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Scala入门：从HelloWorld开始【源码及编译】

最近在学习Scala语言，虽然还没有完全学通，但是隐约可以体会到Scala的简洁和强大。它既能让程序员使用函数式编程，也提供了全面的面向对象编程。在刚刚开始读《Scala编程》的时候，刚读了几页，我就被Scala语言吸引住了，所以就一直读下去。在学习的过程中，也会有一些感悟，对于一些原理，也会尽量搞明白。所以打算一边学习，一边写博客，虽然目前还没有深入，但是还是有很多东西值得写下来。

我们知道， Scala也是一种运行于Java虚拟机上的语言，既然能够运行于虚拟机之上，那么它必然可以编译成class文件，因为虚拟机只认class文件。所以， scalac编译器将.scala源文件，编译成class文件，然后这些class文件被虚拟机加载并执行。

所以，如果你对class文件格式和java虚拟机足够了解的话，那么学习scala语言就会相对简单。Java文件编译成class文件，而Scala源文件也是编译成class文件，虽然他们语法大相径庭，但是最后殊途同归。如果我们能基于class文件分析scala的行为，有助于理解scala语言。有人说scala的语法很多很难，其实语法终归是写法， class文件的格式是不变的，可以把scala的语法看成java语法的高级语法糖。

Scala的HelloWorld

按照IT界的传统，下面我们就从HelloWorld开始分析。下面是scala版的HelloWorld源码：

object HelloWorld{ 
def main(args : Array[String]){ 
println("HelloWorld") 
} 
}

如果对scala的语法不是很熟悉，并且对scala比较感兴趣，建议先熟悉一下scala的基本语法。这里简单说两以下几点：
以object关键字修饰一个类名，这种语法叫做孤立对象，这个对象是单例的。相当于将单例类和单例对象同时定义。
方法声明以def开头，然后是方法名，参数列表，返回值，等号，方法体。如下：

def doSomeThing(x : Int) : Int = {  
    x += 1 
}

如果没有返回值，可以省略等号，直接写方法体。
Array[String]是scala的一种数据类型，可以理解为字符串数组。
这篇博客的目的不是详细的讲解语法，而是基于class文件来分析scala语法的实现方式，所以对于语法只简单提一下。

反编译scala HelloWorld

我们所说的反编译，是指使用javap工具反编译class文件，所以，在反编译之前，要先使用scalac编译器编译该源文件：

scalac HelloWorld.scala

命令执行完成后，可以看到HelloWorld.scala所在的目录中多出两个class文件：

其中有一个是和HelloWorld.scala对应的HelloWorld.class 。那么HelloWorld$.class是什么呢？难道一个scala类可以生成多个class吗? 下面通过反编译来找到答案。

首先反编译HelloWorld.class ：

javap -c -v -classpath . HelloWorld

反编译结果如下：（为了便于讲述，给出了所有的输出，会有些长）

Classfile /D:/Workspace/scala/scala-test/HelloWorld/HelloWorld.class 
  Last modified 2014-4-1; size 586 bytes  
  MD5 checksum 2ce2089f345445003ec6b4ef4ed4c6d1  
  Compiled from "HelloWorld.scala" 
public final class HelloWorld  
  SourceFile: "HelloWorld.scala" 
  RuntimeVisibleAnnotations:  
    0: #6(#7=s#8)  
    ScalaSig: length = 0x3 
     05 00 00 
  minor version: 0 
  major version: 50 
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_FINAL, ACC_SUPER  
Constant pool:  
   #1 = Utf8               HelloWorld  
   #2 = Class              #1             //  HelloWorld  
   #3 = Utf8               java/lang/Object  
   #4 = Class              #3             //  java/lang/Object  
   #5 = Utf8               HelloWorld.scala  
   #6 = Utf8               Lscala/reflect/ScalaSignature;  
   #7 = Utf8               bytes  
   #8 = Utf8               :Q!		!S3mY><vN7ea ...  
   #9 = Utf8               main  
  #10 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V  
  #11 = Utf8               HelloWorld$  
  #12 = Class              #11            //  HelloWorld$  
  #13 = Utf8               MODULE$  
  #14 = Utf8               LHelloWorld$;  
  #15 = NameAndType        #13:#14        //  MODULE$:LHelloWorld$;  
  #16 = Fieldref           #12.#15        //  HelloWorld$.MODULE$:LHelloWorld$;  
  #17 = NameAndType        #9:#10         //  main:([Ljava/lang/String;)V  
  #18 = Methodref          #12.#17        //  HelloWorld$.main:([Ljava/lang/String;)V  
  #19 = Utf8               Code  
  #20 = Utf8               SourceFile  
  #21 = Utf8               RuntimeVisibleAnnotations  
  #22 = Utf8               ScalaSig  
{  
  public static void main(java.lang.String[]);  
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC  
    Code:  
      stack=2, locals=1, args_size=1 
         0: getstatic     #16                 // Field HelloWorld$.MODULE$:LHelloWorld$;  
         3: aload_0  
         4: invokevirtual #18                 // Method HelloWorld$.main:([Ljava/lang/String;)V  
         7: return 
}

从输出结果可以看到，这个类确实有传统意义上的main方法。

这个main方法中的字节码指令大概是这样：
getstatic访问一个静态字段，这个静态字段是定义在HelloWorld$类中的MODULE$字段，这个字段的类型是HelloWorld$ 。讲到这里，大概出现了单例的影子。我们并没有定义这个类，所以这个类是scala编译器自动生成的，用来辅佐HelloWorld类。
然后使用这个静态对象调用main方法，这个main方法是HelloWorld$类中的，而不是当前HelloWorld中的。它不是静态的，而是成员方法。
下面反编译HelloWorld$类：

javap -c -v -classpath . HelloWorld$

反编译结果如下：

Classfile /D:/Workspace/scala/scala-test/HelloWorld/HelloWorld$.class 
  Last modified 2014-4-1; size 596 bytes  
  MD5 checksum 7b3e40952539579da28edc84f370ab9b  
  Compiled from "HelloWorld.scala" 
public final class HelloWorld$  
  SourceFile: "HelloWorld.scala" 
    Scala: length = 0x0 
   
  minor version: 0 
  major version: 50 
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_FINAL, ACC_SUPER  
Constant pool:  
   #1 = Utf8               HelloWorld$  
   #2 = Class              #1             //  HelloWorld$  
   #3 = Utf8               java/lang/Object  
   #4 = Class              #3             //  java/lang/Object  
   #5 = Utf8               HelloWorld.scala  
   #6 = Utf8               MODULE$  
   #7 = Utf8               LHelloWorld$;  
   #8 = Utf8               <clinit>  
   #9 = Utf8               ()V  
  #10 = Utf8               <init>  
  #11 = NameAndType        #10:#9         //  "<init>":()V  
  #12 = Methodref          #2.#11         //  HelloWorld$."<init>":()V  
  #13 = Utf8               main  
  #14 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V  
  #15 = Utf8               scala/Predef$  
  #16 = Class              #15            //  scala/Predef$  
  #17 = Utf8               Lscala/Predef$;  
  #18 = NameAndType        #6:#17         //  MODULE$:Lscala/Predef$;  
  #19 = Fieldref           #16.#18        //  scala/Predef$.MODULE$:Lscala/Predef$;  
  #20 = Utf8               HelloWorld  
  #21 = String             #20            //  HelloWorld  
  #22 = Utf8               println  
  #23 = Utf8               (Ljava/lang/Object;)V  
  #24 = NameAndType        #22:#23        //  println:(Ljava/lang/Object;)V  
  #25 = Methodref          #16.#24        //  scala/Predef$.println:(Ljava/lang/Object;)V  
  #26 = Utf8               this 
  #27 = Utf8               args  
  #28 = Utf8               [Ljava/lang/String;  
  #29 = Methodref          #4.#11         //  java/lang/Object."<init>":()V  
  #30 = NameAndType        #6:#7          //  MODULE$:LHelloWorld$;  
  #31 = Fieldref           #2.#30         //  HelloWorld$.MODULE$:LHelloWorld$;  
  #32 = Utf8               Code  
  #33 = Utf8               LocalVariableTable  
  #34 = Utf8               LineNumberTable  
  #35 = Utf8               SourceFile  
  #36 = Utf8               Scala  
{  
  public static final HelloWorld$ MODULE$;  
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC, ACC_FINAL  
   
   
  public static {};  
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC  
    Code:  
      stack=1, locals=0, args_size=0 
         0: new           #2                  // class HelloWorld$  
         3: invokespecial #12                 // Method "<init>":()V  
         6: return 
   
  public void main(java.lang.String[]);  
    flags: ACC_PUBLIC  
    Code:  
      stack=2, locals=2, args_size=2 
         0: getstatic     #19                 // Field scala/Predef$.MODULE$:Lscala/Predef$;  
         3: ldc           #21                 // String HelloWorld  
         5: invokevirtual #25                 // Method scala/Predef$.println:(Ljava/lang/Object;)V  
         8: return 
      LocalVariableTable:  
        Start  Length  Slot  Name   Signature  
               0       9     0  this   LHelloWorld$;  
               0       9     1  args   [Ljava/lang/String;  
      LineNumberTable:  
        line 5: 0 
}

从输出结果可以知道:
HelloWorld$类有一个静态字段

public static final HelloWorld$ MODULE$;  
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC, ACC_FINAL

它的访问修饰符是 public static final ，类型是HelloWorld$ ，字段名是 MODULE$ 。
HelloWorld$类还有一个静态初始化方法：

public static {};  
    flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC  
    Code:  
      stack=1, locals=0, args_size=0 
         0: new           #2                  // class HelloWorld$  
         3: invokespecial #12                 // Method "<init>":()V  
         6: return

在这个静态初始化方法中，使用new指令创建了一个HelloWorld$对象，并且调用该对象的构造方法<init>初始化这个对象。
实际上就是对静态字段MODULE$ 的赋值。
HelloWorld$类还有一个main方法：

public void main(java.lang.String[]);  
   flags: ACC_PUBLIC  
   Code:  
     stack=2, locals=2, args_size=2 
        0: getstatic     #19                 // Field scala/Predef$.MODULE$:Lscala/Predef$;  
        3: ldc           #21                 // String HelloWorld  
        5: invokevirtual #25                 // Method scala/Predef$.println:(Ljava/lang/Object;)V  
        8: return 
     LocalVariableTable:  
       Start  Length  Slot  Name   Signature  
              0       9     0  this   LHelloWorld$;  
              0       9     1  args   [Ljava/lang/String;  
     LineNumberTable:  
       line 5: 0

这个main方法不是静态的，是一个实例方法，从它的字节码指令可以看出，实现的是打印字符串HelloWorld的逻辑。
HelloWorld的实现方式总结
从上面的讲述中，我们可知， scalac编译器使用两个class文件，实现HelloWorld.scala源文件中的逻辑，除了生成HelloWorld.class外，还生产一个HelloWorld$.class 。实现逻辑如下：
传统意义上的入口main方法被编译在HelloWorld.class中
在HelloWorld.class中的main方法中，会访问HelloWorld$.class中的静态字段MODULE$ （这个字段的类型就是HelloWorld$），并使用这个字段调用HelloWorld$中的main方法。
HelloWorld中的逻辑有点像下面这样（以下伪代码旨在说明原理，并不符合java或scala的语法）：

public class HelloWorld{  
       
    public static void main(String[] args){  
   
   
      HelloWorld$.MODULE$.main(args);  
    }     
}

3. 真正打印字符串“HelloWorld”的逻辑在HelloWorld$中。这个类有一个main实例方法，来处理打印字符串的逻辑，并且该类中有一个HelloWorld$类型的静态字段MODULE$ 。上面的HelloWorld类中的入口main方法，正是通过这个字段调用的HelloWorld$的main实例方法来打印"HelloWorld" 。
HelloWorld$中的代码有点像这样（以下伪代码旨在说明原理，并不符合java或scala的语法）：

public final class HelloWorld${  
   
    public static final HelloWorld$ MODULE$ = new HelloWorld$();  
   
    public void main(String[] args){  
        println("HelloWorld");  
    }  
}

转自：http://blog.csdn.net/zhangjg_blog

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原文地址：https://www.cnblogs.com/yongjian/p/6409324.html