Class类文件的结构

        JAVA实现平台无关性的基础是虚拟机和字节码存储格式，使用Java编译器可以把Java代码编译为存储字节码的Class文件，使用JRuby等其他语言的编译器一样可以把程序代码编译成Class文件，虚拟机并不关心Class的来源是什么语言，只要它符合Class文件应有的结构就可以在Java虚拟机中运行。

        Java语言中的各种变量、关键字和运算符号的语义最终都是由多条字节码命令组合而成的，因此字节码命令所能提供的语义描述能力肯定比Java语言本身更强大。Class文件是一组以8位字节为基础单位的二进制流，各个数据项目严格按照顺序紧凑地排列在Class文件之中，中间没有添加任何分隔符，这使得整个Class文件存储的内容几乎全部都是程序运行的必要数据，没有空隙。当遇到需要占用8位字节以上空间的数据项时，则会按照高位在前的方式分割成若干个8位字节进行存储。

        根据Java虚拟机规范的规定，Class文件格式采用一种类似于C语言结构体的伪结构表示。与C语言结构体的域不同，连续的项Java Class文件中顺序存储，不进行填充或者对齐。在《JVM Specification》中式这样定义Class文件的结构：

ClassFile {
      u4 magic;
      u2 minor_version;
      u2 major_version;
      u2 constant_pool_count;
      cp_info constant_pool[constant_pool_count-1];
      u2 access_flags;
      u2 this_class;
      u2 super_class;
      u2 interfaces_count;
      u2 interfaces[interfaces_count];
      u2 fields_count;
      field_info fields[fields_count];
      u2 methods_count;
      method_info methods[methods_count];
      u2 attributes_count;
      attribute_info attributes[attributes_count];
   }

        接下来我们一起看看这个表中各个数据项的具体含义。使用下面的测试类进行详细说明：

package com.igood;

public class TestClass {
	private int member;//int类型字段
	public static String HOME_URL="http://www.baidu.com";//static字符字段
	public final float PI = 3.14159F;//final字段
	//构造函数
	public TestClass(){
		
	}
	//getMember函数
	public int getMember() {
		return member;
	}	
}

        编译完成的类文件如下：

1、 magic

        每个Class文件的头4个字节称为魔数，它的唯一作用是用于确定这个文件是否为一个能被虚拟机接受的Class文件，它的值为0xCAFEBABE。

2、minor_version和major_version
         紧接着魔数的4个字节存储的是Class文件的版本号：第5、6个字节是次版本号(minor_version)，第7、8字节是主版本号(major_version)。Java的版本号从45开始。

3、常量池

        紧接着主次版本号之后的是常量池入口，由于常量池中常量的数量是不固定的，所以再常量池的入口需要放置一项u2的类型的数据，代表常量池容量计数值(constant_pool_count)，这个容量计数是从1而不是从0开始的。常量池(constant_pool)存储了诸如符号常量、final常量值、基本数据类型的字面值等内容。在jVM的头文件jvm/vmcommon/h/pool.h中，有以下对常量池项类型的定义：

#define CONSTANT_Utf8                       1 //UTF-8编码的Unicode字符串
#define CONSTANT_Integer                    3 //int类型的字面值
#define CONSTANT_Float                      4 //float类型的字面值
#define CONSTANT_Long                       5 //long类型的字面值
#define CONSTANT_Double                     6 //double类型的字面值
#define CONSTANT_Class                      7 //对一个类或接口的符号引用
#define CONSTANT_String                     8 //String类型字面值的引用
#define CONSTANT_Fieldref                   9 //对一个字段的符号引用
#define CONSTANT_Methodref                  10 //对一个类中方法的符号引用
#define CONSTANT_InterfaceMethodref         11 //对一个接口中方法的符号引用
#define CONSTANT_NameAndType                12 //对一个字段或方法的部分符号引用

constant_pool：表类型数据集合，即常量池中每一项常量都是一个表，共有11种结构各不相同的表结构数据。这11种表都有一个共同的特点，即均由一个u1类型的标志位开始，可以通过这个标志位来判断这个常量属于哪种常量类型，常量类型及其数据结构如下表所示：

类型	简介	项目	类型	描述
CONSTANT_Utf8_info	utf-8缩略编码字符串	tag	u1	值为1
		length	u2	utf-8缩略编码字符串占用字节数
		bytes	u1	长度为length的utf-8缩略编码字符串
CONSTANT_Integer_info	整形字面量	tag	u1	值为3
		bytes	u4	按照高位在前储存的int值
CONSTANT_Float_info	浮点型字面量	tag	u1	值为4
		bytes	u4	按照高位在前储存的float值
CONSTANT_Long_info	长整型字面量	tag	u1	值为5
		bytes	u8	按照高位在前储存的long值
CONSTANT_Double_info	双精度浮点型字面量	tag	u1	值为6
		bytes	u8	按照高位在前储存的double值
CONSTANT_Class_info	类或接口的符号引用	tag	u1	值为7
		index	u2	指向全限定名,常量项的索引
CONSTANT_String_info	字符串类型字面量	tag	u1	值为8
		index	u2	指向字符串字面量的索引
CONSTANT_Fieldref_info	字段的符号引用	tag	u1	值为9
		index	u2	指向声明字段的类或接口描述符CONSTANT_Class_info的索引项
		index	u2	指向字段描述符CONSTANT_NameAndType_info的索引项
CONSTANT_Methodref_info	类中方法的符号引用	tag	u1	值为10
		index	u2	指向声明方法的类描述符CONSTANT_Class_info的索引项
		index	u2	指向名称及类型描述符CONSTANT_NameAndType_info的索引项
CONSTANT_InterfaceMethodref_info	接口中方法的符号引用	tag	u1	值为11
		index	u2	指向声明方法的接口描述符CONSTANT_Class_info的索引项
		index	u2	指向名称及类型描述符CONSTANT_NameAndType_info的索引项
CONSTANT_NameAndType_info	字段或方法的部分符号引用	tag	u1	值为12
		index	u2	指向该字段或方法名称常量项的索引
		index	u2	指向该字段或方法描述符常量项的索引

4、access_flags(访问标志) 占用2个字节。用来表明该class文件中定义的是类还是接口，访问修饰符是否定义为public；是否定义为abstract类型。类是否是final的。

标志名称	标志值	含义
ACC_PUBLIC	0x0001	是否为public类型
ACC_FINAL	0x0010	是否被声明为final，只有类可设置
ACC_SUPER	0x0020	是否允许使用invokespecial字节码指令，JDK1.2以后编译出来的类这个标志为真
ACC_INTERFACE	0x0200	标识这是一个接口
ACC_ABSTRACT	0x0400	是否为abstract类型，对于接口和抽象类，此标志为真，其它类为假
ACC_SYNTHETIC	0x1000	标识别这个类并非由用户代码产生
ACC_ANNOTATION	0x2000	标识这是一个注解
ACC_ENUM	0x4000	标识这是一个枚举

         根据上面的表格，TestClass类的访问标志为0x0021 = ACC_PUBLIC | ACC_SUPER = 0x0001 | 0x0020

5、this_class 占用2个字节。 它是一个对常量池的索引。指向的是常量池中存储类名符号引用的CONSTANT_Class_info常量表(见下面常量池具体结构)。比如this_class=0x0001。则表示指向常量池中的第一个常量表。通常这个表是指向当前class文件所定义的类名。

6、super_class 占用2个字节 与this_class类似，指向存放当前class文件所定义类的超类名字的索引的CONSTANT_Class_info常量表。

7、inteface_count、interfaces 

        interface_count是class文件所定义的类直接实现的接口或父类实现的接口的数量。占2个字节。intefaces包含了对每个接口的CONSTANT_Class_info常量表的索引。

由于interface_count为0，所以接口索引集合interfaces大小为0，即在编译后的二进制文件中不存在interfaces这项内容。

8、fields_count、fields

        fields_count字段计数器，表明了类中字段的数量 。fields是不同长度的field_info表的序列。这些field_info表中并不包含超类或父接口继承而来的字段。field_info表展示了一个字段的信息，包括字段的名字，描述符和修饰符。如果该字段是final的，那么还会展示其常量值。注意，这些信息有些存放在field_info里面，有些则存放在field_info所指向的常量池中。fields：字段表集合，一组字段表类型数据的集合，字段表包括access_flags，name_index，descriptor_index，attributes_count和attributes[attributes_count]。

9、method_count、methods

        与字段类似，method_count表明类中方法的数量和每个方法的常量表的索引。methods表明了不同长度的method_info表的序列。methods：方法表集合，一组方法表类型数据的集合。方法表结构和字段表结构一样包括access_flags，name_index，descriptor_index，attributes_count和attributes[attributes_count]。

标志名称	标志值	含义
ACC_PUBLIC	0x0001	字段是否为public
ACC_PRIVATE	0x0002	字段是否为private
ACC_PROTECTED	0x0004	字段是否为protected
ACC_STATIC	0x0008	字段是否为static
ACC_FINAL	0x0010	字段是否为final
ACC_SYNCHRONIZED	0x0020	字段是否为synchronized
ACC_BRIDGE	0x0040	方法是否是由编译器产生的桥接方法
ACC_VARARGS	0x0080	方法是否接受不定参数
ACC_NATIVE	0x0100	字段是否为native
ACC_ABSTRACT	0x0400	字段是否为abstract
ACC_STRICTFP	0x0800	字段是否为strictfp
ACC_SYNTHETIC	0x1000	字段是否为编译器自动产生

10、attributes_count 和 attributes属性表

         在Class文件、属性表、方法表中都可以包含自己的属性表集合，用于描述某些场景的专有信息与Class文件中其它数据项对长度、顺序、格式的严格要求不同，属性表集合不要求其中包含的属性表具有严格的顺序，并且只要属性的名称不与已有的属性名称重复，任何人实现的编译器可以向属性表中写入自己定义的属性信息。