Java Class文件格式解析及实例

JAVA无关性概述

Java语言从刚诞生开始曾提出一个非常著名的宣言：“一次编写，到处运行（Write Once, Run Anywhere）”。Sun公司和其他虚拟机公司发布了许多可以运行在不同操作系统上的虚拟机，这些虚拟机都可以载入和执行同一种平台无关的字节码，从而实现其宣言。

同时Java平台还有另外一个无关性，语言无关性。实现语言无关性的的基础仍然是虚拟机和字节码存储格式。虚拟机并不关心Class文件的来源语言，只要它符合Class文件的结构就可以在Java虚拟机中运行。

Class文件结构

首先我们需要明确
1,多个字节的数据采用大端存储

2，class文件采用定义u1、u2、u4来表示无符号的1、2、4字节数据。

如下图所示为Java 虚拟机规范中描述的结构

其中，

1，Magic Number为4个字节，固定为OXCAFEBABE

2，版本号，主版本号和次版本号决定了Class文件的文件格式版本。

3，常量池

     常量池是Class文件中与其他项目关联最多的数据类型，也是占用Class文件控件最大的数据项之一。常量池中主要放置字面量（Literal）和符号引用（Symbolic Reference）。

常量池中的数据包含11中文件格式类型。特点是：tag(u1,取值为1-12，代表那种类型，tag!=2 )  + 对应的结构信息

4，访问标志、类索引、父类索引、结构索引集合

     在常量池之后是2个字节的索引标示，用于识别访问信息。如ACC_PUBLIC public类型，ACC_INTERFACE 接口类型，ACC_ANNOTATION 这是个注解。

 

5，之后是字段表，方法表和属性表

 

Class文件实例

 下面我们来解析Class文件，使用在学习ＧＯＦ时的一个例子程序PersonContext.java如下：

package behave.strategy;

public class PersonContext {

	private IStrategy st;

	public PersonContext(IStrategy st) {
		this.st = st;
	}

	public void fun(){
		st.fun();
	}
}

使用javap命令可以反编译生成的.class文件的字节码（附带JDC信息）

C:\Users\Army>java -version
java version "1.7.0_40"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.7.0_40-b43)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 24.0-b56, mixed mode)

D:\Users\workspace\GOF\target\classes\behave\strategy>javap -v PersonContext.class  

Classfile /D:/Users/workspace/GOF/target/classes/behave/strategy/PersonContext.class
  Last modified 2014-2-13; size 522 bytes
  MD5 checksum f4161c5c60c4b00e481029e8a99f3f0d
  Compiled from "PersonContext.java"
public class behave.strategy.PersonContext
  SourceFile: "PersonContext.java"
  minor version: 0
  major version: 49
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
   #1 = Class              #2             //  behave/strategy/PersonContext
   #2 = Utf8               behave/strategy/PersonContext
   #3 = Class              #4             //  java/lang/Object
   #4 = Utf8               java/lang/Object
   #5 = Utf8               st
   #6 = Utf8               Lbehave/strategy/IStrategy;
   #7 = Utf8               <init>
   #8 = Utf8               (Lbehave/strategy/IStrategy;)V
   #9 = Utf8               Code
  #10 = Methodref          #3.#11         //  java/lang/Object."<init>":()V
  #11 = NameAndType        #7:#12         //  "<init>":()V
  #12 = Utf8               ()V
  #13 = Fieldref           #1.#14         //  behave/strategy/PersonContext.st:Lbehave/strategy/IStrategy
  #14 = NameAndType        #5:#6          //  st:Lbehave/strategy/IStrategy;
  #15 = Utf8               LineNumberTable
  #16 = Utf8               LocalVariableTable
  #17 = Utf8               this
  #18 = Utf8               Lbehave/strategy/PersonContext;
  #19 = Utf8               fun
  #20 = InterfaceMethodref #21.#23        //  behave/strategy/IStrategy.fun:()V
  #21 = Class              #22            //  behave/strategy/IStrategy
  #22 = Utf8               behave/strategy/IStrategy
  #23 = NameAndType        #19:#12        //  fun:()V
  #24 = Utf8               SourceFile
  #25 = Utf8               PersonContext.java
{
  public behave.strategy.PersonContext(behave.strategy.IStrategy);
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=2, args_size=2
         0: aload_0
         1: invokespecial #10                 // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: aload_0
         5: aload_1
         6: putfield      #13                 // Field st:Lbehave/strategy/IStrategy;
         9: return
      LineNumberTable:
        line 7: 0
        line 8: 4
        line 9: 9
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
               0      10     0  this   Lbehave/strategy/PersonContext;
               0      10     1    st   Lbehave/strategy/IStrategy;
   01   25 
  public void fun();
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: getfield      #13                 // Field st:Lbehave/strategy/IStrategy;
         4: invokeinterface #20,  1           // InterfaceMethod behave/strategy/IStrategy.fun:()V
         9: return
      LineNumberTable:
        line 12: 0
        line 13: 9
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
               0      10     0  this   Lbehave/strategy/PersonContext;
}

打开对应的.class文件查看二进制结构并进行解析如下图所示