Class 类文件结构

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Class 文件是一组以 8 位为基础单位的二进制流，各个数据项目严格按照顺序排列在 Class 文件之中，中间没有任何分割符。若数据项占用空间超过 8 位，则按照高位在前 (Big-Endian) 的方式分割成多个 8 位存储。

前言

一本好书，每读一遍都会有不同的感受。写读书笔记，一来是便于平时查阅，毕竟技术书籍都比较厚，不方便随时携带；二来是督促自己多读书，理论与实践结合才能不断提升自己。

【深入理解Java虚拟机】阅读笔记: Class 类文件的结构

Class 文件结构

Class 文件格式采用类似于 C 语言结构体的伪结构来存储数据，包含两种数据类型：无符号数和表

无符号数属于基本的数据类型，以 u1、u2、u4、u8代表不同字节的无符号数

表是有多个无符号数或者其他表作为数据项构成的复合数据类型，一般以 “_info” 结尾

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graph TD
	R[Class 文件数据类型] --> A(无符号数)
	R --> B(表)

Class 文件结构如下：

类型名称数量
u4magic1
u2minor_version1
u2major_version1
u2constant_pool_count1
cp_infoconstant_poolconstant_pool_count - 1
u2access_flags1
u2this_class1
u2super_class1
u2interfaces_count1
u2interfacesinterfaces_count
u2fields_count1
field_infofieldsfields_count
u2methods_count1
method_infomethodsmethods_count
u2attributes_count1
attribute_infoattributesattributes_count

代码

示例代码如下

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public class TestClass {
    private int m;
    public int inc() {
        return m + 1;
    }
}

Class 文件内容

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00000000: cafe babe 0000 0034 0013 0a00 0400 0f09  .......4........
00000010: 0003 0010 0700 1107 0012 0100 016d 0100  .............m..
00000020: 0149 0100 063c 696e 6974 3e01 0003 2829  .I...<init>...()
00000030: 5601 0004 436f 6465 0100 0f4c 696e 654e  V...Code...LineN
00000040: 756d 6265 7254 6162 6c65 0100 0369 6e63  umberTable...inc
00000050: 0100 0328 2949 0100 0a53 6f75 7263 6546  ...()I...SourceF
00000060: 696c 6501 000e 5465 7374 436c 6173 732e  ile...TestClass.
00000070: 6a61 7661 0c00 0700 080c 0005 0006 0100  java............
00000080: 0954 6573 7443 6c61 7373 0100 106a 6176  .TestClass...jav
00000090: 612f 6c61 6e67 2f4f 626a 6563 7400 2100  a/lang/Object.!.
000000a0: 0300 0400 0000 0100 0200 0500 0600 0000  ................
000000b0: 0200 0100 0700 0800 0100 0900 0000 1d00  ................
000000c0: 0100 0100 0000 052a b700 01b1 0000 0001  .......*........
000000d0: 000a 0000 0006 0001 0000 0001 0001 000b  ................
000000e0: 000c 0001 0009 0000 001f 0002 0001 0000  ................
000000f0: 0007 2ab4 0002 0460 ac00 0000 0100 0a00  ..*....`........
00000100: 0000 0600 0100 0000 0400 0100 0d00 0000  ................
00000110: 0200 0e0a                                ....

javap -verbose TestClass

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Classfile /Users/gorden5566/test/TestClass.class
  Last modified Jan 29, 2018; size 275 bytes
  MD5 checksum 61a8d824e15e5ec23a32ebe7e60eeffd
  Compiled from "TestClass.java"
public class TestClass
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
   #1 = Methodref          #4.#15         // java/lang/Object."<init>":()V
   #2 = Fieldref           #3.#16         // TestClass.m:I
   #3 = Class              #17            // TestClass
   #4 = Class              #18            // java/lang/Object
   #5 = Utf8               m
   #6 = Utf8               I
   #7 = Utf8               <init>
   #8 = Utf8               ()V
   #9 = Utf8               Code
  #10 = Utf8               LineNumberTable
  #11 = Utf8               inc
  #12 = Utf8               ()I
  #13 = Utf8               SourceFile
  #14 = Utf8               TestClass.java
  #15 = NameAndType        #7:#8          // "<init>":()V
  #16 = NameAndType        #5:#6          // m:I
  #17 = Utf8               TestClass
  #18 = Utf8               java/lang/Object
{
  public TestClass();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 1: 0

  public int inc();
    descriptor: ()I
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: getfield      #2                  // Field m:I
         4: iconst_1
         5: iadd
         6: ireturn
      LineNumberTable:
        line 4: 0
}
SourceFile: "TestClass.java"

魔数与 Class 文件的版本

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00000000: cafe babe 0000 0034 0013 0a00 0400 0f09  .......4........

头 4 个字节称为魔数 (Magic Number)， 值为 0xCAFEBABE
第 5、6 个字节是次版本号 (Minor Version)，第 7、8 个字节是主版本号 (Major Version)。Java 版本号从 45 (Java 1.1，十六进制 2D) 开始，Java 1.8 对应 52 (十六进制 34)

常量池

常量池容量计数从 1 开始，如本例中为十六进制 0x0013 (十进制 19) 表示有 18 项常量
可使用 javap -verbose 命令查看常量池内容

常量池每一项都是一个表，表开始的第一位是一个 u1 类型的标志位，各类型如下：

类型标志描述
CONSTANT_Utf8_info1UTF-8 编码的字符串
CONSTANT_Integer_info3整型字面量
CONSTANT_Float_info4浮点型字面量
CONSTANT_Long_info5长整型字面量
CONSTANT_Double_info6双精度浮点型字面量
CONSTANT_Class_info7类或接口的符号引用
CONSTANT_String_info8字符串类型字面量
CONSTANT_Fieldref_info9字段的符号引用
CONSTANT_Methodref_info10类中方法的符号引用
CONSTANT_InterfaceMethodref_info11接口中方法的符号引用
CONSTANT_NameAndType_info12字段或方法的部分符号引用
CONSTANT_MethodHandle_info15表示方法句柄
CONSTANT_MethodType_info16标识方法类型
CONSTANT_InvokeDynamic_info18表示一个动态方法调用点

访问标志

访问标志大小为 u2，位于常量池之后

类索引、父类索引与接口索引集合

按顺序排列在访问标志之后

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000000a0: 0300 0400 0000 0100 0200 0500 0600 0000

类索引为 3，父类索引为 4，接口索引集合为 0。对应常量如下

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#3 = Class              #17            // TestClass
#4 = Class              #18            // java/lang/Object

#17 = Utf8              TestClass
#18 = Utf8              java/lang/Object

参考

周志明. 深入理解Java虚拟机

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