类文件结构

class文件结构

• 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文件中，中间没有添加任何分隔符。
• 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来存储，这种伪结构中只有两种数据类型：无符号数和表。无符号数属于基本数据类型，以u1、u2、u4、u8来分别代表1、2、4、8个字节的无符号数。表是由多个无符号数或其他表作为数据项构成的符合数据类型，所有的表都习惯性地以“_info”结尾。

ClassFile{
magic                        u4,
minor_version                u2,
major_version                u2,
constant_pool_count            u2,
constant_pool                cp_info*constant_pool_count,
access_flags                 u2,
this_class                   u2,
super_class                  u2,
interface_count              u2,
interfaces                   u2 * interface_count,
fields_count                 u2,
fields                      field_info * fields_count,
methods_count                u2,
methods                      method_info * methods_count,
attributes_count             u2,
attributes                   attributes_info * attributes_count
}

magic(魔数) u4

• 值为0xcafebabe，没有特别的意义，放在文件头并选取用来标记该文件是一个class文件。

minor_version/major_version(次版本号和主版本号) u2 u2

• 高版本jdK可以向下兼容以前版本的class文件

constant_pool_count/constant_pool(常量池数量和常量池) u2

• 计数器从1开始，第0位有特殊含义，表示指向常量池的索引值数据不引用任何一个常量池项目

• 常量池保存了文件中类或接口相关的一切常量，字面常量(直接量)，如文字字符串、final变量值，以及符号引用，如类或接口的全限定名、方法或字段的简单名称和描述符。

  
  
  

access_flags(访问标志) u2

• 标识这个类或接口的访问信息。是类还是接口，是否public，是否abstract等等。两个字节一共16个标志位，目前只定义了8个，没有使用的一律为0。

类索引、父类索引与接口索引集合 u2 u2 u2表

• 各自指向一个类型为Constant_class_info的类描述符常量，通过它的索引值找到一个Constant_utf8_info类型的常量的全限定名字符串。

字段表集合

• 描述接口或者类中声明的类变量以及实例变量，不包括方法中的局部变量。
• 从父类继承来的字段不会出现在字段表中。但有可能出现类中不存在的字段，如内部类中自动添加指向外部类实例的字段。

field_info
{ 
    u2      access_flags; 
    u2      name_index;     //字段的简单名称
    u2      descriptor_index;     //字段和方法的描述符
    u2      attributes_count; 
    attributes_info * attributes_cout      attributes               
} 

字段访问标志

描述符标识字符含义

方法表集合

• 字段表集合结束后便是方法表集合。
• 和字段表一样，使用一个u2类型的方法计数器，记录该类中方法的个数。
• 方法的定义可以和字段表一样表达，方法的代码以字节码形式存放在Code属性里。
• 如果父类方法没有被重写，方法表集合中就不会出现来自父类的方法信息。但有可能出现编译器自动添加的方法，如类构造器和实例构造器。

方法表的结构

属性表集合

code属性

• 该属性里主要存放由javac编译器处理后得到的字节码指令。

  
  
  

  code属性结构

1. attribute_name_index是一项指向CONSTANT_Utf8_info型常量的索引，常量值固定为“Code”，它代表了该属性的名称。
2. attribute_length指示了属性值的长度，由于属性名称索引与属性长度一共是6个字节，所以属性值的长度固定为整个属性表的长度减去6个字节。
3. max_stack代表了操作数栈深度的最大值。
4. max_locals代表了局部变量表所需的存储空间，它的单位是Slot，并不是在方法中用到了多少个局部变量，就把这些局部变量所占Slot之和作为max_locals的值，原因是局部变量表中的Slot可以重用。
5. code_length和code用来存储Java源程序编译后生成的字节码指令。code用于存储字节码指令的一系列字节流，它是u1类型的单字节，因此取值范围为0×00到0xFF，那么一共可以表达256条指令，目前，Java虚拟机规范已经定义了其中200条编码值对应的指令含义。code_length虽然是一个u4类型的长度值，理论上可以达到2^32-1，但是虚拟机规范中限制了一个方法不允许超过65535条字节码指令，如果超过了这个限制，Javac编译器将会拒绝编译。
6. 异常表： 如果字节码从第start_pc行到第end_pc行之间（不含end_pc行）出现了类型为catch_type或其子类的异常（catch_type为指向一个CONSTANT_Class_info型常量的索引），则转到第handler_pc行继续处理，当catch_pc的值为0时，代表任何的异常情况都要转到handler_pc处进行处理。

异常表

expections属性

• 与code平级，描述方法可能抛出的受查异常，及throws关键字后的异常。注意与上面异常表区分。

LineNumberTable属性

• 描述Java源码行号和字节码行号的对应关系，非必须，javac时可以取消，取消的话，抛出异常时，堆栈不显示出错的行号。

LocalVariableTable属性

• 描述栈帧中局部变量表中的变量和Java源码中定义的变量之间的关系，非必须，可以和上面一样取消。

SourceFile属性

• 记录这个Class文件的源码文件名称，可以取消。

ConstantVaule属性

• 通知虚拟机自动为静态变量赋值。

【final、static、static final修饰的字段赋值的区别】

• static修饰的字段在类加载过程中的准备阶段被初始化为0或null等默认值，而后在初始化阶段（触发类构造器）才会被赋予代码中设定的值，如果没有设定值，那么它的值就为默认值。
• final修饰的字段在运行时被初始化（可以直接赋值，也可以在实例构造器中赋值），一旦赋值便不可更改；
• static final修饰的字段在Javac时生成ConstantValue属性，在类加载的准备阶段根据ConstantValue的值为该字段赋值，它没有默认值，必须显式地赋值，否则Javac时会报错。可以理解为在编译期即把结果放入了常量池中。

InnerClasses属性

• 该属性用于记录内部类与宿主类之间的关联。如果一个类中定义了内部类，那么编译器将会为它及它所包含的内部类生成InnerClasses属性。