Java class 文件结构

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一、class 文件数据项的类型
u1
u2
u4
u8
...

二、class 文件的数据项

类型 名称 数量
u4 magic 1
u2 minor_version 1
u2 major_version 1
u2 constant_pool_count 1
cp_info constant_pool constant_pool_count - 1
u2 access_flags 1
u2 this_class 1
u2 super_class 1
u2 interfaces_count 1
u2 interfaces interfaces_count
u2 fields_count 1
field_info fields fields_count
u2 methods_count 1
method_info methods methods_count
u2 attribute_count 1
attribute_info attributes attributes_count

三、各数据项
1、魔数(magic)
4 个字节,固定为 0XCAFEBABE。

2、次版本号(minor_version)
2 个字节。

3、主版本号(major_version)
2 个字节。

4、常量池大小(constant_pool_count)
2 个字节。

5、常量池(constant_pool)
constant_pool_count-1 个 cp_info。
索引为 0 的常量池项空白,引用索引为 0 的常量池项则表示不引用任何常量池项。
常量池数据项类型:

常量池中数据项类型 类型标志 类型描述
CONSTANT_Utf8 1 UTF-8 编码的 Unicode 字符串
CONSTANT_Integer 3 int 类型字面值
CONSTANT_Float 4 float 类型字面值
CONSTANT_Long 5 long 类型字面值
CONSTANT_Double 6 double 类型字面值
CONSTANT_Class 7 对一个类或接口的符号引用
CONSTANT_String 8 String 类型字面值
CONSTANT_Fieldref 9 对一个字段的符号引用
CONSTANT_Methodref 10 对一个类中声明的方法的符号引用
CONSTANT_InterfaceMethodref 11 对一个接口中声明的方法的符号引用
CONSTANT_NameAndType 12 对一个字段或方法的部分符号引用

class 文件的特殊字符串:
i. 类的全限定名:java/lang/Object
ii. 描述符:

基本数据类型和 void 类型 类型的对应字符
byte B
char C
double D
float F
int I
long J
short S
boolean Z
void V

引用类型:“L”+ 类型的全限定名 +“;”
数组类型:若干个“[”+ 数组中元素类型的对应字符串
方法:(参数 1 类型 参数 2 类型 参数 3 类型 ...)返回值类型 //各个参数类型之间没有空格, 参数列表和返回值类型之间也没有空格

iii. 特殊方法的方法名
构造方法:<init>
静态代码块:<clinit>

  • CONSTANT_Utf8
一个 CONSTANT_Utf8_info
tag(1 个字节)
length(2 个字节)
bytes(length 个字节)

CONSTANT_Utf8 类型数据项可表示:程序中的字符串常量, 类型的全限定名, 方法和字段的名称, 方法和字段的描述符, 属性相关字符串。

  • CONSTANT_NameAndType
一个 CONSTANT_NameAndType_info
tag(1 个字节)
name_index(名称)
descriptor_index(描述符)

一个 CONSTANT_NameAndType_info 就表示了一个被调用的方法(如父类的构造函数)或一个被使用的字段。
仅在类中定义的字段或方法没有相应的 CONSTANT_NameAndType_info。

  • CONSTANT_Integer
一个 CONSTANT_Integer_info
tag(1 个字节)
bytes(4 个字节)
  • CONSTANT_Float
一个 CONSTANT_Float_info
tag(1 个字节)
bytes(4 个字节)
  • CONSTANT_Long
一个 CONSTANT_Long_info
tag(1 个字节)
bytes(8 个字节)
  • CONSTANT_Double
一个 CONSTANT_Double_info
tag(1 个字节)
bytes(8 个字节)
  • CONSTANT_String
一个 CONSTANT_String_info
tag(1 个字节)
string_index(2 个字节)
  • CONSTANT_Class
    一个 CONSTANT_Class_info 是对类或者接口的符号引用(包括数组)。
一个 CONSTANT_Class_info
tag(1 个字节)
name_index(类的全限定名,2 个字节)
  • CONSTANT_Fieldref
    该数据项表示对一个字段的符号引用, 可以是对本类中的字段的符号引用, 也可以是对其他类中的字段的符号引用, 可以是对成员变量字段的符号引用, 也可以是对静态变量的符号引用。
    字段必须被使用才会有相应的符号引用,只在类中定义是没有符号引用的。
一个 CONSTANT_Fieldref_info
tag(1 个字节)
class_index(2 个字节)
name_and_type_index(2 个字节)
  • CONSTANT_Methodref
    对一个类中方法的符号引用, 可以是对本类中的方法的符号引用, 也可以是对其他类中的方法的符号引用, 可以是对成员方法的符号引用, 也可以是对静态方法的符号引用,但是不会是对接口中的方法的符号引用。
    方法必须被调用才会有相应的符号引用,只在类中定义是没有符号引用的。
一个 CONSTANT_Methodref_info
tag(1 个字节)
class_index(2 个字节)
name_and_type_index(2 个字节)
  • CONSTANT_InterfaceMethodref
    表示对一个接口方法的符号引用。
一个 CONSTANT_InterfaceMethodref_info
tag(1 个字节)
class_index(2 个字节)
name_and_type_index(2 个字节)

6、当前类(或者接口)的访问修饰符(access_flags)
2 个字节

志名 标志值 标志含义 针对的对像
ACC_PUBLIC 0x0001 public 类型 所有类型
ACC_FINAL 0x0010 final 类型
ACC_SUPER 0x0020 使用新的 invokespecial 语义 类和接口
ACC_INTERFACE 0x0200 接口类型 接口
ACC_ABSTRACT 0x0400 抽象类型 类和接口
ACC_SYNTHETIC 0x1000 该类不由用户代码生成 所有类型
ACC_ANNOTATION 0x2000 注解类型 注解
ACC_ENUM 0x4000 枚举类型 枚举

7、对当前类的描述(this_class)(类的全限定名)
2 个字节(对一个 CONSTANT_Class_info 数据项的索引)。

8、对当前类的超类的描述(super_class)
2 个字节(对一个 CONSTANT_Class_info 数据项的索引)。

9、当前类所实现的接口的数量(interfaces_count)
注意, 只有当前类直接实现的接口才会被统计, 如果当前类继承了另一个类, 而另一个类又实现了一个接口, 那么这个接口不会统计在当前类的 interfaces_count 中。

10、当前类所实现的接口(interfaces)
interfaces_count 个 u2。
每个数据项指向常量池中的一个 CONSTANT_Class_info。

11、当前的类中定义的字段的个数(fields_count)
2 个字节。
注意, 这里包括静态字段, 但不包括从父类继承的字段。 如果当前 class 文件是由一个接口生成的, 那么这里的 fields_count 描述的是接口中定义的字段, 我们知道, 接口中定义的字段默认都是静态的。此外要说明的是, 编译器可能会自动生成字段, 也就是说, class 文件中的字段的数量可能多于源文件中定义的字段的数量。 举例来说, 编译器会为内部类增加一个字段, 这个字段是指向外围类的对象的引用。

12、当前的类中定义的字段(fields)
field_count 个 field_info。
field 结构:

一个 field
access_flags
name_index
descriptor_index
attributes_count
attributes
  • 标志位(access_flags)
    2 个字节。
标志位名称 含义 设定者
ACC_PUBLIC 0x0001 字段被设为 public 类和接口
ACC_PRIVATE 0x0002 字段被设为 private
ACC_PROTECTED 0x0004 字段被设为 protected
ACC_STATIC 0x0008 字段被设为 static 类和接口
ACC_FINAL 0x0010 字段被设为 final 类和接口
ACC_VOLATILE 0x0040 字段被设为 volatile
ACC_TRANSIENT 0x0080 字段被设为 transient
  • 字段名(name_index)
    2 个字节。
    指向常量池中的一个 CONSTANT_Utf8_info 数据项。

  • 描述符(descriptor_index)
    2 个字节。
    指向常量池中的一个 CONSTANT_Utf8_info 数据项。

  • 属性数量(attributes_count)
    2 个字节。

  • 属性(attributes)
    可以出现在 filed_info 中的属性有三种, 分别是 ConstantValueDeprecated, 和 Synthetic

13、当前的类中定义的方法的个数(methods_count)

标志位名称 标志值 设定含义 设定者
ACC_PUBLIC 0x0001 方法设为 public 类和接口
ACC_PRIVATE 0x0002 方法设为 private
ACC_PROTECTED 0x0004 方法设为 protected
ACC_STATIC 0x0008 方法设为 static
ACC_FINAL 0x0010 方法设为 final
ACC_SYNCHRONIZED 0x0020 方法设为 sychronized
ACC_NATIVE 0x0100 方法设为 native
ACC_ABSTRACT 0x0400 方法设为 abstract 类和接口
ACC_STRICT 0x0800 方法设为 strictFP 类和接口的方法

可以出现在 method_info 中的属性分别是 CodeDeprecatedExceptions Synthetic

14、attribute_count

15、attribute
SourceFile // 内部类的,描述其外部类
InnerClasses // 外部类的,描述其内部类
Synchetic // 表示不是由用户代码生成的,是由编译器自动添加的,可以修饰方法和字段,例如,如果一个类不定义构造方法, 那么编译器会自动添加一个无参数的构造方法, 如果定义了静态字段或静态代码块, 还会根据具体情况, 增加静态初始化方法
ConstantValue // 修饰字段
Deprecated // 修饰字段和方法

符号引用

最基本的 UTF-8 编码的 Unicode 字符串
CONSTANT_Utf8

字面量
CONSTATN_Integer
CONSTATN_Long
CONSTATN_Float
CONSTANT_Double
CONSTANT_String

符号引用
CONSTANT_Class // 类或接口的符号引用
CONSTATN_NameAndType // 一个字段或方法的部分符号引用
// 以下三种符号引用由上面两种符号引用组成
CONSTATN_Fieldref // 字段的符号引用
CONSTANT_Methodref // 类中声明的方法的符号引用
CONSTANT_InterfaceMethodref // 接口中声明的方法的符号引用

#1、#2 等表示在常量池中的下标
#0 表示不引用任何常量池的项,比如

直接引用
就是偏移量,根据这些偏移量可以找到相应的类,并在类的内存区域中找到对应的字段或方法。

class 文件其实就存了两样东西:字面量符号引用

参考:
《深入理解 Java 虚拟机》
《Java 虚拟机规范(JavaSE8)》
http://blog.csdn.net/brave2211/article/category/1593711/1

  • JVM

    JVM(Java Virtual Machine)Java 虚拟机是一个微型操作系统,有自己的硬件构架体系,还有相应的指令系统。能够识别 Java 独特的 .class 文件(字节码),能够将这些文件中的信息读取出来,使得 Java 程序只需要生成 Java 虚拟机上的字节码后就能在不同操作系统平台上进行运行。

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