\section{Bytecodegenerierung}
Die Bytecodegenerierung ist letztendlich eine zweistufige Transformation:

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\texttt{Getypter AST -> [ClassFile] -> [[Word8]]}
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Vom AST, der bereits den Typcheck durchlaufen hat, wird zunächst eine Abbildung in die einzelnen ClassFiles vorgenommen.
Diese ClassFiles werden anschließend in deren Byte-Repräsentation serialisiert.

\subsection{Codegenerierung}
Für die erste der beiden Transformationen (\texttt{Getypter AST -> [ClassFile]}) werden die Konzepte der ``Builder'' und ``Assembler'' eingeführt.
Sie sind wie folgt definiert:

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\begin{lstlisting}[language=haskell]
    type ClassFileBuilder a = a -> ClassFile -> ClassFile
    type Assembler a = ([ConstantInfo], [Operation], [String]) -> a
                    -> ([ConstantInfo], [Operation], [String])
\end{lstlisting}
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Die Idee hinter beiden ist, dass sie jeweils zwei Inputs haben, wobei der Rückgabewert immer den gleichen Typ hat wie einer der Inputs.
Das erlaubt es, eine Faltung durchzuführen. Ein ClassFileBuilder z.B bekommt als ersten Parameter den AST,
und als zweiten Parameter (und Rückgabewert) eine ClassFile. Soll nun eine Klasse gebaut werden,
wird der ClassFileBuilder mit dem AST und einer leeren ClassFile aufgerufen.
Der Zustand dieser anfangs leeren ClassFile wird durch alle folgenden Builder/Assembler durchgeschleift, was es erlaubt,
nach und nach kleinere Transformationen auf sie anzuwenden. Der Nutzer ruft beispielsweise die Funktion \texttt{classBuilder} auf.
Diese wendet nach und nach folgende Transformationen an:

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\begin{enumerate}
    \item Allen Konstruktoren werden Initialisierer aller Felder hinzugefügt
    \item Für jedes Feld der Klasse wird ein Eintrag im Konstantenpool \& der Classfile erstellt
    \item Für jede Methode wird ein Eintrag im Konstantenpool \& der Classfile erstellt
    \item Allen Methoden wird der zugehörige Bytecode erstellt und zugewiesen
    \item Allen Konstruktoren wird der zugehörige Bytecode erstellt und zugewiesen
\end{enumerate}
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Die Unterteilung von Deklaration der Methoden/Konstruktoren und Bytecodeerzeugung ist deswegen notwendig,
weil der Code einer Methode auch eine andere, erst nachher deklarierte Methode aufrufen kann.
Nach dem Hinzufügen der Deklarationen sind alle Methoden/Konstruktoren der Klasse bekannt.
Wie oben beschrieben wird auch hier der Zustand über alle Faltungen mitgenommen.
Jeder Schritt hat Zugriff auf alle Daten, die aus dem vorherigen Schritt bleiben. Sukzessive wird eine korrekte ClassFile aufgebaut.
Besonders interessant sind hierbei die beiden letzten Schritte. Dort wird das Verhalten jeder einzelnen Methode/Konstruktor in Bytecode übersetzt.
In diesem Schritt werden zusätzlich zu den \texttt{Buildern} noch die \texttt{Assembler} verwendet (Definition siehe oben.).
Die Assembler funktionieren ähnlich wie die Builder, arbeiten allerdings nicht auf einer ClassFile, sondern auf dem Inhalt einer Methode;
Sie verarbeiten jeweils ein Tupel der Form:

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\texttt{([ConstantInfo], [Operation], [String])}
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Dieses repräsentiert:

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\texttt{(Konstantenpool, Bytecode, Lokale Variablen)}
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In der Praxis werden meist nur Bytecode und Konstanten hinzugefügt. Prinzipiell können Assembler auch Code/Konstanten entfernen oder modifizieren.
Als Beispiel dient hier der Assembler \texttt{assembleExpression}:

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\begin{lstlisting}[language=haskell]
assembleExpression (constants, ops, lvars) (TypedExpression _ NullLiteral)
    = (constants, ops ++ [Opaconst_null], lvars)
\end{lstlisting}
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Hier werden die Konstanten und lokalen Variablen des Inputs nicht berührt, dem Bytecode wird lediglich die Operation \texttt{aconst\_null} hinzugefügt.
Damit ist das Verhalten des gematchten Inputs - eines Nullliterals - abgebildet.
Die Assembler rufen sich teilweise rekursiv selbst auf, da ja auch der AST verschachteltes Verhalten abbilden kann.
Der Startpunkt für die Assembly einer Methode ist der Builder \texttt{methodAssembler}. Dieser entspricht Schritt 3 in der obigen Übersicht.

\subsection{Serialisierung}
Damit Bytecode generiert werden kann, braucht es Strukturen, die die Daten halten, die letztendlich serialisiert werden.
Die JVM erwartet den kompilierten Code in handliche Pakete verpackt.
Die Struktur dieser Pakete ist \href{https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se7/html/jvms-4.html}{hier dokumentiert}.
Jede Struktur, die in dieser übergreifenden Class File vorkommt, haben wir in Haskell abgebildet.
Es gibt z.B die Struktur "ClassFile", die wiederum weitere Strukturen wie z.B Informationen über Felder oder Methoden der Klasse beinhaltet.
Alle diese Strukturen implementieren folgende TypeClass:

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\begin{lstlisting}[language=haskell]
    class Serializable a where
        serialize :: a -> [Word8]
\end{lstlisting}
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Hier ist ein Beispiel anhand der Serialisierung der einzelnen Operationen:

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\begin{lstlisting}[language=haskell]
instance Serializable Operation where
    serialize Opiadd                    = [0x60]
    serialize Opisub                    = [0x64]
    serialize Opimul                    = [0x68]
    ...
    serialize (Opgetfield index)        = 0xB4 : unpackWord16 index
\end{lstlisting}
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Die Struktur ClassFile ruft für deren Kinder rekursiv diese \texttt{serialize} Funktion auf und konkateniert die Ergebnisse.
Am Ende bleibt eine flache Word8-Liste übrig, die Serialisierung ist damit abgeschlossen.
Da der Typecheck sicherstellt, dass alle referenzierten Methoden/Felder gültig sind,
kann die Übersetzung der einzelnen Klassen voneinander unabhängig geschehen.
