class 类文件结构

Java 提供 javap 命令可以分析字节码文件，我们可以使用 javap -verbose 命令分析一个字节码文件时， 将会分析该字节码文件的魔数、版本号、常量池、类信息、类的构造方法、类中的方法信息、类变量与成员变量等信息。

一个简单的 Java 代码

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

下图显示的是 Java 代码编译后 .class 文件的十六进制信息

为了方便对比我执行一下 javap -v TestClass

Classfile /../../TestClass.class
  Last modified 2021-2-6; size 306 bytes
  MD5 checksum eeba40cc40cc28ef4d416ff70d901561
  Compiled from "TestClass.java"
public class cn.edu.cqvie.jvm.bytecode.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         // cn/edu/cqvie/jvm/bytecode/TestClass.m:I
   #3 = Class              #17            // cn/edu/cqvie/jvm/bytecode/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               cn/edu/cqvie/jvm/bytecode/TestClass
  #18 = Utf8               java/lang/Object
{
  public cn.edu.cqvie.jvm.bytecode.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 3: 0
  public int inc();
    descriptor: ()I
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=3, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: dup
         2: getfield      #2                  // Field m:I
         5: iconst_1
         6: iadd
         7: dup_x1
         8: putfield      #2                  // Field m:I
        11: ireturn
      LineNumberTable:
        line 8: 0
}
SourceFile: "TestClass.java"

Java 字节码结构

1. 魔数和 Class 文件版本

魔数： 所有的.class 字节码文件的前4个字节都是魔数，魔数为固定值: 0xCAFEBABE

版本信息，魔数之后的4个字节是版本信息，前两个字节表示 minor version (次版本号), 后2个字节表示major version (主版本号)。这里的版本号 00 00 00 34换算成十进制表， 表示次版本号为0, 主版本号为 52. 所以该文件的版本号为 1.8.0。可以通过 java -version 来验证这一点。

➜  ~ java -version
java version "1.8.0_281"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_281-b09)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.281-b09, mixed mode)

2. 常量池

1. 常量池 （constant pool）: 2+N个字节 紧接着主版本号之后的就是常量池入口。一个java 类中定义的很多信息都是由常量池来描述的，可以将常量池看作是 Class 文件的资源仓库，比如说Java类中变量的方法与变量信息，都是存储在常量池中。常量池中主要存储2类常量：字面量与符号引用。

• 字面量, 如字符串文本，java 中声明为final 的常量值等。

• 符号引用, 如类和接口的全局限定名， 字段的名称和描述符，方法的名称和描述符等。

2. 常量池的总体结构： Java类所对应的常量池主要由常量池（常量表）的数量与常量池数组这两部分共同构成。常量池中常量数量紧跟着在主版本号后面，占据2字节:  常量池长度 比如这里我们的十六进制就是 00 13 代表有 18 个常量。

     常量数组则紧跟着常量池数量之后。常量池数组与一般数组不同的是， 常量池数组中不  同的元素的类型，结构都是不同的。长度当然也就不同；但是，一种元素的第一种元素的第一个数据都是一个u1类型, 该字节是一个标识位，占据1个字节。 JVM在解析常量池时，会更具这个u1 类型来获取元素的具体类型。值得注意的是： 常量池中元素的个数 = 常量池数 -1 (其中0暂时不适用), 目的是满足某些常量池索引值的数据在特定情况下需要表达【不引用任何一个常量池】的含义： 根本原因在于，索引为0也是一个常量（保留常量），只不过他不位于常量表中。这个常量就对应null值， 所以常量池的索引是从1开始而非0开始。

上面表中描述了11种数据类型的机构， 其实在jdk1.7之后又增加了3种（CONSTANT_MethodHandle_info, CONSTANT_MethodType_info 以及CONSTANT_InvokeDynami_info）。这样一共14种。

1. 在JVM规范中， 每个变量/字段都有描述信息， 描述信息主要的作用是描述字段的数据类型、方法的参数列表（包括数量、类型、顺序）与返回值。根据描述符 规则， 基本数据类型和代表无返回值的的void 类型都用一个大写字符来表示， 对象类型则使用字符L加对象的全限定名称来表示。为了压缩字节码文件的体积 对于基本数据类型，JVM都只使用一个大写字母聊表示，如下所示：B-byte, C-char, D-double, F-float, I-int, J-long, S-short, Z-boolean , V -void L -表示对象类型，如： Ljava/lang/String;

        b. 对于数组类型来说，每一个维度使用一个前置的 `[来表示， 如int[] 被标记为 [I  , String[][]被表示为 [[java/lang/String;

` 3. 用描述符描述方法时, 按照先参数列表， 后返回值的顺序来描述. 参数列表按照参数的严格顺序放在一组()内， 如方法: String getRealnameByIdNickname(int id, String name)的描述符为: (I, Ljava/lang/String;) Ljava/lang/String

Class 字节码中有两种数据类型

• 字节数据直接量： 这是基本的数据类型。共细分为u1、u2、u4、u8四种，分别代表连续的1个字节、2个字节、4个字节、8个字节组成的整体数据。

• 表（数组）：表时由多个基本数据或其他表，按照既定顺序组成的大的数据集合。表是有结构的 。它的结构体现在：组成表的成分所在的位置和顺序都是 严格定义好的。

常量池常量

1. 0A 00 04 00 0F  method_info 00 04 指向常量池中的常量的位置, 00 0F 指向的是 15 的位置。

2. 09 00 03 00 10  field_info 00 03 指向 3 的位置  00 10 (16 位置)

3. 07 00 11 class info  00 11 （17 位置）

4. 07 00 12 class info 00 12 （18 位置）

5. 01 00 01 6D  utf8 长度为 1 内容为  6D 表示内容转换为 10 进制为 109 转换为 ASCII 码最后的结果为 m

6. 01 00 01 49 utf8 长度为 1 内容为 I

7. 01 00 06 3C 69 6E 69 74 3E utf8 长度为 8 内容为 <init>

8. 01 00 03 28 29 56 utf8 长度为 3 内容为：()V

9. 01 00 04 43 6F 64 65 utf8长度为 4 内容为 Code

10. 01 00 0F 4C 69 6E 65 4E 75 6D 62 65 72 54 61 62 6C 65  utf8 长度为 15 内容为 LineNumberTable

11. 01 00 03 69 6E 63 utf8 长度为3 内容为 inc

12. 01 00 03 28 29 49 长度为 3 内容为 ()I

13. 01 00 0A 53 6F 75 72 63 65 46 69 6C 65 长度为 10 内容为 SourceFile

14. 01 00 0E 54 65 73 74 43 6C 61 73 73 2E 6A 61 76 61  长度为 14 内容为 TestClass.java

15. 0C 00 07 00 08 NameAndType 内容  指向 7 位置。00 08 （8 位置）

16. 0C 00 05 00 06 NameAndType 内容 指向 5 位置。00 06 （6 位置）

17. 01 00 23 63 6E 2F 65 64 75 2F 63 71 76 69 65 2F 6A 76 6D 2F 62 79 74 65 63 6F 64 65 2F 54 65 73 74 43 6C 61 73 73 长度 35 内容 cn/edu/cqvie/jvm/bytecode/TestClass

18. 01 00 10 6A 61 76 61 2F 6C 61 6E 67 2F 4F 62 6A 65 63 74 长度 16 内容 java/lang/Object