Integer[]{1, 2, 3, 4};

Arrays.asList(nums);

は

    ICONST_1
    ANEWARRAY [I // なにか処理しているよう
    DUP
    ICONST_0
    ALOAD 1
    AASTORE
    INVOKESTATIC java/util/Arrays.asList ([Ljava/lang/Object;)Ljava/util/List;
    POP

そしてIntegerの方

    Arrays.asList(nums2);

は下記になっている

    LINENUMBER 16 L3
    ALOAD 2 // なにかをそのまま使っているよう
    INVOKESTATIC java/util/Arrays.asList ([Ljava/lang/Object;)Ljava/util/List;
    POP

もう一個

    Arrays.asList(1,2,3,4);

は

    ICONST_4
    ANEWARRAY java/lang/Integer
    DUP
    ICONST_0
    ICONST_1
    INVOKESTATIC java/lang/Integer.valueOf (I)Ljava/lang/Integer;
    AASTORE
    DUP
    ICONST_1
    ICONST_2
    INVOKESTATIC java/lang/Integer.valueOf (I)Ljava/lang/Integer;
    AASTORE
    DUP
    ICONST_2
    ICONST_3
    INVOKESTATIC java/lang/Integer.valueOf (I)Ljava/lang/Integer;
    AASTORE
    DUP
    ICONST_3
    ICONST_4
    INVOKESTATIC java/lang/Integer.valueOf (I)Ljava/lang/Integer;
    AASTORE
    INVOKESTATIC java/util/Arrays.asList ([Ljava/lang/Object;)Ljava/util/List;
    POP

最初にAutoboxingしているような処理がある。

更に

    Arrays.asList(true, 1, "1", new Object());

は

    ICONST_4
    ANEWARRAY java/lang/Object // ## 今回はオブジェクトを扱っているよう
    DUP
    ICONST_0
    ICONST_1
    INVOKESTATIC java/lang/Boolean.valueOf (Z)Ljava/lang/Boolean;
    AASTORE
    DUP
    ICONST_1
    ICONST_1
    INVOKESTATIC java/lang/Integer.valueOf (I)Ljava/lang/Integer;
    AASTORE
    DUP
    ICONST_2
    LDC "1"
    AASTORE
    DUP
    ICONST_3
    NEW java/lang/Object
    DUP
    INVOKESPECIAL java/lang/Object.<init> ()V
    AASTORE
    INVOKESTATIC java/util/Arrays.asList ([Ljava/lang/Object;)Ljava/util/List;
    POP

あんまり読めないので一旦ここまでだ。次はバイトコードの読み方を勉強する:

Javaバイトコードの読み方

知らなくても困らない Javaクラスのバイトコードの読み方

参考

https://aoking.hatenablog.jp/entry/20110415/1302824606

https://qiita.com/nkojima/items/390282a0912aa560ad22

http://www.ne.jp/asahi/hishidama/home/tech/java/varargs.html#h2_def_array

https://stackoverflow.com/questions/29140402/how-do-i-print-my-java-object-without-getting-sometype2f92e0f4

https://www.ne.jp/asahi/hishidama/home/tech/java/generics.html

  1. https://stackoverflow.com/questions/29140402/how-do-i-print-my-java-object-without-getting-sometype2f92e0f4 ↩︎

  2. https://stackoverflow.com/a/3615757 ↩︎

  3. https://blog1.mammb.com/entry/2017/11/02/231509 ↩︎

  4. http://www.ne.jp/asahi/hishidama/home/tech/java/varargs.html#h2_def_array ↩︎

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