java class文件

在正式开始之前，先说下虚拟机提供的语言无关性

Java虚拟机只会解析字节码文件，至于上面到底采用的什么高级语言，他不会去关心。下面我们来看看class字节码文件的结构。

Class文件是一组以8位字节为基础单位的二进制流，各个数据项目严格按照顺序紧凑地排列在class文件之中，中间没有任何分隔符。当遇到占用8位字节以上空间的数据项时，会按照高位在前的方式分割成若干个8位字节进行存储。那么class文件的存储结构如何？你怎么区分一个数据项占用了几个字节呢？class文件采用一种类似于c语言结构体的伪结构来存储，这种伪结构只有两种数据类型：无符号数与表，表是由多个无符号数或其他表作为数据项构成的复合数据项，整个class文件本质上就是一张表，class文件格式如下：

注：u1、u2、u4、u8代表1个字节、2个字节、4个字节和8个字节，以“_info”结尾表示是表。

1.魔数Magic

头4个字节，用于确定这个文件是否为一个能被虚拟机接受的class文件，该值为0xCAFEBABE，就能被虚拟机接受，否则不可以

2.次版本号Minor_version与主版本号Major_version

Java的版本号是从45开始的，JDK1.1能支持版本号为45.0～45.65535，JDK1.2能支持45.0～56.65535.下表列举了从JDK1.1到1.7之间，版本号的支持。

3.常量池

Constant_pool_count代表常量池容量计数值，如果Constant_pool_count=21，那么常量池  Constant_pool中就有20项常量，0项空出来。常量池中存放两大类常量：字面量和符号引用，字面量指文本字符串或final的常量值，符号引用指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。常量池中的每一个常量都是一个表，共有11种结构各不相同的表结构，如下：

这11种常量类型均有自己的结构，如下：

（1）CONSTANT_Class_info

Tag是标志位，name_index是一个索引值，指向常量池中一个CONSTANT_utf8_info类型的常量，指向的常量代表了类或接口的全限定名。

（2）CONSTANT_Utf8_info

Length表示这个utf-8编码的字符串长度是多少字节，后面紧跟着的长度为Length字节的连续数据是一个使用utf-8编码的字符串。U2能表达的最大值是65535，因此java程序中如果定义超过64kB的英文字符的变量或方法名，将会无法编译。

（3）CONSTANT_Integer_info

Bytes表示按照高位在前存储的int值

CONSTANT_Float_info、CONSTANT_Long_info、CONSTANT_Double_info与CONSTANT_Integer_info类似。

4.访问标志 Access_flags

5.类索引this_class、父类索引super_class与接口索引Interfaces

Class文件中由这三项数据来确定这个类的继承关系，类索引用于确定这个类的全限定名、父类索引用于确定这个类的父类的全限定名。类索引与父类索引各自指向一个类型为CONSTANT_Class_info的类描述符常量，通过CONSTANT_Class_info的name_index找到定义在CONSTANT_utf8_info类型的常量中的全限定名字符串。

6.字段表集合Fields_info

字段修饰符放在access_flags项目中，与类中的access_flag项目十分类似。Name_index、descriptor_index，都是对常量池的引用，代表字段的简单名称及字段和方法的描述符。描述符的作用是用来描述字段的数据类型、方法的参数列表和返回值。如代码

Private Int m;

Public voidmin();

其中m字段与inc()方法的简单名称分别是m与inc，描述符为I、()V。

7.方法表集合Method_info

结构如下

与字段表集合类似。方法里的代码经过编译器编译成字节码指令之后，存放在方法属性表集合中一个名为code的属性里面。

8.属性表集合Attribute_info

在class文件、字段表、方法表都可以携带自己的属性表集合。Java虚拟机规范预定义了9项虚拟机实现应当能识别的属性。具体如下

对于每一个属性，它的名称需要从常量池中引用一个CONSTANT_Utf8_info类型的常量来表示，属性值的结构完全自定义，只需要说明属性值所占用的位数长度即可，符合规则的属性表结构如下：

（1）Code属性

Code属性出现在方法表的属性集合中，接口或抽象类中的方法不存在code属性。Code属性表结构如下

（2）Exceptions属性

列举出方法中可能抛出的异常，即方法描述时在throws关键字后面列举的异常，结构如下

（3）LineNumberTable属性

描述java源码行号与字节码行号之间的对应关系，结构如下

（4）LocalVariableTable属性

描述栈帧中局部变量表中的变量与java源代码中定义的变量之间的关系。

（5）SourceFile

记录生成class文件的源码文件名称。

（6）ConstantValue属性

作用是通知虚拟机自动为静态变量赋值。只有被static关键字修饰的变量才可以使用这项属性。程序中

Int x=123;与static intx=123；虚拟机对其赋值方式和时刻都不一样。

（7）InnerClasses属性

记录内部类与宿主类之间的关联。如果一个类中定义了内部类，那编译器将会为它及它包含的内部类生成InnerClasses属性。

（8）Deprecated及Synthetic属性

Deprecated标志某个类、字段、方法已经被程序标志不再使用，在代码中使用@ deprecated注释进行设置。

Synthetic代表此字段或方法不是由Java源代码直接产生的，而是由编译器自行添加的。

9.举例实战

代码实例

使用WinHex打开class文件如下

魔数与版本号

前四个字节为魔数，紧接着的四个字节是版本号，0x00000033，转为十进制为51，说明该版本时可以被JDK1.7的虚拟机执行的class文件。

常量池

紧接着两个字节0x0016，转换成十进制为22，代表常量池中有21个常量，索引值为1～21。常量池中共11中常量类型，但每一种类型的第一个字节都是一个标志位字节。

第一个常量，标志位字节为0x07，十进制为7，表示CONSTANT_Class_info，通过前面的讲解，知道CONSTANT_Class_info类型的常量，后面是一个2字节的name_index，指向常量池中的CONSTANT_Utf8_info，2个字节为0x00002，指向常量池中第二项常量，

第二项常量的的标志位字节为0x01，表示是一个CONSTANT_Utf8_info类型的常量，后面两个字节代表长度，0x001D，换成十进制为29，即后面有29个字节的连续字符串。向后数29个，分别为

一个字节的Utf-8编码，相当于1～127的ASCII码，0x6F换成十进制为111，查ASCII码表字符为o，类似，往后推算，29个连续字符为org/fenixsoft/clazz/TestClass。

第三项常量的标志位为0x07，表示CONSTANT_Class_info，后面是一个2字节的name_index，值为0x0004，指向常量池中第四项常量。

第四项常量的标志位为01，表示是一个CONSTANT_Utf8_info类型的常量，后面两个字节代表0x0010，换成十进制为29，即后面有16个字节的连续字符串。向后数16个，分别为

为java/lang/Object。

第五项常量的标志为01，表示是一个CONSTANT_Utf8_info类型的常量，后面两个字节代表0x0001，换成十进制为1，即后面有1个字节的连续字符串。代表m

第六项常量的标志为01，表示是一个CONSTANT_Utf8_info类型的常量，后面两个字节代表0x0001，换成十进制为1，即后面有1个字节的连续字符串。代表I。

第七项常量的标志为01，表示是一个CONSTANT_Utf8_info类型的常量，后面两个字节代表0x0006，换成十进制为6，即后面有6个字节的连续字符串。代表<init>

第八项为()V

第九项为Code

第十项常量的标志位为0x0A，表示CONSTANT_Methodref_info，后面是一个2字节的index，值为0x0003，指向声明方法的类描述符CONSTANT_Class_info的索引项。接下来的2字节index为0x000B，指向名称及类型描述符CONSTANT_NameAndType_info的索引项。即为java/lang/Object.”<init>”.()V

第十一项常量的标志位为0x0C，表示CONSTANT_NameAndType,后面是一个2字节的index，值为0x0007，指向该字段或方法名称常量项的索引。接下来的2字节index为0x0008，指向该字段或方法描述符常量项的索引。即为”<init>”.()V.

一次类推，

第十二项为LineNumberTable

第十三项为LocalVariableTable

第十四项为this

第十五项为Lorg/fenixsoft/clazz/TestClass;

第十六项为inc

第十七项为()I

第十八项为org/fenixsoft/clazz/TestClass.m:I

第十九项为m:I

第二十项为SourceFile

第二十一项为TestClass.java

访问标志

常量池后的两个字节，值为0x0021，为ACC_PUBLIC与ACC_SUPER

类索引、父类索引、接口索引

值分别为0x0001、0x0003、0x0000，表示类索引为1，父类索引为3，接口索引集合大小为0.常量池中，第一项的值为org/fenixsoft/clazz/TestClass，第三项的值为java/lang/Object，即类为org/fenixsoft/clazz/TestClass，父类为java/lang/Object，没有接口

字段

接下来的两个字节0x0001，代表字段的数量为1，根据字段表的结构，后面的几项分别为

访问标志0x0002,表示ACC_PRIVATE

Name_index:0x0005,表示m

Descriptor_index:0x0006，表示I，即int

Attributes_count:0x0000，属性个数为0

即一个字段，为privateint m

方法

接下来的两个字节0x0002，代表方法的数量为2，根据方法表的结构，后面的几项分别为

第一个方法

访问标志0x0001,表示ACC_PUBLIC

Name_index:0x0007,表示<init>

Descriptor_index:0x0008，表示()V，即void()

Attributes_count:0x0001，属性个数为1

根据属性结构

Attribute_name_index:0x0009,为Code

Attribute_length:0x0000,长度为0

第二个方法是父类是父类方法，如果在子类中没有被重写，方法表集合中就不会出现父类方法的信息，因此，看不到第二个方法<clinit>