7)u2 this_class 表示类的常量池索引,指向常量池中CONSTANT_Class_info的常量
8)u2 super_class 表示超类的索引,指向常量池中CONSTANT_Class_info的常量
9)u2 interface_counts 表示接口的数量
10)u2 interface[interface_counts]表示接口表,它里面每一项都指向常量池中CONSTANT_Class_info常量
11)u2 fields_count 表示类的实例变量和类变量的数量
12) field_info fields[fields_count]表示字段表的信息,其中字段表的结构如下图所示:
上图中access_flags表示字段的访问表示,比如字段是public,private,protect 等,name_index表示字段名 称,指向常量池中类型是CONSTANT_UTF8_info的常量,descriptor_index表示字段的描述符,它也指向常量池中类型为 CONSTANT_UTF8_info的常量,attributes_count表示字段表中的属性表的数量,而属性表是则是一种用与描述字段,方法以及 类的属性的可扩展的结构,不同版本的Java虚拟机所支持的属性表的数量是不同的。
13) u2 methods_count表示方法表的数量
14)method_info 表示方法表,方法表的具体结构如下图所示:
其中access_flags表示方法的访问表示,name_index表示名称的索引,descriptor_index表示方法的描述 符,attributes_count以及attribute_info类似字段表中的属性表,只不过字段表和方法表中属性表中的属性是不同的,比如方法 表中就Code属性,表示方法的代码,而字段表中就没有Code属性。其中具体Class中到底有多少种属性,等到Class文件结构中的属性表的时候再 说说。
15) attribute_count表示属性表的数量,说到属性表,我们需要明确以下几点:
属性表存在于Class文件结构的最后,字段表,方法表以及Code属性中,也就是说属性表中也可以存在属性表属性表的长度是不固定的,不同的属性,属性表的长度是不同的上面说完了Class文件结构中每一项的构成以后,我们以一个实际的例子来解释以下上面所说的内容。
代码如下:
package com.ejushang.TestClass;
public class TestClass implements Super{
private static final int staticVar = 0;
private int instanceVar=0;
public int instanceMethod(int param){
return param+1;
}
}
interface Super{ }
通过jdk1.6.0_37的javac 编译后的TestClass.java对应的TestClass.class的二进制结构如下图所示:
下面我们就根据前面所说的Class的文件结构来解析以下上图中字节流。
1)魔数
从Class的文件结构我们知道,刚开始的4个字节是魔数,上图中从地址00000000h-00000003h的内容就是魔数,从上图可知Class的文件的魔数是0xCAFEBABE。
2)主次版本号
接下来的4个字节是主次版本号,有上图可知从00000004h-00000005h对应的是0×0000,因此Class的minor_version 为0×0000,从00000006h-00000007h对应的内容为0×0032,因此Class文件的major_version版本为 0×0032,这正好就是jdk1.6.0不带target参数编译后的Class对应的主次版本。
3)常量池的数量
接下来的2个字节从00000008h-00000009h表示常量池的数量,由上图可以知道其值为0×0018,十进制为24个,但是对于常量池的数量 需要明确一点,常量池的数量是constant_pool_count-1,为什么减一,是因为索引0表示class中的数据项不引用任何常量池中的常 量。
4)常量池
我们上面说了常量池中有不同类型的常量,下面就来看看TestClass.class的第一个常量,我们知道每个常量都有一个u1类型的tag标识来表示 常量的类型,上图中0000000ah处的内容为0x0A,转换成二级制是10,有上面的关于常量类型的描述可知tag为10的常量是Constant_Methodref_info,而Constant_Methodref_info的结够如下图所示:
其中class_index指向常量池中类型为CONSTANT_Class_info的常量,从TestClass的二进制文件结构中可以看出 class_index的值为0×0004(地址为0000000bh-0000000ch),也就是说指向第四个常量。
name_and_type_index指向常量池中类型为CONSTANT_NameAndType_info常量。从上图可以看出name_and_type_index的值为0×0013,表示指向常量池中的第19个常量。
接下来又可以通过同样的方法来找到常量池中的所有常量。不过JDK提供了一个方便的工具可以让我们查看常量池中所包含的常量。通过javap -verbose TestClass 即可得到所有常量池中的常量,截图如下:
从上图我们可以清楚的看到,TestClass中常量池有24个常量,不要忘记了第0个常量,因为第0个常量被用来表示 Class中的数据项不引用任何常量池中的常量。从上面的分析中我们得知TestClass的第一个常量表示方法,其中class_index指向的第四 个常量为java/lang/Object,name_and_type_index指向的第19个常量值为init:()V,从这里可 以看出第一个表示方法的常量表示的是java编译器生成的实例构造器方法。通过同样的方法可以分析常量池的其它常量。OK,分析完常量池,我们接下来再分 析下access_flags。
5)u2 access_flags 表示类或者接口方面的访问信息,比如Class表示的是类还是接口,是否为public,static,final等。具体访问标示的含义之前已经说过 了,下面我们就来看看TestClass的访问标示。Class的访问标示是从0000010dh-0000010e,期值为0×0021,根据前面说的 各种访问标示的标志位,我们可以知道:0×0021=0×0001|0×0020 也即ACC_PUBLIC 和 ACC_SUPER为真,其中ACC_PUBLIC大家好理解,ACC_SUPER是jdk1.2之后编译的类都会带有的标志。
6)u2 this_class 表示类的索引值,用来表示类的全限定名称,类的索引值如下图所示:
从上图可以清楚到看到,类索引值为0×0003,对应常量池的第三个常量,通过javap的结果,我们知道第三个常量为 CONSTANT_Class_info类型的常量,通过它可以知道类的全限定名称为:com/ejushang/TestClass /TestClass
7)u2 super_class 表示当前类的父类的索引值,索引值所指向的常量池中类型为CONSTANT_Class_info的常量,父类的索引值如下图所示,其值为0×0004, 查看常量池的第四个常量,可知TestClass的父类的全限定名称为:java/lang/Object
8)interfaces_count和 interfaces[interfaces_count]表示接口数量以及具体的每一个接口,TestClass的接口数量以及接口如下图所示,其中 0×0001表示接口数量为1,而0×0005表示接口在常量池的索引值,找到常量池的第五个常量,其类型为CONSTANT_Class_info,其 值为:com/ejushang/TestClass/Super
9)fields_count 和 field_info, fields_count表示类中field_info表的数量,而field_info表示类的实例变量和类变量,这里需要注意的是 field_info不包含从父类继承过来的字段,field_info的结构如下图所示:
其中access_flags表示字段的访问标示,比如public,private,protected,static,final等,access_flags的取值如下图所示:
其中name_index 和 descriptor_index都是常量池的索引值,分别表示字段的名称和字段的描述符,字段的名称容易理解,但是字段的描述符如何理解呢?其实在JVM 规范中,对于字段的描述符规定如下图所示:
首先我们来看一下字段的数量,TestClass的字段的数量如下图所示:
从上图中可以看出TestClass有两个字段,查看TestClass的源代码可知,确实也只有两个字段,接下来我们看看第一个字段,我们知道第一个字段应该为private int staticVar,它在Class文件中的二进制表示如下图所示:
其中0x001A表示访问标示,通过查看access_flags表可知,其为ACC_PRIVATE,ACC_STATIC,ACC_FINAL,接下 来0×0006和0×0007分别表示常量池中第6和第7个常量,通过查看常量池可知,其值分别为:staticVar和I,其中staticVar为字 段名称,而I为字段的描述符,通过上面对描述符的解释,I所描述的是int类型的变量,接下来0×0001表示staticVar这个字段表中的属性表的 数量,从上图可以staticVar字段对应的属性表有1个,0×0008表示常量池中的第8个常量,查看常量池可以得知此属性为 ConstantValue属性,而ConstantValue属性的格式如下图所示:
其中attribute_name_index表述属性名的常量池索引,本例中为ConstantValue,而ConstantValue的 attribute_length固定长度为2,而constantValue_index表示常量池中的引用,本例中,其中为0×0009,查看第9个 常量可以知道,它表示一个类型为CONSTANT_Integer_info的常量,其值为0。
上面说完了private static final int staticVar=0,下面我们接着说一下TestClass的private int instanceVar=0,在本例中对instanceVar的二进制表示如下图所示:
其中0×0002表示访问标示为ACC_PRIVATE,0x000A表示字段的名称,它指向常量池中的第10个常量,查看常量池可以知道字段名称为 instanceVar,而0×0007表示字段的描述符,它指向常量池中的第7个常量,查看常量池可以知道第7个常量为I,表示类型为 instanceVar的类型为I,最后0×0000表示属性表的数量为0.
10)methods_count 和 method_info ,其中methods_count表示方法的数量,而method_info表示的方法表,其中方法表的结构如下图所示:
从上图可以看出method_info和field_info的结构是很类似的,方法表的access_flag的所有标志位以及取值如下图所示:
其中name_index和descriptor_index表示的是方法的名称和描述符,他们分别是指向常量池的索引。这里需要结解释一下方法的描述 符,方法的描述符的结构为:(参数列表)返回值,比如public int instanceMethod(int param)的描述符为:(I)I,表示带有一个int类型参数且返回值也为int类型的方法,接下来就是属性数量以及属性表了,方法表和字段表虽然都有 属性数量和属性表,但是他们里面所包含的属性是不同。接下来我们就以TestClass来看一下方法表的二进制表示。首先来看一下方法表数量,截图如下:
从上图可以看出方法表的数量为0×0002表示有两个方法,接下来我们来分析第一个方法,我们首先来看一下TestClass的第一个方法的access_flag,name_index,descriptor_index,截图如下:
从上图可以知道access_flags为0×0001,从上面对access_flags标志位的描述,可知方法的access_flags的取值为 ACC_PUBLIC,name_index为0x000B,查看常量池中的第11个常量,知道方法的名称为init,0x000C表示 descriptor_index表示常量池中的第12常量,其值为()V,表示init方法没有参数和返回值,其实这是编译器自动生成 的实例构造器方法。接下来的0×0001表示init方法的方法表有1个属性,属性截图如下:
从上图可以看出0x000D对应的常量池中的常量为Code,表示的方法的Code属性,所以到这里大家应该明白方法的那些代码是存储在Class文件方法表中的属性表中的Code属性中。接下来我们在分析一下Code属性,Code属性的结构如下图所示:
其中attribute_name_index指向常量池中值为Code的常量,attribute_length的长度表示Code属性表的长度(这里 需要注意的时候长度不包括attribute_name_index和attribute_length的6个字节的长度)。
max_stack表示最大栈深度,虚拟机在运行时根据这个值来分配栈帧中操作数的深度,而max_locals代表了局部变量表的存储空间。
max_locals的单位为slot,slot是虚拟机为局部变量分配内存的最小单元,在运行时,对于不超过32位类型的数据类型,比如 byte,char,int等占用1个slot,而double和Long这种64位的数据类型则需要分配2个slot,另外max_locals的值并 不是所有局部变量所需要的内存数量之和,因为slot是可以重用的,当局部变量超过了它的作用域以后,局部变量所占用的slot就会被重用。
code_length代表了字节码指令的数量,而code表示的时候字节码指令,从上图可以知道code的类型为u1,一个u1类型的取值为0×00-0xFF,对应的十进制为0-255,目前虚拟机规范已经定义了200多条指令。
exception_table_length以及exception_table分别代表方法对应的异常信息。
attributes_count和attribute_info分别表示了Code属性中的属性数量和属性表,从这里可以看出Class的文件结构中,属性表是很灵活的,它可以存在于Class文件,方法表,字段表以及Code属性中。
接下来我们继续以上面的例子来分析一下,从上面init方法的Code属性的截图中可以看出,属性表的长度为0×00000026,max_stack的 值为0×0002,max_locals的取值为0×0001,code_length的长度为0x0000000A,那么00000149h- 00000152h为字节码,接下来exception_table_length的长度为0×0000,而attribute_count的值为 0×0001,00000157h-00000158h的值为0x000E,它表示常量池中属性的名称,查看常量池得知第14个常量的值为 LineNumberTable,LineNumberTable用于描述java源代码的行号和字节码行号的对应关系,它不是运行时必需的属性,如果通 过-g:none的编译器参数来取消生成这项信息的话,最大的影响就是异常发生的时候,堆栈中不能显示出出错的行号,调试的时候也不能按照源代码来设置断 点,接下来我们再看一下LineNumberTable的结构如下图所示:
其中attribute_name_index上面已经提到过,表示常量池的索引,attribute_length表示属性长度,而start_pc和 line_number分表表示字节码的行号和源代码的行号。本例中LineNumberTable属性的字节流如下图所示:
上面分析完了TestClass的第一个方法,通过同样的方式我们可以分析出TestClass的第二个方法,截图如下:
其中access_flags为0×0001,name_index为0x000F,descriptor_index为0×0010,通过查看常量池可 以知道此方法为public int instanceMethod(int param)方法。通过和上面类似的方法我们可以知道instanceMethod的Code属性为下图所示:
最后我们来分析一下,Class文件的属性,从00000191h-00000199h为Class文件中的属性表,其中0×0011表示属性的名称,查看常量池可以知道属性名称为SourceFile,我们再来看看SourceFile的结构如下图所示:
其中attribute_length为属性的长度,sourcefile_index指向常量池中值为源代码文件名称的常量,在本例中SourceFile属性截图如下:
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其中attribute_length为0×00000002表示长度为2个字节,而soucefile_index的值为0×0012,查看常量池的第18个常量可以知道源代码文件的名称为TestClass.java
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