객체변수는 왜 주소값이 아닌 참조값을 받는지요?

Java Virtual Machine spec 에는 class file, bytecode instruction format이 정의되어 있습니다. 아마도 가장 확실한 대답은 JVM spec을 참조하시면 될 것입니다.

그럼 질문하신 내용에 대한 제 생각을 말씀드리겠습니다.

첫번째,
Java의 object가 hash로 표현된다는 것은 잘못 알고 계신 듯 합니다.
우선 hash:object는 1:1 mapping이 아닙니다. 1:N이지요.
bytecode에서 object의 type은 reference type입니다. spec에는 단지 reference type이 4byte라는 정의 정도만 있습니다. 이를 실제 어떻게 구현하는 지는 VM 개발자의 몫입니다.

예를 들어, 실제 object가 저장되어 있는 메모리 주소(32bit machine에서는 4byte)를 직접 사용할 수도 있고, garbage collection 등의 문제 때문에 indirect referencing을 할 수도 있습니다.
그리고, bytecode에서 object의 주소 또는 reference의 실제 값은 어디에도 없습니다. Platform independency를 지켜주기 위함이죠. 따라서 동일한 .class 파일이 Windows, Unix, Linux 등 여러 플랫폼에서 동작할 수 있습니다. 어차피 machine code로 변환(JIT compiler가 있을 경우)된다고 해서 .class file에 machine code를 넣어 두면 Platform independency가 깨질 것입니다.

두번째,
두번째 질문은 잘 이해가 안됩니다만, Java primitive type 역시 spec에 정의되어 있습니다. int(4 byte), long(8byte), float(4byte, IEEE-754) 등등으로 정의되며, bytecode에서의 primitive constant들은 Big endian으로 표현됩니다.

세번째,
전반적으로 spec을 보시면 도움이 되실 듯 합니다. bytecode의 모든 operation은 symbol을 토대로 이루어집니다. 이는 dynamic loading을 가능하게 해줍니다. 실제 JVM spec에서는 Unix에서처럼 symbol table이라 하지 않고 Constant pool이라고 부릅니다. primitive constant, String constant, Class constant, Field constant 등 모든 것이 symbol로 표현됩니다. 이러한 symbol들을 실제 value 또는 reference 등으로 연결시켜 주는 것은 VM의 몫이 맞습니다.

예를 들어 말씀하신 Sun a = new Sun();의 경우 bytecode로는 다음과 같이 표현됩니다.

new "Sun"  // "Sun"이라는 이름의 클래스를 로딩합니다.(아직 로딩되지 않았다면)
dup  // stack top element를 복사합니다.
invokespecial "Sun()"  // stack top element에 들어 있는 object에서 "Sun()" 이름의 constructor method를 호출합니다.
astore_3  // stack top element를 local variable array index 3에 저장합니다(Java compiler가 변수 a를 local index 3에 저장되도록 compile 했다면)

위의 bytecode에서 보시는 것처럼 역시 주소는 어디에도 없습니다. PC register는 program counter, 즉 현재 실행되는 bytecode instruction pointer를 의미합니다. 물론 virtual machine이니까 virtual한 개념입니다. VM은 이를 real machine에서 구현해 주어야 하는 것입니다.

PC register는 constant pool과는 관계가 없습니다. Interpreter 방식을 예로 들면, 위의 bytecode에서 첫번째 instruction인 new를 보면 "Sun"이라는 Symbol에 해당하는 constant pool index가 나오면(즉 bytecode 자체에 string이 들어가 있는 것이 아닙니다. 위의 코드에는 편의상 "Sun"이라고 쓴 것입니다) 이를 현재 class의 constant pool을 통해 "Sun"이라는 string을 얻어옵니다. 그럼 VM은 "Sun"이라는 이름의 클래스를 loading하거나 이미 loading된 table에서 찾아서 그의 reference를 stack top에 push하는 것입니다. 이 때 stack에 push된 reference는 뒤에서 실제 constructor를 호출하는 invokespecial instruction과 local array에 저장하는 astore instruction에서 사용되는 것입니다.

장황하게 쓴 감이 있습니다만, 조금이라도 이해하시는 데 도움이 되면 좋겠습니다.

코더에서 프로그래머까지다