第三节字节码文件

短命女 2022-12-07 15:25 114阅读 0赞

一、Class文件前言

1、概念：Class文件是以一组以8位字节为基础，各个数据按照严格的顺序格式排列的二进制流。当需要用到8字节以上空间的数据是，则会按照高位在前【Big-Endian】的方式分割成若干个8位字节进行存储。

2、不同语言可以在JVM上运行的本质：统一转化成class，JVM再去加载解析class，变成二进制文件让计算机执行

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3、Class文件组成图（共16种）

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二、Class文件详解

1、魔数

（1）固定值：固定值：ca fe ba be（十六进制）

（2）唯一作用：确定这个文件是否能被JVM解析

2、主次版本号：主次版本号和JDK的对应关系

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3、常量池

（1）常量池的项目类型以及结构

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（2）常量池的分类

a、class中的常量池：静态的

b、运行时常量池：动态的

c、字符串常量池：StringTable

（3）常量池存储内容

a、字面常量\[Literal\]：文本字符串、声明为final的常量值等等；

b、符号引用\[Symbolic References\]：类和接口的全限定名、字段的名称和描述符(如：B、L/java.util.String;等等)、方法的名称和符号描述(如：()V等等)

（4）注意

a、Java程序中如果定义的方法名或者变量名超过64K将无法编译；

b、由于常量池的index是从1开始的，所以常量池的大小是constant\_pool\_count -1;

c、常量池中的index为0的下标用于表示不引用任何一个常量

4、访问标志

（1）作用：用于标识一些类或者接口层次的访问信息，包括8个标识符，以下列几点：

a、这个Class是类还是接口；

b、是否定义为public；

c、是否定义为abstract；

d、如果是类的话，是否被声明final等等

（2）访问标识符

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5、类名【类索引】

类索引是u2类型的数据，指向一个类型为CONSTANT\_Class\_info的类描述符常量，通过CONSTANT\_Class\_info的常量中的索引可以找到定义在CONSTANT\_Utf8\_info类型的常量的全限定名字符串。

6、父类名【父类索引】

父类索引是u2类型的数据，指向一个类型为CONSTANT\_Class\_info的类描述符常量，通过CONSTANT\_Class\_info的常量中的索引可以找到定义在CONSTANT\_Utf-8\_info类型的常量的权限定名字符串。除了Object对象外，所有的类的父类索引值均不为0。

7、接口【接口索引】

（1）概述：接口索引是一组u2类型的数据的集合，接口索引用来描述这个类实现了哪些接口，这些被实现/继承的接口将按照implements/extends顺序从左到右排列在接口索引集合中。

（2）结构：接口索引入口的第一项是一个u2类型的数据，表示接口数目（最大值为65535，最小值为0）。如果接口数目为0，则后面的接口索引表不占任何字节，即interface\[\]为空。

8、成员属性【字段表集合field\_info】

（1）概述：字段表集合用于描述接口或类中声明的变量，字段包括类级变量以及实例级变量，但不包括在方法内部声明的局部变量。

a、字段表结构对应图

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b、字段表结构

![20200916183630615.png][]

c、字段访问标志

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zODA4NTc4Mw_size_16_color_FFFFFF_t_70 6][]

d、字段或方法返回值描述符

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zODA4NTc4Mw_size_16_color_FFFFFF_t_70 7][]

（2）其他知识点

a、字段表中不会列出从超类或者父类继承而来的字段，但有可能列出原本Java代码中不存在的字段，比如在内部类中会自动添加一个指向外部类实例的变量，用于访问外部类。

b、对于java代码来讲，两个字段只要名称重复就是非法的。但对字节码而言，只要两个字段的描述符不一致，那字段重名就是合法的。

c、如果属性数量为0，那么属性字段就不会出现。

d、在描述符标识字符中，引用类型后面有“；”。

9、方法表集合（methods\_count/methods\_info\[\]）

（1）概述：方法表用于记录类方法相关的属性。

a、方法表结构对应关系

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zODA4NTc4Mw_size_16_color_FFFFFF_t_70 8][]

b、方法表结构

![20200916183908522.png][]

c、方法访问标志

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zODA4NTc4Mw_size_16_color_FFFFFF_t_70 9][]

（2）其他知识点

a、方法里面代码的存储：方法里面的Java代码经过编译成字节码指令后，存储在方法属性表集合中一个名为Code的属性里面。

b、重写：父类方法没有被子类重写，子类方法表集合中就不会有父类方法的信息，但同样可能出现由编译器自动添加的方法，最典型的就是类构造器方法“<clinit>()”和实例构造器方法“<init>”。

c、重载：Java中的重载要求方法简单名称相同且特征签名不同（返回值不包含在特征签名中）。JVM中的要求更广泛，只要描述符不完全一致的方法都可以共存。即使特征签名相同，如果返回值不同也可以共存于同一个class文件中。

10、属性表集合（attributes\_count/attributes\[\]）

（1）概述：属性表用于描述某些场景专有的信息，比如Class文件、字段表、方法表等的代码指令存储以及附属信息。属性表没有严格的顺序限制，只要不与已有的属性名重复即可。同时，JVM会忽略掉它不认识的属性。

（2）虚拟机规范预定义的属性（会因虚拟机版本变动）以及属性表结构

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl8zODA4NTc4Mw_size_16_color_FFFFFF_t_70 10][]

属性表结构

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 名称 </td> 
 <td> 类型 </td> 
 <td> 数量 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> attribute_name_index </td> 
 <td> u2 </td> 
 <td> 1 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> attribute_length </td> 
 <td> u4 </td> 
 <td> 1 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> info </td> 
 <td> u1 </td> 
 <td> attribute_length </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

三、属性表集合详解

1、Code属性

（1）作用：Java程序方法体经过javac编译后最终变为字节码存储在Code属性中。

2、Exceptions属性

（1）作用：列举方法中可能抛出的受查异常（Check Exceptions），也就是方法描述时在throws关键字后面列举的异常。

3、LineNumberTable属性

（1）作用：描述Java源码的行号和字节码行号（偏移量）之间的关系。它不是运行时的必需属性，默认会生成到Class文件之中。

4、LocalVariableTable属性

（1）作用：描述Java源码中定义的变量和栈帧中局部变量表中的变量之间的关系。它不是运行时的必需属性，默认会生成到Class文件之中。

5、SourceFile属性

（1）作用：用于记录生成这个Class文件的源码文件名称。可选属性。

6、ConstantValue属性

（1）作用：通知虚拟机为static修饰的变量赋值。实例变量会在<init>方法中赋值；被final修饰的静态基本类型或String类型数据，会生成ConstantValue属性初始化；未被final修饰或者并非基本类型或String类型的静态量，会在<clinit>方法中进行初始化。

7、InnerClass属性

（1）作用：记录内部类与宿主之间的关联。

8、Deprecated属性

（1）作用：布尔属性，表示某个类、方法、字段已被废弃，对应java源码中的@deprecated注释。

9、Synthetic属性

（1）作用：代表方法或字段不是由Java源码直接产生的。

9、StackMapTable属性

（1）作用：位于Code属性中的一个复杂变长属性。在加载字节码验证阶段被类新型检查验证器（Type Checker）使用。

10、Signature属性

（1）作用：记录泛型签名信息。它出现于类、方法、属性表中，是一个定长属性。

11、BootstrapMethods属性

（1）作用：位于类文件属性中的变长属性。用于保存invokedynamic指令引用的引导方法限定符。

N、其他

1、大端与小端

（1）大端：高地址存储数据的低位，低地址存储数据的高位

（2）小端：高地址存储数据的高位，低地址存储数据的低位

2、字节码相关

（1）Linux下解析class的命令：hexdump

3、变量相关概念

（1）类级变量：全局级变量或静态变量，需要使用static关键字修饰，可以直接被类访问。

（2）实例级变量：成员变量，实例化后才会分配内存空间。

（3）方法级变量：局部变量，方法内部定义的变量。

（4）块级变量：定义在一个块内部的变量，生命周期就是所在的这个块，比如if、for循环语句中的变量。

4、全限定名、简单明、描述符

（1）全限定名：类所属的包路径+类名。

（2）简单名：没有类型和参数修饰的方法或者字段名称。比如"public static void main(String\[\] arg)"的简单名是“main”。

（3）描述符：用来描述方法或者字段的数据类型、方法参数列表(包括数量、类型以及顺序)和返回值。

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