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[hs-java.git] / JVM / Assembler.hs
diff --git a/JVM/Assembler.hs b/JVM/Assembler.hs
index bc45d80a5b53f7c3ad4e356be5c987582cc54fac..21ecdd68f3c10931c204b707d04dae048b76f154 100644 (file)
--- a/JVM/Assembler.hs
+++ b/JVM/Assembler.hs
@@ -1,31 +1,44 @@
-{-# LANGUAGE TypeFamilies, StandaloneDeriving, FlexibleInstances, FlexibleContexts, UndecidableInstances, RecordWildCards, OverloadedStrings, TypeSynonymInstances, MultiParamTypeClasses #-}
-module JVM.Assembler where
+{-# LANGUAGE TypeFamilies, StandaloneDeriving, FlexibleInstances,
+   FlexibleContexts, UndecidableInstances, RecordWildCards, OverloadedStrings,
+   TypeSynonymInstances, MultiParamTypeClasses #-}
+-- | This module declares data type for JVM instructions, and BinaryState
+-- instances to read/write them.
+module JVM.Assembler 
+  (Instruction (..),
+   ArrayType (..),
+   Code (..),
+   IMM (..),
+   CMP (..)
+  )
+  where
 
 import Control.Monad
 import Control.Applicative
 import Data.Ix (inRange)
 
 import Control.Monad
 import Control.Applicative
 import Data.Ix (inRange)
-import Data.List
+import Data.List (intercalate)
 import Data.Word
 import Data.Bits
 import qualified Data.Binary as Binary
 import qualified Data.Binary.Get as Get
 import Data.Char
 import Data.Word
 import Data.Bits
 import qualified Data.Binary as Binary
 import qualified Data.Binary.Get as Get
 import Data.Char
-import Data.String
 import qualified Data.ByteString.Lazy as B
 import Data.Array
 import qualified Data.Set as S
 import qualified Data.Map as M
 
 import Data.BinaryState
 import qualified Data.ByteString.Lazy as B
 import Data.Array
 import qualified Data.Set as S
 import qualified Data.Map as M
 
 import Data.BinaryState
+import JVM.ClassFile
 import JVM.Types
 
 import JVM.Types
 
+-- | Immediate constant. Corresponding value will be added to base opcode.
 data IMM =
 data IMM =
-    I0
-  | I1
-  | I2
-  | I3
+    I0     -- ^ 0
+  | I1     -- ^ 1
+  | I2     -- ^ 2
+  | I3     -- ^ 3
   deriving (Eq, Ord, Enum, Show)
 
   deriving (Eq, Ord, Enum, Show)
 
+-- | Comparation operation type. Not all CMP instructions support all operations.
 data CMP =
     C_EQ
   | C_NE
 data CMP =
     C_EQ
   | C_NE
@@ -35,196 +48,261 @@ data CMP =
   | C_LE
   deriving (Eq, Ord, Enum, Show)
 
   | C_LE
   deriving (Eq, Ord, Enum, Show)
 
-newtype Code = Code [Instruction]
+-- | Format of Code method attribute.
+data Code = Code {
+    codeStackSize :: Word16,
+    codeMaxLocals :: Word16,
+    codeLength :: Word32,
+    codeInstructions :: [Instruction],
+    codeExceptionsN :: Word16,
+    codeExceptions :: [CodeException],
+    codeAttrsN :: Word16,
+    codeAttributes :: [AttributeInfo] }
   deriving (Eq, Show)
 
   deriving (Eq, Show)
 
+-- | Exception descriptor
+data CodeException = CodeException {
+    eStartPC :: Word16,
+    eEndPC :: Word16,
+    eHandlerPC :: Word16,
+    eCatchType :: Word16 }
+  deriving (Eq, Show)
+
+instance BinaryState Integer CodeException where
+  put (CodeException {..}) = do
+    put eStartPC
+    put eEndPC
+    put eHandlerPC
+    put eCatchType
+
+  get = CodeException <$> get <*> get <*> get <*> get
+
+instance BinaryState Integer AttributeInfo where
+  put a = do
+    let sz = 6 + attributeLength a      -- full size of AttributeInfo structure
+    liftOffset (fromIntegral sz) Binary.put a
+
+  get = getZ
+
 instance BinaryState Integer Code where
 instance BinaryState Integer Code where
-  put (Code list) = forM_ list put
+  put (Code {..}) = do
+    put codeStackSize
+    put codeMaxLocals
+    put codeLength
+    forM_ codeInstructions put
+    put codeExceptionsN
+    forM_ codeExceptions put
+    put codeAttrsN
+    forM_ codeAttributes put
 
   get = do
 
   get = do
-    end <- isEmpty
-    if end
-      then return $ Code []
-      else do
-           x <- get
-           (Code next) <- get
-           return $ Code (x: next)
+    stackSz <- get
+    locals <- get
+    len <- get
+    bytes <- replicateM (fromIntegral len) get
+    let bytecode = B.pack bytes
+        code = decodeWith readInstructions 0 bytecode
+    excn <- get
+    excs <- replicateM (fromIntegral excn) get
+    nAttrs <- get
+    attrs <- replicateM (fromIntegral nAttrs) get
+    return $ Code stackSz locals len code excn excs nAttrs attrs
+
+-- | Read sequence of instructions (to end of stream)
+readInstructions :: GetState Integer [Instruction]
+readInstructions = do
+   end <- isEmpty
+   if end
+     then return []
+     else do
+          x <- get
+          next <- readInstructions
+          return (x: next)
 
 
+-- | JVM instruction set
 data Instruction =
 data Instruction =
-    NOP            -- 0
-  | ACONST_NULL    -- 1
-  | ICONST_M1      -- 2
-  | ICONST_0       -- 3
-  | ICONST_1       -- 4
-  | ICONST_2       -- 5
-  | ICONST_3       -- 6
-  | ICONST_4       -- 7
-  | ICONST_5       -- 8
-  | LCONST_0       -- 9
-  | LCONST_1       -- 10
-  | FCONST_0       -- 11
-  | FCONST_1       -- 12
-  | FCONST_2       -- 13
-  | DCONST_0       -- 14
-  | DCONST_1       -- 15
-  | BIPUSH Word8   -- 16
-  | SIPUSH Word16  -- 17
-  | LDC1 Word8     -- 18
-  | LDC2 Word16    -- 19
-  | LDC2W Word16   -- 20
-  | ILOAD Word8    -- 21
-  | LLOAD Word8    -- 22
-  | FLOAD Word8    -- 23
-  | DLOAD Word8    -- 24
-  | ALOAD Word8    -- 25
-  | ILOAD_ IMM     -- 26, 27, 28, 29
-  | LLOAD_ IMM     -- 30, 31, 32, 33
-  | FLOAD_ IMM     -- 34, 35, 36, 37
-  | DLOAD_ IMM     -- 38, 39, 40, 41
-  | ALOAD_ IMM     -- 42, 43, 44, 45
-  | IALOAD         -- 46
-  | LALOAD         -- 47
-  | FALOAD         -- 48
-  | DALOAD         -- 49
-  | AALOAD         -- 50
-  | BALOAD         -- 51
-  | CALOAD         -- 52
-  | SALOAD         -- 53
-  | ISTORE Word8   -- 54
-  | LSTORE Word8   -- 55
-  | FSTORE Word8   -- 56
-  | DSTORE Word8   -- 57
-  | ASTORE Word8   -- 58
-  | ISTORE_ IMM    -- 59, 60, 61, 62
-  | LSTORE_ IMM    -- 63, 64, 65, 66
-  | FSTORE_ IMM    -- 67, 68, 69, 70
-  | DSTORE_ IMM    -- 71, 72, 73, 74
-  | ASTORE_ IMM    -- 75, 76, 77, 78
-  | IASTORE        -- 79
-  | LASTORE        -- 80
-  | FASTORE        -- 81
-  | DASTORE        -- 82
-  | AASTORE        -- 83
-  | BASTORE        -- 84
-  | CASTORE        -- 85
-  | SASTORE        -- 86
-  | POP            -- 87
-  | POP2           -- 88
-  | DUP            -- 89
-  | DUP_X1         -- 90
-  | DUP_X2         -- 91
-  | DUP2           -- 92
-  | DUP2_X1        -- 93 
-  | DUP2_X2        -- 94
-  | SWAP           -- 95
-  | IADD           -- 96
-  | LADD           -- 97
-  | FADD           -- 98
-  | DADD           -- 99
-  | ISUB           -- 100
-  | LSUB           -- 101
-  | FSUB           -- 102
-  | DSUB           -- 103
-  | IMUL           -- 104
-  | LMUL           -- 105
-  | FMUL           -- 106
-  | DMUL           -- 107
-  | IDIV           -- 108
-  | LDIV           -- 109
-  | FDIV           -- 110
-  | DDIV           -- 111
-  | IREM           -- 112
-  | LREM           -- 113
-  | FREM           -- 114
-  | DREM           -- 115
-  | INEG           -- 116
-  | LNEG           -- 117
-  | FNEG           -- 118
-  | DNEG           -- 119
-  | ISHL           -- 120
-  | LSHL           -- 121
-  | ISHR           -- 122
-  | LSHR           -- 123
-  | IUSHR          -- 124
-  | LUSHR          -- 125
-  | IAND           -- 126
-  | LAND           -- 127
-  | IOR            -- 128
-  | LOR            -- 129
-  | IXOR           -- 130
-  | LXOR           -- 131
-  | IINC Word8 Word8       -- 132
-  | I2L                    -- 133
-  | I2F                    -- 134
-  | I2D                    -- 135
-  | L2I                    -- 136
-  | L2F                    -- 137
-  | L2D                    -- 138
-  | F2I                    -- 139
-  | F2L                    -- 140
-  | F2D                    -- 141
-  | D2I                    -- 142
-  | D2L                    -- 143
-  | D2F                    -- 144
-  | I2B                    -- 145
-  | I2C                    -- 146
-  | I2S                    -- 147
-  | LCMP                   -- 148
-  | FCMP CMP               -- 149, 150
-  | DCMP CMP               -- 151, 152
-  | IF CMP                 -- 153, 154, 155, 156, 157, 158
-  | IF_ACMP CMP Word16     -- 165, 166
-  | IF_ICMP CMP Word16     -- 159, 160, 161, 162, 163, 164
-  | GOTO                   -- 167
-  | JSR Word16             -- 168
-  | RET                    -- 169
-  | TABLESWITCH Word32 Word32 Word32 [Word32]     -- 170
-  | LOOKUPSWITCH Word32 Word32 [(Word32, Word32)] -- 171
-  | IRETURN                -- 172
-  | LRETURN                -- 173
-  | FRETURN                -- 174
-  | DRETURN                -- 175
-  | RETURN                 -- 177
-  | GETSTATIC Word16       -- 178
-  | PUTSTATIC Word16       -- 179
-  | GETFIELD Word16        -- 180
-  | PUTFIELD Word16        -- 181
-  | INVOKEVIRTUAL Word16   -- 182
-  | INVOKESPECIAL Word16   -- 183
-  | INVOKESTATIC Word16    -- 184
-  | INVOKEINTERFACE Word16 Word8 -- 185
-  | NEW Word16             -- 187
-  | NEWARRAY Word8         -- 188, see ArrayType
-  | ANEWARRAY Word16       -- 189
-  | ARRAYLENGTH            -- 190
-  | ATHROW                 -- 191
-  | CHECKCAST Word16       -- 192
-  | INSTANCEOF Word16      -- 193
-  | MONITORENTER           -- 194
-  | MONITOREXIT            -- 195
-  | WIDE Word8 Instruction -- 196
-  | MULTINANEWARRAY Word16 Word8 -- 197
-  | IFNULL Word16          -- 198
-  | IFNONNULL Word16       -- 199
-  | GOTO_W Word32          -- 200
-  | JSR_W Word32           -- 201
+    NOP            -- ^ 0
+  | ACONST_NULL    -- ^ 1
+  | ICONST_M1      -- ^ 2
+  | ICONST_0       -- ^ 3
+  | ICONST_1       -- ^ 4
+  | ICONST_2       -- ^ 5
+  | ICONST_3       -- ^ 6
+  | ICONST_4       -- ^ 7
+  | ICONST_5       -- ^ 8
+  | LCONST_0       -- ^ 9
+  | LCONST_1       -- ^ 10
+  | FCONST_0       -- ^ 11
+  | FCONST_1       -- ^ 12
+  | FCONST_2       -- ^ 13
+  | DCONST_0       -- ^ 14
+  | DCONST_1       -- ^ 15
+  | BIPUSH Word8   -- ^ 16
+  | SIPUSH Word16  -- ^ 17
+  | LDC1 Word8     -- ^ 18
+  | LDC2 Word16    -- ^ 19
+  | LDC2W Word16   -- ^ 20
+  | ILOAD Word8    -- ^ 21
+  | LLOAD Word8    -- ^ 22
+  | FLOAD Word8    -- ^ 23
+  | DLOAD Word8    -- ^ 24
+  | ALOAD Word8    -- ^ 25
+  | ILOAD_ IMM     -- ^ 26, 27, 28, 29
+  | LLOAD_ IMM     -- ^ 30, 31, 32, 33
+  | FLOAD_ IMM     -- ^ 34, 35, 36, 37
+  | DLOAD_ IMM     -- ^ 38, 39, 40, 41
+  | ALOAD_ IMM     -- ^ 42, 43, 44, 45
+  | IALOAD         -- ^ 46
+  | LALOAD         -- ^ 47
+  | FALOAD         -- ^ 48
+  | DALOAD         -- ^ 49
+  | AALOAD         -- ^ 50
+  | BALOAD         -- ^ 51
+  | CALOAD         -- ^ 52
+  | SALOAD         -- ^ 53
+  | ISTORE Word8   -- ^ 54
+  | LSTORE Word8   -- ^ 55
+  | FSTORE Word8   -- ^ 56
+  | DSTORE Word8   -- ^ 57
+  | ASTORE Word8   -- ^ 58
+  | ISTORE_ IMM    -- ^ 59, 60, 61, 62
+  | LSTORE_ IMM    -- ^ 63, 64, 65, 66
+  | FSTORE_ IMM    -- ^ 67, 68, 69, 70
+  | DSTORE_ IMM    -- ^ 71, 72, 73, 74
+  | ASTORE_ IMM    -- ^ 75, 76, 77, 78
+  | IASTORE        -- ^ 79
+  | LASTORE        -- ^ 80
+  | FASTORE        -- ^ 81
+  | DASTORE        -- ^ 82
+  | AASTORE        -- ^ 83
+  | BASTORE        -- ^ 84
+  | CASTORE        -- ^ 85
+  | SASTORE        -- ^ 86
+  | POP            -- ^ 87
+  | POP2           -- ^ 88
+  | DUP            -- ^ 89
+  | DUP_X1         -- ^ 90
+  | DUP_X2         -- ^ 91
+  | DUP2           -- ^ 92
+  | DUP2_X1        -- ^ 93 
+  | DUP2_X2        -- ^ 94
+  | SWAP           -- ^ 95
+  | IADD           -- ^ 96
+  | LADD           -- ^ 97
+  | FADD           -- ^ 98
+  | DADD           -- ^ 99
+  | ISUB           -- ^ 100
+  | LSUB           -- ^ 101
+  | FSUB           -- ^ 102
+  | DSUB           -- ^ 103
+  | IMUL           -- ^ 104
+  | LMUL           -- ^ 105
+  | FMUL           -- ^ 106
+  | DMUL           -- ^ 107
+  | IDIV           -- ^ 108
+  | LDIV           -- ^ 109
+  | FDIV           -- ^ 110
+  | DDIV           -- ^ 111
+  | IREM           -- ^ 112
+  | LREM           -- ^ 113
+  | FREM           -- ^ 114
+  | DREM           -- ^ 115
+  | INEG           -- ^ 116
+  | LNEG           -- ^ 117
+  | FNEG           -- ^ 118
+  | DNEG           -- ^ 119
+  | ISHL           -- ^ 120
+  | LSHL           -- ^ 121
+  | ISHR           -- ^ 122
+  | LSHR           -- ^ 123
+  | IUSHR          -- ^ 124
+  | LUSHR          -- ^ 125
+  | IAND           -- ^ 126
+  | LAND           -- ^ 127
+  | IOR            -- ^ 128
+  | LOR            -- ^ 129
+  | IXOR           -- ^ 130
+  | LXOR           -- ^ 131
+  | IINC Word8 Word8       -- ^ 132
+  | I2L                    -- ^ 133
+  | I2F                    -- ^ 134
+  | I2D                    -- ^ 135
+  | L2I                    -- ^ 136
+  | L2F                    -- ^ 137
+  | L2D                    -- ^ 138
+  | F2I                    -- ^ 139
+  | F2L                    -- ^ 140
+  | F2D                    -- ^ 141
+  | D2I                    -- ^ 142
+  | D2L                    -- ^ 143
+  | D2F                    -- ^ 144
+  | I2B                    -- ^ 145
+  | I2C                    -- ^ 146
+  | I2S                    -- ^ 147
+  | LCMP                   -- ^ 148
+  | FCMP CMP               -- ^ 149, 150
+  | DCMP CMP               -- ^ 151, 152
+  | IF CMP                 -- ^ 153, 154, 155, 156, 157, 158
+  | IF_ICMP CMP Word16     -- ^ 159, 160, 161, 162, 163, 164
+  | IF_ACMP CMP Word16     -- ^ 165, 166
+  | GOTO                   -- ^ 167
+  | JSR Word16             -- ^ 168
+  | RET                    -- ^ 169
+  | TABLESWITCH Word32 Word32 Word32 [Word32]     -- ^ 170
+  | LOOKUPSWITCH Word32 Word32 [(Word32, Word32)] -- ^ 171
+  | IRETURN                -- ^ 172
+  | LRETURN                -- ^ 173
+  | FRETURN                -- ^ 174
+  | DRETURN                -- ^ 175
+  | RETURN                 -- ^ 177
+  | GETSTATIC Word16       -- ^ 178
+  | PUTSTATIC Word16       -- ^ 179
+  | GETFIELD Word16        -- ^ 180
+  | PUTFIELD Word16        -- ^ 181
+  | INVOKEVIRTUAL Word16   -- ^ 182
+  | INVOKESPECIAL Word16   -- ^ 183
+  | INVOKESTATIC Word16    -- ^ 184
+  | INVOKEINTERFACE Word16 Word8 -- ^ 185
+  | NEW Word16             -- ^ 187
+  | NEWARRAY Word8         -- ^ 188, see @ArrayType@
+  | ANEWARRAY Word16       -- ^ 189
+  | ARRAYLENGTH            -- ^ 190
+  | ATHROW                 -- ^ 191
+  | CHECKCAST Word16       -- ^ 192
+  | INSTANCEOF Word16      -- ^ 193
+  | MONITORENTER           -- ^ 194
+  | MONITOREXIT            -- ^ 195
+  | WIDE Word8 Instruction -- ^ 196
+  | MULTINANEWARRAY Word16 Word8 -- ^ 197
+  | IFNULL Word16          -- ^ 198
+  | IFNONNULL Word16       -- ^ 199
+  | GOTO_W Word32          -- ^ 200
+  | JSR_W Word32           -- ^ 201
   deriving (Eq, Show)
 
   deriving (Eq, Show)
 
+-- ^ JVM array type (primitive types)
 data ArrayType =
 data ArrayType =
-    T_BOOLEAN  -- 4
-  | T_CHAR     -- 5
-  | T_FLOAT    -- 6
-  | T_DOUBLE   -- 7
-  | T_BYTE     -- 8
-  | T_SHORT    -- 9
-  | T_INT      -- 10
-  | T_LONG     -- 11
+    T_BOOLEAN  -- ^ 4
+  | T_CHAR     -- ^ 5
+  | T_FLOAT    -- ^ 6
+  | T_DOUBLE   -- ^ 7
+  | T_BYTE     -- ^ 8
+  | T_SHORT    -- ^ 9
+  | T_INT      -- ^ 10
+  | T_LONG     -- ^ 11
   deriving (Eq, Show, Enum)
 
   deriving (Eq, Show, Enum)
 
-imm :: Word8 -> (IMM -> Instruction) -> Word8 -> GetState s Instruction
+-- ^ Parse opcode with immediate constant
+imm :: Word8                   -- ^ Base opcode
+    -> (IMM -> Instruction)    -- ^ Instruction constructor
+    -> Word8                   -- ^ Opcode to parse
+    -> GetState s Instruction
 imm base constr x = return $ constr $ toEnum $ fromIntegral (x-base)
 
 imm base constr x = return $ constr $ toEnum $ fromIntegral (x-base)
 
-putImm :: Word8 -> IMM -> PutState Integer ()
+-- ^ Put opcode with immediate constant
+putImm :: Word8                -- ^ Base opcode
+       -> IMM                  -- ^ Constant to add to opcode
+       -> PutState Integer ()
 putImm base i = putByte $ base + (fromIntegral $ fromEnum i)
 
 atype2byte :: ArrayType -> Word8
 putImm base i = putByte $ base + (fromIntegral $ fromEnum i)
 
 atype2byte :: ArrayType -> Word8
@@ -255,12 +333,20 @@ instance BinaryState Integer ArrayType where
 
   put t = putByte (atype2byte t)
 
 
   put t = putByte (atype2byte t)
 
-put1 :: (BinaryState Integer a) => Word8 -> a -> PutState Integer ()
+-- ^ Put opcode with one argument
+put1 :: (BinaryState Integer a)
+      => Word8                  -- ^ Opcode
+      -> a                      -- ^ First argument
+      -> PutState Integer ()
 put1 code x = do
   putByte code
   put x
 
 put1 code x = do
   putByte code
   put x
 
-put2 :: (BinaryState Integer a, BinaryState Integer b) => Word8 -> a -> b -> PutState Integer ()
+put2 :: (BinaryState Integer a, BinaryState Integer b)
+     => Word8                   -- ^ Opcode
+     -> a                       -- ^ First argument
+     -> b                       -- ^ Second argument
+     -> PutState Integer ()
 put2 code x y = do
   putByte code
   put x
 put2 code x y = do
   putByte code
   put x
Moved to http://github.com/MateVM -- data types for Java .class files format and functions to assemble/disassemble Java bytecode