Java反编译器剖析（下）

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控制流图实例

我们对控制流图最感兴趣的角度是支配关系（domination relationship）：

若所有通向节点N的路径都经过D，那么称节点D支配了节点N。所有节点都支配自身；如果D和N是不同的节点，那么D被称为严格支配了节点N。
如果D严格支配了N，但严格支配节点N的其它节点不受D的严格支配，那么D可以称作直接支配N。
支配树（dominator tree）上的节点有这样的特性，所有子节点都是受该树节点直接支配。
D的支配边界（dominance frontier）是一组类型N的节点集合。D直接支配类型N的前一节点，但不是完全支配N。换言之，到该集合为止节点D的支配关系结束。

译注：关于此处的概念，可以参考Wikipedia: Dominator (graph theory)。

基本的循环和控制流

考虑如下Java方法：

public static void fn(int n) {
    for (int i = 0; i < n; ++i) {
        System.out.println(i);
    }
}

反汇编结果如下：

 0:  iconst_0
 1:  istore_1
 2:  iload_1
 3:  iload_0
 4:  if_icmpge 20
 7:  getstatic #2      // System.out:PrintStream
10:  iload_1
11:  invokevirtual #3  // PrintStream.println:(I)V
14:  iinc 1, 1
17:  goto 2
20:  return

接下来，我们应用先前讨论的内容将其转为更加可读的形式。首先引入栈变量，然后执行复制传播。

	字节码	栈变量	复制传播后
0 1 2 3 4 7 10 11 14 17 20	iconst_0 istore_1 iload_1 iload_0 if_icmpge 20 getstatic #2 iload_1 invokevirtual #3 iinc 1, 1 goto 2 return	s0 = 0 v1 = s0 s2 = v1 s3 = v0 if (s2 >= s3) goto 20 s4 = System.out s5 = v1 s4.println(s5) v1 = v1 + 1 goto 2 return	v1 = 0 if (v1 >= v0) goto 20 System.out.println(v1) v1 = v1 + 1 goto 4 return

我们注意到 #4 的条件分支和 #17 的 goto 创建了一个逻辑循环。从控制流图上可以更容易发现这个循环：

在上图中，从 goto 语句跳转回条件判断形成了一个循环。在这个例子中，条件分支作为循环入口（loop header），可定义为循环边的支配者。循环入口支配了循环体内所有节点。

通过寻找形成循环的边，我们可以确定一个条件分支是不是循环入口。但是要如何才能做到这一点？一个简单的办法是，判断测试条件是否在其自身的控制边界内。一旦确定了循环入口，我们需要找出哪些节点应当放在循环体内。通过找出入口支配的所有节点可以达到这个目的。算法的伪代码如下：

findDominatedNodes(header)
        q := new Queue()
        r := new Set()

        q.enqueue(header)

        while (not q.empty())
            n := q.dequeue()

            if (header.dominates(n))
                r.add(n)

                for (s in n.successors())
                    q.enqueue(n)

        return r

一旦确定了循环体，就可以将代码转换成循环了。请记住，循环入口也许是一个判断跳出循环条件语句。这种情况下需要对这个条件取反。

v1 = 0
while (v1 < v0) {
    System.out.println(v1)
    v1 = v1 + 1
}
return

瞧，现在我们得到了一个前置条件循环！包括while、for 以及for-each 的大部分循环，编译后都遵循一种基本模式，这里我们都将其作为简单的 while 循环。一般来讲，我们很难完全确定原来的程序到底写的是哪一种循环。但是，for 循环和 foreach 循环都遵循着一种非常特殊的模式。这里我们不对细节进行追究。但如果对比一下上面的 while 循环，就可以发现原来的 for 循环是如何在循环开始之前对循环条件进行初始化的 (v1 = 0) ，也可以了解迭代器 (v1 = v1 + 1) 如何被加到循环体的结尾。这个就当做把 while 转换为 for 和 foreach 的一个练习吧。还有一个很有意思的问题，如果要把循环改为后置条件循环 (do / while) 又该怎么做呢？

我们可以使用类似的技术对 if/else 语句进行反编译。if/else 的字节码非常直观：

begin:
    iftrue(!condition) goto #else
    // `if` block begins here
    ...
    goto #end

else:
    // `else` block begins here
    ...

end:
    // end of `if/else`

上面的代码中，我们使用 iftrue 伪指令取代条件分支：测试条件，如果通过则进入分支；否则，继续测试。我们知道， if 后面紧跟着条件，else 开始跳转。找出 ‘if/else’ 块的内容与找出起始点的支配节点一样简单，执行之前的算法即可达成。

现在完成了基本的流控制机制介绍，当然还有些其他内容（比如错误处理和子程序等等），这些已经超出了本文的讨论范围。

总结

写一个反编译器不是一件简单的工作，涉及内容足以写一本甚至是一个系列的书！很明显，在一篇博客中不能覆盖所有的内容。而且即使我们这么做，也许你都不愿意读。我们希望，通过一些最普通的构造——逻辑运算、条件判断以及基本的流控制，能让你对反编译器的开发有一点有趣的了解。

Lee Benfield：Java反编译器CFR的作者。
Mike Strobel：Java反编译器和元编程框架Procyon的作者。

现在，不如开始动手写一个自己的Java反编译器吧 :)

原文链接： javacodegeeks 翻译： ImportNew.com - 邬柏
译文链接： http://www.importnew.com/9248.html
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总结

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