Class文件结构全面解析(下)
接上回书
书接上一回,分享了Class文件的主要构成,同时也详细分析了魔数、次版本号、主版本号、常量池集合、访问标志的构造,接下来我们就继续学习。
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类索引和父类索引
类索引(this_class)和父类索引(super_class)都是一个u2类型的数据,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全限定名。由于java语言不允许多重继承,所以父类索引只有一个。
类索引和父类索引各自指向常量池中类型为CONSTANT_Class_info的类描述符,再通过类描述符中的索引值找到常量池中类型为CONSTANT_Utf8_info的字符串。再来看一下之前的Class文件例子:
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结合之前javap分析出来的常量池内容:
#3 = Class #17 // OneMoreStudy
#4 = Class #18 // java/lang/Object
#17 = Utf8 OneMoreStudy
#18 = Utf8 java/lang/Object
类索引为0x0003,去常量池里找索引为3的类描述符,类描述符中的索引为17,再去找索引为17的字符串,就是“OneMoreStudy”。
父类索引为0x0004,去常量池里找索引为4的类描述符,类描述符中的索引为18,再去常量池里找索引为18的字符串,就是“java/lang/Object”。
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接口索引集合
接口索引集合(interface)是一组u2类型的数据的集合,由于java语言允许实现多个接口,所以接口索引也有多个,它们按照implements语句后的接口顺序从左到右依次排列在接口索引集合中。接口索引集合的第一项数据是接口集合计数值(interfaces_count),表示有多少接口索引。如果该类没有实现任何接口,那么该计数值为0,后面的接口索引表不占任何字节。之前的例子OneMoreStudy类没有实现任何接口,所以接口集合计数值就是0,如下图:
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字段表集合
字段表(field_info)是用来描述接口或类中声明的变量。包括类级变量(静态变量)和实例级变量(成员变量),但是不包括在方法内部声明的局部变量。具体结构如下表:
类型 | 名称 | 数量 | 描述 |
---|---|---|---|
u2 | access_flags | 1 | 字段的访问标志 |
u2 | name_index | 1 | 字段的简单名称索引 |
u2 | descriptor_index | 1 | 字段的描述符索引 |
u2 | attributes_count | 1 | 字段的属性计数值 |
attribute_info | attributes | attributes_count | 字段的属性 |
字段表中的access_flags,和类的access_flags是非常类似的,但是标识和含义是不一样的。具体如下表:
标志名称 | 标志值 | 含义 |
---|---|---|
ACC_PUBLIC | 0x0001 | 字段是否public |
ACC_PRIVATE | 0x0002 | 字段是否private |
ACC_PROTECTED | 0x0004 | 字段是否protected |
ACC_STATIC | 0x0008 | 字段是否static |
ACC_FINAL | 0x0010 | 字段是否为final |
ACC_VOLATILE | 0x0040 | 字段是否volatile |
ACC_TRANSIENT | 0x0080 | 字段是否transient |
ACC_SYNTHETIC | 0x1000 | 字段是否由编译器自动产生的 |
ACC_ENUM | 0x4000 | 字段是否enum |
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这里提到了简单名称、描述符,和全限定名有什么区别呢?稍微说一下。
简单名称是没有类型和参数修饰的方法或字段名称,比如OneMoreStudy类中的number字段和plusOne()方法的简单名称分别是“number”和“plusOne”。
全限定名是把类全名中的“.”替换成“/”就可以了,比如java.lang.Object类的全限定名就是“java/lang/Object”。
描述符是用来描述字段的数据类型、方法的参数列表(包括数量、类型以及顺序)和返回值。基础数据类型和无返回的void类型都有一个大写字母表示,对象类型用字符L加对象的全限定名来表示,如下表:
标识字符 | 含义 |
---|---|
B | 基本类型byte |
C | 基本类型char |
D | 基本类型double |
F | 基本类型float |
I | 基本类型int |
J | 基本类型long |
S | 基本类型short |
Z | 基本类型boolean |
V | 特殊类型void |
L | 对象类型 如 Ljava/lang/Object |
对于数组类型,每一维度使用一个前置的“[”字符来描述,比如java.lang.Object[][]的二维数据,就是“[[Ljava/lang/Object”。在描述方法时,按照先参数列表,后返回值的顺序描述,参数列表按照严格顺序放在“()”值中,比如boolean equals(Object anObject),就是“(Ljava/lang/Object)B”。
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再来看一下之前的Class文件例子:
OneMoreStudy类中只有一个字段number,所以字段计数值为0x0001。字段number只被private修饰,没有其他修饰,所以字段的访问标志位为0x0002。字段的简单名称索引是0x0005,去常量池中找索引为5的字符串,为“number”。字段的描述符索引为0x0006,去常量池中找索引为6的字符串,为“I”,是基本类型int。以下是常量池相关内容:
#5 = Utf8 number
#6 = Utf8 I
字段number的属性计数值为0x0000,也就是没有需要额外描述的信息。
字段表集合中不会列出从父类或者父接口中继承而来的字段,但有可能列出原版Java代码中没有的字段,比如在内部类中为了保持对外部类的访问性,会自动添加指向外部类实例的字段。
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方法表集合
方法表的结构和字段表的是一样的,也是依次包括了访问标志(access_flags)、名称索引(name_index)、描述符索引(descriptor_index)和属性表集合(attributes)。具体如下表:
类型 | 名称 | 数量 | 描述 |
---|---|---|---|
u2 | access_flags | 1 | 方法的访问标志 |
u2 | name_index | 1 | 方法的简单名称索引 |
u2 | descriptor_index | 1 | 方法的描述符索引 |
u2 | attributes_count | 1 | 方法的属性计数值 |
attribute_info | attributes | attributes_count | 方法的属性 |
对于方法的访问标志,所有标志位和取值如下表:
标志名称 | 标志值 | 含义 |
---|---|---|
ACC_PUBLIC | 0x0001 | 方法是否public |
ACC_PRIVATE | 0x0002 | 方法是否private |
ACC_PROTECTED | 0x0004 | 方法是否protected |
ACC_STATIC | 0x0008 | 方法是否static |
ACC_FINAL | 0x0010 | 方法是否为final |
ACC_SYNCHRONIZED | 0x0020 | 方法是否sychronized |
ACC_BRIDGE | 0x0040 | 方法是否是由编译器产生的桥接方法 |
ACC_VARARGS | 0x0080 | 方法是否接受不定参数 |
ACC_NATIVE | 0x0100 | 方法是否为native |
ACC_ABSTRACT | 0x0400 | 方法是否为abstract |
ACC_STRICT | 0x0800 | 方法是否为strictfp |
ACC_SYNTHETIC | 0x1000 | 方法是否由编译器自动产生 |
方法中的Java代码,经过编译器编程成字节码指令后,放在方法属性表集合中一个名为“Code”的属性里,后面会有更多分享。
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再来看一下之前的Class文件例子:
方法计算值为0x0003,表示集合中有两个方法(编译器自动添加的无参构造方法和源码中的plusOne方法)。第一个方法的访问标志是0x0001,表示只有ACC_PUBLIC标志为true。
名称索引为0x0007,在常量池中为索引为7的字符串为“”,这就是编译器自动添加的无参构造方法。描述符索引为0x0008,在常量池中为索引为7的字符串为“()V”,方法的属性计数值为0x0001,表示该方法有1个属性,属性名称索引为0x0009,在常量池中为索引为7的字符串为“Code”。以下是常量池相关内容:
#7 = Utf8 <init>
#8 = Utf8 ()V
#9 = Utf8 Code
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属性表集合
属性表(attribute_info)在前面的分享中出现了几次,在Class文件、字段表、方法表都可以有自己的属性表集合,用来描述某些场景下特有的信息。
属性表不在要求具有严格的顺序,并且只要不与已有的属性名重复,任何人实现的编译器都可以写入自己定义的属性信息,Java虚拟机在运行时会忽略掉它不认识的属性。
我总结了一些比较常见的属性,如下表:
属性名称 | 使用位置 | 含义 |
---|---|---|
Code | 方法表 | Java代码编译成的字节码指令 |
ConstantValue | 字段表 | final关键字定义的常量值 |
Exceptions | 方法表 | 方法抛出的异常 |
InnerClasses | 类文件 | 内部类列表 |
LineNumberTable | Code属性 | Java源码的行号与字节码指定的对应关系 |
LocalVariableTable | Code属性 | 方法的局部变量描述 |
SourceFile | 类文件 | 记录源文件名称 |
对于每个属性,它的名称都从常量池中引用一个CONSTANT_Utf8_info类型的常量,而属性值的结构则是完全自定义的,只需要用一个u4类型来说明属性值所占的位数就可以了。具体结构如下:
类型 | 名称 | 数量 | 含义 |
---|---|---|---|
u2 | attribute_name_index | 1 | 属性名称索引 |
u2 | attribute_length | 1 | 属性值所占的位数 |
u1 | info | attribute_length | 属性值 |
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总结
Class文件主要由魔数、次版本号、主版本号、常量池集合、访问标志、类索引、父类索引、接口索引集合、字段表集合、方法表集合和属性表集合组成。随着JDK版本的不断升级,Class文件结构也在不断更新,学习之路,永不止步。
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