[一]class 文件浅析 .class文件格式详解 字段方法属性常量池字段 class文件属性表 数据类型 数据结构

class文件包含了java虚拟机指令集 和  符号表   以及若干其他辅助信息.   class文件是一组以8位字节为基础单位的二进制字节流 各个数据项按照顺序紧凑的排列在Class文件中,中间没有任何分隔符号  class文件采用类似 c结构体的格式存储数据 数据类型只有两种 无符号数  和 类c结构体的 表  表是由无符号数或者其他的表构成的   整个class文件就是一张表 无论无符号数还是表,当需要描述同一类型但数量不定的多个数据时,经常会使用一个前置的容量计数器用于指示接下来的数据个数,然后是若干个连续的数据项    class文件主要内容为:  类本身的信息  字段 方法  常量池 以及方法中的Code属性  再就是一些相关的辅助信息  类本身的信息类本身有一些必备的描述信息,比如类名 访问修饰符 继承关系等 字段用于描述接口或者类中声明的变量 字段包括类变量以及实例变量,不包括局部变量 他有访问标志 名称 描述符信息 方法用于描述方法表信息  类似字段 也有访问标志 名称 描述符信息 常量池可以理解为Class文件的资源仓库,所以他是与其他项目关联最多的数据类型 主要是两大类:  字面量 以及符号引用  字面量接近java语言层面的常量概念 比如文本字符串  声明为final常量的值 符号引用包括: 类和接口的全限定名 字段的名称和描述符 方法的名称和描述符 虚拟机加载class文件的时候动态链接,所以class文件中不会保存方法的最终内存布局, 还需要转换 虚拟机运行时从常量池中获得对应的符号引用,然后在创建或者运行时解析翻译到具体的内存地址中 Code属性存放的Java方法的内容,位于方法method_info  内 存放的是java方法经过编译器编译成的字节码指令  说白了存放的就是代码的编译后形式   概述: class文件作为JVM的"机器语言" 主要包括两部分的信息,基础信息以及附加信息 基础信息为源代码中呈现的信息 类自身信息/字段/方法用于描述源代码中的类/字段/方法 常量池中保存了资源信息,比如字段的名字 方法的描述符等 方法中的code属性保存了方法中的代码的执行逻辑 额外信息为虚拟机执行过程中或者字节码指令执行所需要的信息 为了保证虚拟机能够正确的加载class文件 另外虚拟机加载类还需要做一些额外的工作比如校验信息等 字节码指令的执行可能还需要一些额外的信息 这些额外的信息通常也是保存在常量池中或者以属性的形式出现

struct 结构体名 {     类型名1 成员名1;     类型名2 成员名2;                         .....     类型名n 成员名n; };

ps: 所谓大小端

class文件的形式是一张巨大的表,是一个二进制字节流 只有两种数据表示形式 无符号数   以及   表(结构体 复合的数据结构) 各个数据项严格的按照顺序存放,之间没有填充或者对齐,这也是为何编译后代码如此紧凑的原因之一 基本数据类型为: u1  u2   u4  u8

第一项 u4            magic   复合class文件魔数设置0xCAFEBABE

第二项  u2            minor_version第三项  u2            major_version所以说 主版本号为 52(34是十六进制) 次版本号为0与javap解析后的数据吻合

第四项 u2            constant_pool_count十六机制27  十进制39可以看到javap解析后的Constant pool:中总共有从#1 到 #38  常量池计数器constant_pool_count的值等于常量表中的成员数加1常量池标的索引值只有大于0 且小于constant_pool_count时才有效所以此处解析也是对的

第五项 cp_info        constant_pool[constant_pool_count-1]他是常量池常量池表中的所有项目的格式为 cp_info{ u1 tag; u1 info[]; } 此处只是一个格式,表示有一个tag u1  还有不定个数的u1具体形式由tag的值决定因为常量池计数为39 常量池中个数为[constant_pool_count-1]所以是38也就是接下来会有38个{u1 和 多个u1 } 这种形式的数据组合第一个tagtag = 7 表示 CONSTNT_Class结构为 CONSTANT_Class_info{ u1 tag; u2 name_index; } 所以tag 之后,接下来有一个u2 表示name_indexname_index 的值是常量池中的一个索引他指向的是2号索引也就是在接下来的一个u1  是下一个常量池数据项的tagtag 为1 表示CONSTANT_Utf8他的结构为 CONSTANT_Utf8_info{ u1 tag; u2 length; u1 bytes[length]; } 所以接下来的两个为length 表示长度为10在接下来是数组的起始地址,长度为10那么就是10个u1我们翻一下ASCII码表,对照下十六进制与字符48        H65        e6C        l6C        l6F        o57        W6F        o72        r6C        l64        d  也就是HelloWorld  这其实就是我们的类名

形式是 FieldType

B

byte

[基本类型]  有符号的字节数组

形式是 ( {ParameterDescriptor} ) ReturnDescriptor 注意:    {}  不是一部分,是想表达和数组似的,也可能是多个

名称

值

主要分为两类  字面量  符号引用 字面量类似java语言层面的含义  文本字符串 声明为final 的常量值 符号引用包括: 类和接口的全限定名 字段的名称和描述符 方法的名称和描述符   常量池包含了class文件结构及其子结构中引用的所有的,字符串常量,类或者接口名,字段名,以及其他常量

基本数据类型,比如 int long的描述形式, 虽然class文件是二进制字节流,最小为u1  但是这些基本数据类型在逻辑意义上来说,才是最小的描述单位

CONSTANT_Class

7

字符串常量

int整型 4字节

单精度浮点型 float 4字节

long 长整型 8字节

双精度浮点型 double 8字节

String类型的常量对象

方法类型

类或接口

字段

方法

接口方法

方法调用

用于表示invokedynamic指令

字段

ACC_PUBLIC

0x0001

字段是否为public  可以包外访问

方法

ACC_PUBLIC

0x0001

方法是否为public 包外访问

1.对于JVM 正确解读class文件起关键作用的5个属性 • ConstantValue • Code • StackMapTable • Exceptions • BootstrapMethods

属性

位置

备注

首次出现版本号

classFile

SourceFile InnerClasses EnclosingMethod SourceDebugExtension BootstrapMethods Synthetic Deprecated Signature RuntimeVisibleAnnotations, RuntimeInvisibleAnnotations RuntimeVisibleTypeAnnotations, RuntimeInvisibleTypeAnnotations

ConstantValue_attribute {     u2 attribute_name_index;     u4 attribute_length;     u2 constantvalue_index; }

Code_attribute {     u2 attribute_name_index;     u4 attribute_length;     u2 max_stack;     u2 max_locals;     u4 code_length;     u1 code[code_length];     u2 exception_table_length;     {   u2 start_pc;         u2 end_pc;         u2 handler_pc;         u2 catch_type;     } exception_table[exception_table_length];     u2 attributes_count;     attribute_info attributes[attributes_count]; }

ps: 虚拟机栈是线程私有的，每创建一个线程，虚拟机就会为这个线程创建一个虚拟机栈 虚拟机栈表示Java方法执行的内存模型，每调用一个方法就会为每个方法生成一个栈帧（Stack Frame），用来存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。 每个方法被调用和完成的过程，都对应一个栈帧从虚拟机栈上入栈和出栈的过程。 虚拟机栈的生命周期和线程是相同的

StackMapTable_attribute {     u2              attribute_name_index;     u4              attribute_length;     u2              number_of_entries;     stack_map_frame entries[number_of_entries]; }

union stack_map_frame {     same_frame;     same_locals_1_stack_item_frame;     same_locals_1_stack_item_frame_extended;     chop_frame;     same_frame_extended;     append_frame;     full_frame; }

Exceptions_attribute {     u2 attribute_name_index;     u4 attribute_length;     u2 number_of_exceptions;     u2 exception_index_table[number_of_exceptions]; }

BootstrapMethods_attribute {     u2 attribute_name_index;     u4 attribute_length;     u2 num_bootstrap_methods;     {  u2 bootstrap_method_ref;         u2 num_bootstrap_arguments;         u2 bootstrap_arguments[num_bootstrap_arguments];     } bootstrap_methods[num_bootstrap_methods]; }

InnerClasses_attribute {     u2 attribute_name_index;     u4 attribute_length;     u2 number_of_classes;     {   u2 inner_class_info_index;         u2 outer_class_info_index;         u2 inner_name_index;         u2 inner_class_access_flags;     } classes[number_of_classes]; }

ACC_PUBLIC

0x0001

内部类是否为public

Synthetic_attribute {     u2 attribute_name_index;     u4 attribute_length; }

Signature_attribute {     u2 attribute_name_index;     u4 attribute_length;     u2 signature_index; }

EnclosingMethod_attribute {     u2 attribute_name_index;     u4 attribute_length;     u2 class_index;     u2 method_index; }

RuntimeVisibleAnnotations_attribute {     u2         attribute_name_index;     u4         attribute_length;     u2         num_annotations;     annotation annotations[num_annotations]; }

RuntimeInvisibleAnnotations_attribute {     u2         attribute_name_index;     u4         attribute_length;     u2         num_annotations;     annotation annotations[num_annotations]; }

annotation {     u2 type_index;     u2 num_element_value_pairs;     {  u2            element_name_index;        element_value value;     } element_value_pairs[num_element_value_pairs]; }   type_index 用来表示一个字段描述符,字段描述符表示一个注解类型 和当前annotation 结构所表示的注解一致 num_element_value_pairs  表示注解中的键值对 (注解中的参数都是键值对)  的个数 element_value_pairs  代表真正的键值对 它包括 element_name_index表示键     element_value   表示值   element_value {     u1 tag;     union {         u2 const_value_index;         {   u2 type_name_index;             u2 const_name_index;         } enum_const_value;         u2 class_info_index;         annotation annotation_value;         {   u2            num_values;             element_value values[num_values];         } array_value;     } value; }   element_value 表示一个联合体 tag 使用u1 来表示键值对中的值是什么类型 也就是决定了键值对中  值的格式与value 中的哪一项相符合 联合体总共有五种 const_value_index enum_const_value class_info_index  annotation_value array_value

B

byte

const_value_index

CONSTANT_Integer

const_value_index   表示原始类型的常量值 或者String类型的字面量

RuntimeVisibleTypeAnnotations_attribute {     u2              attribute_name_index;     u4              attribute_length;     u2              num_annotations;     type_annotation annotations[num_annotations]; }

RuntimeInvisibleTypeAnnotations_attribute {     u2              attribute_name_index;     u4              attribute_length;     u2              num_annotations;     type_annotation annotations[num_annotations]; }

type_annotation {     u1 target_type;     union {         type_parameter_target;         supertype_target;         type_parameter_bound_target;         empty_target;         method_formal_parameter_target;         throws_target;         localvar_target;         catch_target;         offset_target;         type_argument_target;     } target_info;     type_path target_path;     u2        type_index;     u2        num_element_value_pairs;     {   u2            element_name_index;         element_value value;     } element_value_pairs[num_element_value_pairs]; }

RuntimeVisibleParameterAnnotations_attribute {     u2 attribute_name_index;     u4 attribute_length;     u1 num_parameters;     {   u2         num_annotations;         annotation annotations[num_annotations];     } parameter_annotations[num_parameters]; }

RuntimeInvisibleParameterAnnotations_attribute {     u2 attribute_name_index;     u4 attribute_length;     u1 num_parameters;     {   u2         num_annotations;         annotation annotations[num_annotations];     } parameter_annotations[num_parameters]; }

AnnotationDefault_attribute {     u2            attribute_name_index;     u4            attribute_length;     element_value default_value; }

MethodParameters_attribute {     u2 attribute_name_index;     u4 attribute_length;     u1 parameters_count;     {  u2 name_index;         u2 access_flags;     } parameters[parameters_count]; }

SourceFile_attribute {     u2 attribute_name_index;     u4 attribute_length;     u2 sourcefile_index; }

SourceDebugExtension_attribute {     u2 attribute_name_index;     u4 attribute_length;     u1 debug_extension[attribute_length]; }

LineNumberTable_attribute {     u2 attribute_name_index;     u4 attribute_length;     u2 line_number_table_length;     {  u2 start_pc;         u2 line_number;     } line_number_table[line_number_table_length]; }

LocalVariableTable_attribute {     u2 attribute_name_index;     u4 attribute_length;     u2 local_variable_table_length;     {  u2 start_pc;         u2 length;         u2 name_index;         u2 descriptor_index;         u2 index;     } local_variable_table[local_variable_table_length]; }

LocalVariableTypeTable_attribute {     u2 attribute_name_index;     u4 attribute_length;     u2 local_variable_type_table_length;     {  u2 start_pc;         u2 length;         u2 name_index;         u2 signature_index;         u2 index;     } local_variable_type_table[local_variable_type_table_length]; }

Deprecated_attribute {     u2 attribute_name_index;     u4 attribute_length; }