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java Class文件結(jié)構(gòu)解析常量池字節(jié)碼

更新時(shí)間：2022年07月15日 09:47:11 作者：huisexiaochou

這篇文章主要為大家介紹了java Class文件的整體結(jié)構(gòu)解析常量池字節(jié)碼詳細(xì)講解，有需要的朋友可以借鑒參考下，希望能夠有所幫助，祝大家多多進(jìn)步，早日升職加薪

Class文件結(jié)構(gòu)

整體結(jié)構(gòu)

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];
}

從結(jié)構(gòu)上看可以分為幾大塊文件頭、常量池、接口、字段、函數(shù)、屬性

文件頭

u4 magic; //固定值 0xCAFEBABE
u2 minor_version;
u2 major_version;
u2 access_flags; //訪問(wèn)修飾
u2 this_class; //類(lèi)名常量池下標(biāo)
u2 super_class; //父類(lèi)名常量池下標(biāo) 如果是0 就是java/lang/Object;

我把這幾個(gè)描述了類(lèi)基本信息的字段稱(chēng)為文件頭

major_version.minor_version表示該class文件的版本號(hào),由編譯器版本決定，然而不同版本的虛擬機(jī)只會(huì)支持一定版本范圍內(nèi)的class文件，如果不在則會(huì)拒絕解析。

例如 openJDK中的實(shí)現(xiàn)

// 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數(shù)標(biāo)識(shí)/類(lèi)型信息/字符串等等，運(yùn)行時(shí)加載到內(nèi)存中形成運(yùn)行時(shí)常量池

常量項(xiàng)中文件中使用變長(zhǎng)結(jié)構(gòu)描述

cp_info {
    u1 tag;  //表示常量的類(lèi)型
    u1 info[];  //具體常量的內(nèi)容結(jié)構(gòu) 不同類(lèi)型常量有不同的結(jié)構(gòu)
}

/*常量類(lèi)型*/
Constant Type    Value
CONSTANT_Class    7
CONSTANT_Fieldref    9
CONSTANT_Methodref    10
CONSTANT_InterfaceMethodref    11
CONSTANT_String    8
CONSTANT_Integer    3
CONSTANT_Float    4
CONSTANT_Long    5
CONSTANT_Double    6
CONSTANT_NameAndType    12
CONSTANT_Utf8    1
CONSTANT_MethodHandle    15
CONSTANT_MethodType    16
CONSTANT_InvokeDynamic    18

例如：Utf8_info常量,更多的可以查看規(guī)范

CONSTANT_Utf8_info {
    u1 tag;
    u2 length;  //字符串長(zhǎng)度
    u1 bytes[length]; //字符串?dāng)?shù)據(jù)（utf-8編碼）
}

解析常量池的時(shí)候要注意：常量池長(zhǎng)度為 constant_pool_count -1 但是下標(biāo)從1開(kāi)始

屬性表

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

屬性項(xiàng)可以包含在class、method、field、code中，作為具體信息項(xiàng)

在class中可以描述文件信息，在method中可以描述字節(jié)碼內(nèi)容，函數(shù)棧信息，在code中可以描述行號(hào)等所以attribute_info同樣是具備不同類(lèi)型的變長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。但是attribute_info并沒(méi)有tag這樣的專(zhuān)門(mén)標(biāo)記去標(biāo)識(shí)類(lèi)型，而是使用名字attribute_name。

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

Code_attribute結(jié)構(gòu)

Code_attribute {
    u2 attribute_name_index;
    u4 attribute_length;
    u2 max_stack;  //最大棧深度
    u2 max_locals;  //局部變量數(shù)量
    u4 code_length; //字節(jié)碼內(nèi)容長(zhǎng)度
    u1 code[code_length];  //字節(jié)碼內(nèi)容
    u2 exception_table_length;  //異常處理表 由try,catch/finaly 產(chǎn)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];
}

函數(shù)表/字段表

method_info {
    u2             access_flags;
    u2             name_index;
    u2             descriptor_index;
    u2             attributes_count;
//一定會(huì)包含一個(gè)code屬性項(xiàng)
    attribute_info attributes[attributes_count];
}

field_info {
    u2             access_flags;
    u2             name_index;
    u2             descriptor_index;
    u2             attributes_count;
    attribute_info attributes[attributes_count];
}

可以看到函數(shù)/字段中的內(nèi)容具體有屬性來(lái)描述