传说中的CAFEBABE到底在哪儿？

待我称王封你为后i 2022-11-29 12:47 140阅读 0赞

大概在06年，我看到了一本书,叫做<<深入Java虚拟机>>。

![format_png][]

在周志明那本神书《深入理解Java虚拟机》出来之前，这本书应该是唯一一本讲JVM的书， 对Java class文件格式，执行引擎讲得特别详细。

我看了一遍看完了以后就“热血沸腾”：原来Java 的class 文件格式是这样的啊！也许我也可以写一个JVM了！

于是我就开始琢磨， 先写程序去解析.class文件， 然后写一个小的执行引擎，去执行那些字节码。

作为第一步，我要写个小程序去读取硬盘上的.class文件，然后看看它的头四个字节是不是著名的魔数：“**CAFE BABE**”

![format_png 1][]

第一个字节实际的输出结果让我大跌眼镜： **-54 ！**

**这是怎么回事呢？说好的CA呢？**

这个问题让我想了很久，后来终于想明白了，CA 是16进制字符，变成二进制就是 1100 1010 ， Java内部使用**补码**表示数字的，把1100 1010看作二进制补码，它对应的十进制可不就是-54嘛！

原来都是补码惹的祸！

那计算机为什么用补码呢？一个重要的原因就是简化电路的设计：**把整数的加减法统统变成加法来运算。**

比如一个4位的计算机，能表示的数字是 0 ~ 15

![format_png 2][]

在做加法的时候非常简单：

8+3（十进制） = 1000 + 0011 = 1011 = 11 （十进制）

我们可以设计一套简单的数字电路（与门，或门等）来实现这个加法运算。

但是减法怎么办呢？难道再设计另外一套电路？这就浪费了。

于是人们就引入一个‘**补数** '的概念， 例如 3的补数 是 13， 4的补数是12，  5 的补数是11......

当你计算7减去3 的时候， 可以变成 7加上3 的补数， 即 7 + 13 ：

7-3 = 0111- 0011 （二进制3） = 0111 + 1101（二进制13） = 10100

10101已经是5位了，溢出了， 去掉最高位是 0100 ，就是十进制4 了。

那二进制的“补数”怎么得出呢？人们想出了一个异常简单， 又**特别适合计算机电路**的算法， **对二进制数的所有位取反， 然后加1**：

3 -> 0011 -> 1100 (取反) -> 1101 （加1）

这种方法是不是很神奇？只用一套加法电路和补码电路就可以高效地实现加法和减法了。

等等，负数怎么办？我们手写的时候，可以在一个数前加个负号， 就可以表示，但是对计算机来说，它必须得用某一位来表达正负，比如用这种方法：

![format_png 3][]

最高位的0 表示整数，1 表示负数。

真正有效的数字只剩下3位了， 正数的范围是从1 到7 ，负数的范围从 -1到-7 ，不过这里出现了两个零！一个正0 ， 一个负0 ， 这肯定不好！

改进一下，把那个负0 认为是-8吧，这样还能**多表示一个数字！**

![format_png 4][]

这样，数字的范围变成了从\[-8 ,7\]  。

推广一下，在编程语言中，对于n位整数，它的取值范围是\[-2^(n-1) ~ 2^(n-1) - 1\]  ，正数要比负数少一个。

但是之前的减法变加法的规则还能用吗？我们试试：

7-4  = 7+(-4) = **0**111 +**1**100 = 10011 -> 0011 (舍掉最高位) = 3， 正确！

4-7 = 4+(-7) = 0100 + 1001 = 1101 = -3  ，正确！

注意，用这种办法，**连符号位都参与了运算**。

总结一下，** 在计算机内部，是使用补码来表示二进制数**， 如果是一个正数， 补码就是它本身，  如果是个负数， 需要把除了符号位之外的二进制数进行取反加一的操作。

回到我们开头的问题， 如何正确地把第一个字节变成16进制字符串“CA”，然后展示出来呢？用这个函数就可以了：

![format_png 5][]

[format_png]: /images/20221124/bf882dc03b0f446c8876babaf49584c5.png
[format_png 1]: /images/20221124/3e77ba96a93b4bfe92a0a2a32e2035f0.png
[format_png 2]: /images/20221124/827769149c4a409e98ea7fe67a82ca4b.png
[format_png 3]: /images/20221124/dace33a6083d48c386f9ad549d0459d2.png
[format_png 4]: /images/20221124/9063a73180f84bba9eec7d5007c3e0ff.png
[format_png 5]: /images/20221124/b5ef7ce757bd43f2abdd1a17bcdab5f9.png

发表评论取消回复

表情：

评论列表（有 0 条评论，140人围观）

还没有评论，来说两句吧...

相关阅读

相关 springboot中找事务对象的源码在哪儿

在 Spring Boot 中，您可以通过自动配置来获取事务对象。具体来说，可以在启动应用程序时通过 `@EnableTransactionManagement` 注解来启用事

分手后的思念是犯贱/ 2024年03月25日 11:48/ 0 赞/ 19 阅读

相关软件测试行业的前景和出路到底在哪儿？

![5b9af0a91ea74967927a35abe6efc3e2.png][] 2023年整个IT行业经济出现下滑，导致IT行业不景气。软件测试行业也逐步内卷化严重。

àì夳堔傛蜴生んèń/ 2023年10月15日 09:56/ 0 赞/ 85 阅读

相关 Java—传说中的数据结构

Java—传说中的数据结构 Description 在大学里学习了一个学期了，大家大都对所学的专业有了基本的了解。许多同学也已经知道了到大二要开一门课叫做《数据结构》

r囧r小猫/ 2022年12月12日 04:41/ 0 赞/ 119 阅读

相关传说中的CAFEBABE到底在哪儿？

大概在06年，我看到了一本书,叫做<<深入Java虚拟机>>。 ![format_png][] 在周志明那本神书《深入理解Java虚拟机》出来之前，这本书应该是唯一一本讲J

待我称王封你为后i/ 2022年11月29日 12:47/ 0 赞/ 141 阅读

相关大理石在哪儿

前言最近正值清明节放假，自己花时间刷了一些PAT，感觉很不错。问题描述现有N个大理石，每个大理石上写了一个非负整数、首先把各数从小到大排序；然后回答Q个问题

逃离我推掉我的手/ 2022年05月26日 23:12/ 0 赞/ 129 阅读

相关图解传说中的HTTP协议

图解传说中的HTTP协议转自头条号猪哥亮额先扒一扒HTTP协议背景？ HTTP(HyperText Transfer Protocol) 即超文本传输协议，

怼烎@/ 2022年05月11日 12:46/ 0 赞/ 232 阅读

相关传说中的“谓词越界“场景

开发环境，碰见一个谓词越界的问题，模拟这条SQL，如下所示，其中A\_ID是表test的外键，并且存在索引， SELECT 1 FROM test WHERE A_I

约定不等于承诺〃/ 2022年04月10日 04:38/ 0 赞/ 227 阅读

相关传说中的万能钥匙

小偷开锁工具大曝光传说中的万能钥匙![ksgj01.jpg][] ![ksgj02.jpg][] ![ksgj03.jpg][] ![ksgj04.jpg][]

我会带着你远行/ 2021年12月09日 02:15/ 0 赞/ 449 阅读

相关 [思考] 难的问题到底难在哪儿

Table of Contents 前言什么是问题规模？什么是抽象程度？解决困难问题的共通方法 -------------------- 前言为什么会

ゝ一纸荒年。/ 2021年09月22日 17:58/ 0 赞/ 386 阅读

相关受 SQLite 多年青睐，C 语言到底好在哪儿？

SQLite 近日发表了一篇博文，解释了为什么多年来 SQLite 一直坚持用 C 语言来实现，以下是正文内容： C 语言是最佳选择从2000年5月29日发布至今，...

小灰灰/ 2021年04月27日 14:53/ 0 赞/ 381 阅读