Class文件结构

整体结构

ClassFile {    u4             magic;    u2             minor_version;    u2             major_version;    u2             constant_pool_count;    cp_info        constant_pool[constant_pool_count-1];    u2             access_flags;    u2             this_class;    u2             super_class;    u2             interfaces_count;    u2             interfaces[interfaces_count];    u2             fields_count;    field_info     fields[fields_count];    u2             methods_count;    method_info    methods[methods_count];    u2             attributes_count;    attribute_info attributes[attributes_count];}

从结构上看可以分为几大块文件头、常量池、接口、字段、函数、属性

文件头

 u4             magic;  //固定值 0xCAFEBABE u2             minor_version; u2             major_version; u2             access_flags;  //访问修饰 u2             this_class; //类名 常量池下标 u2             super_class; //父类名 常量池下标  如果是0 就是java/lang/Object;</pre></code>我把这几个描述了类基本信息的字段称为文件头major_version.minor_version表示该class文件的版本号,由编译器版本决定，然而不同版本的虚拟机只会支持一定版本范围内的class文件，如果不在则会拒绝解析。例如 openJDK中的实现<pre><code>// Check version numbers - we check this even with verifier off  if (!is_supported_version(major_version, minor_version)) {    if (name == NULL) {      Exceptions::fthrow(        THREAD_AND_LOCATION,        vmSymbols::java_lang_UnsupportedClassVersionError(),        "Unsupported major.minor version %u.%u",        major_version,        minor_version);    }

常量池

常量池包含了class文件中使用到的例如函数标识/类型信息/字符串等等，运行时加载到内存中形成运行时常量池

常量项中文件中使用变长结构描述

cp_info {    u1 tag;  //表示常量的类型    u1 info[];  //具体常量的内容结构 不同类型常量有不同的结构}/*常量类型*/Constant Type    ValueCONSTANT_Class    7CONSTANT_Fieldref    9CONSTANT_Methodref    10CONSTANT_InterfaceMethodref    11CONSTANT_String    8CONSTANT_Integer    3CONSTANT_Float    4CONSTANT_Long    5CONSTANT_Double    6CONSTANT_NameAndType    12CONSTANT_Utf8    1CONSTANT_MethodHandle    15CONSTANT_MethodType    16CONSTANT_InvokeDynamic    18

例如：Utf8_info常量,更多的可以查看规范

CONSTANT_Utf8_info {    u1 tag;    u2 length;  //字符串长度    u1 bytes[length]; //字符串数据（utf-8编码）}

解析常量池的时候要注意：常量池长度为 constant_pool_count -1 但是下标从1开始

属性表

attribute_info {    u2 attribute_name_index;    u4 attribute_length;    u1 info[attribute_length];}

属性项可以包含在class、method、field、code中，作为具体信息项

在class中可以描述文件信息，在method中可以描述字节码内容，函数栈信息，在code中可以描述行号等所以attribute_info同样是具备不同类型的变长结构。但是attribute_info并没有tag这样的专门标记去标识类型，而是使用名字attribute_name。

//一部分Attribute NameAttribute    Section    class file    Java SEConstantValue    §4.7.2    45.3    1.0.2Code    §4.7.3    45.3    1.0.2StackMapTable    §4.7.4    50.0    6Exceptions    §4.7.5    45.3    1.0.2InnerClasses    §4.7.6    45.3    1.1//.......

Code_attribute结构

Code_attribute {    u2 attribute_name_index;    u4 attribute_length;    u2 max_stack;  //最大栈深度    u2 max_locals;  //局部变量数量    u4 code_length; //字节码内容长度    u1 code[code_length];  //字节码内容    u2 exception_table_length;  //异常处理表 由try,catch/finaly 产生    {   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];}

函数表/字段表

method_info {    u2             access_flags;    u2             name_index;    u2             descriptor_index;    u2             attributes_count;//一定会包含一个code属性项    attribute_info attributes[attributes_count];}field_info {    u2             access_flags;    u2             name_index;    u2             descriptor_index;    u2             attributes_count;    attribute_info attributes[attributes_count];}

可以看到函数/字段中的内容具体有属性来描述

字节码解析

对于class文件解析，我们最关心的可能就两个常量池和字节码

一条字节码由操作码，操作数组成,不同的字节码操作数的长度/表示意义可能不一样，对着规范翻译就好

例如invokevirtual字节码就是 0xb6 u2 2字节的操作数在运行时指向的是一个instance method ref

参考文档

JVM规范-Class文件结构
JVM规范-字节码

本文代码

ClassParserDemo