Class文件结构全面解析（下）

时间：2024-02-01 21:14:13

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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