虚拟机执行子系统 类文件结构之一 学习笔记（《深入理解java虚拟机》之七 类文件结构）

目录

无关性的基石

Class类文件的结构

魔数与Class文件的版本（magic,minor_version,major_version）

常量池（constant_pool_count, constant_pool）

访问标志（access_flags）

类索引、父类索引与接口索引集合（this_class，super_class，interfaces_count，interfaces）

字段表集合（fields_count，fields）

方法表集合（methods_count，methods）

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无关性的基石

“与平台无关”的理想最终实现在操作系统的应用层上：Sun公司以及其他虚拟机提供商发布了许多可以运行在各种不同平台上的虚拟机，这些虚拟机都可以载入和执行同一种平台无关的字节码，从而实现了程序的“一次编写，到处运行”。

各种不同平台的虚拟机与所有平台都统一使用的程序存储格式——字节码（ByteCode）是构成平台无关性的基石，但本节标题中刻意省略了“平台”二字，那是因为笔者注意到虚拟机的另外一种中立特性——语言无关性正越来越被开发者所重视。

实现语言无关性的基础仍然是虚拟机和字节码存储格式。Java虚拟机不和包括Java在内的任何语言绑定，它只与“Class文件”这种特定的二进制文件格式所关联，Class文件中包含了Java虚拟机指令集和符号表以及若干其他辅助信息。基于安全方面的考虑，Java虚拟机规范要求在Class文件中使用许多强制性的语法和结构化约束，但任一门功能性语言都可以表示为一个能被Java虚拟机所接受的有效的Class文件。作为一个通用的、机器无关的执行平台，任何其他语言的实现者都可以将Java虚拟机作为语言的产品交付媒介。例如，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的来源是何种语言，如图6-1所示。

 

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会比Java语言本身更加强大。因此，有一些Java语言本身无法有效支持的语言特性不代表字节码本身无法有效支持，这也为其他语言实现一些有别于Java的语言特性提供了基础。

 

Class类文件的结构

注意　任何一个Class文件都对应着唯一一个 类 或 接口 的定义信息，但反过来说，类或接口并不一定都得定义在文件里（譬如类或接口也可以通过类加载器直接生成）【敲黑板！】。本章中，笔者只是通俗地将任意一个有效的类或接口所应当满足的格式称为“Class文件格式”，实际上它并不一定以磁盘文件的形式存在。【再敲个黑板！！】

【这段解释了一个class文件对应着什么东西，由于我这里不记得，后面看字节码解析就看晕了】

（开始了，Class文件）

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文件中存储的内容几乎全部是程序运行的必要数据，没有空隙存在。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[1]的方式分割成若干个8位字节进行存储。

[1]这种顺序称为“Big-Endian”，具体是指最高位字节在地址最低位、最低位字节在地址最高位的顺序来存储数据，它是SPARC、PowerPC等处理器的默认多字节存储顺序，而x86等处理器则是使用了相反的“Little-Endian”顺序来存储数据。

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【大小端解释：传送门：https://www.cnblogs.com/lkxsnow/p/5185442.html

我们在栈 上分配一个unsigned char buf[4]，那么这个数组变量在栈上是如何布局的呢？看下图：
栈底 （高地址）
----------
buf[3] 
buf[2]
buf[1]
buf[0]
----------
栈顶 （低地址）

---

以unsigned int value = 0x12345678为例，分别看看在两种字节序下其存储情况，我们可以用unsigned char buf[4]来表示value：

Big-Endian: 低地址存放高位，如下图：
栈底 （高地址）
---------------
buf[3] (0x78) -- 低位
buf[2] (0x56)
buf[1] (0x34)
buf[0] (0x12) -- 高位
---------------
栈顶 （低地址）

---

Little-Endian: 低地址存放低位，如下图：
栈底 （高地址）
---------------
buf[3] (0x12) -- 高位
buf[2] (0x34)
buf[1] (0x56)
buf[0] (0x78) -- 低位
--------------
栈 顶 （低地址）

---

】

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数据，这种伪结构中只有两种数据类型：无符号数和表，后面的解析都要以这两种数据类型为基础，所以这里要先介绍这两个概念。

【敲黑板！后面全部说的数据类型都是这两】

无符号数属于基本的数据类型，以u1、u2、u4、u8来分别代表1个字节、2个字节、4个字节和8个字节的无符号数，无符号数可以用来描述数字、索引引用、数量值或者按照UTF-8编码构成字符串值。

表是由多个无符号数或者其他表作为数据项构成的复合数据类型，所有表都习惯性地以“_info”结尾。表用于描述有层次关系的复合结构的数据，整个Class文件本质上就是一张表，它由表6-1所示的数据项构成。

【再敲黑板！这张表会就是Class文件格式后面要细讲的内容，后面会一个个解释这些数据项】

表6-1

（类型集合的定义）

无论是无符号数还是表，当需要描述同一类型但数量不定的多个数据时，经常会使用一个前置的容量计数器加若干个连续的数据项的形式，这时称这一系列连续的某一类型的数据为某一类型的集合。

Class的结构不像XML等描述语言，由于它没有任何分隔符号，所以在表6-1中的数据项，无论是顺序还是数量，甚至于数据存储的字节序（Byte Ordering,Class文件中字节序为Big-Endian）这样的细节，都是被严格限定的，哪个字节代表什么含义，长度是多少，先后顺序如何，都不允许改变。

 

魔数与Class文件的版本（magic,minor_version,major_version）

（魔数定义及作用）

定义：每个Class文件的头4个字节称为魔数（Magic Number）

作用：它的唯一作用是确定这个文件是否为一个能被虚拟机接受的Class文件。

 

（balabala class文件魔数小可爱，记得Class文件的魔数就行：0xCAFEBABE）

很多文件存储标准中都使用魔数来进行身份识别，譬如图片格式，如gif或者jpeg等在文件头中都存有魔数。使用魔数而不是扩展名来进行识别主要是基于安全方面的考虑，因为文件扩展名可以随意地改动。文件格式的制定者可以自由地选择魔数值，只要这个魔数值还没有被广泛采用过同时又不会引起混淆即可。Class文件的魔数的获得很有“浪漫气息”，值为：0xCAFEBABE（咖啡宝贝？），这个魔数值在Java还称做“Oak”语言的时候（大约是1991年前后）就已经确定下来了。

 

（这个“紧接着”的由来看表6-1顺序对着看就知道了）

紧接着魔数的4个字节存储的是Class文件的版本号：第5和第6个字节是次版本号（Minor Version），第7和第8个字节是主版本号（Major Version）。【u2的 Minor Version，u2的Major Version】

再贴一下好了：

 

（这段主要讲：版本号的作用）

Java的版本号是从45开始的，JDK 1.1之后的每个JDK大版本发布主版本号向上加1（JDK 1.0～1.1使用了45.0～45.3的版本号），高版本的JDK能向下兼容以前版本的Class文件，但不能运行以后版本的Class文件，即使文件格式并未发生任何变化，虚拟机也必须拒绝执行超过其版本号的Class文件。例如，JDK 1.1能支持版本号为45.0～45.65535的Class文件，无法执行版本号为46.0以上的Class文件，而JDK1.2则能支持45.0～46.65535的Class文件。现在，最新的JDK版本为1.7，可生成的Class文件主版本号最大值为51.0。

（这段代码一定要记得一定要记得！后面都是这段代码的字节码解析！）
为了讲解方便，笔者准备了一段最简单的Java代码（见代码清单6-1），本章后面的内容都将以这段小程序使用JDK 1.6编译输出的Class文件为基础来进行讲解。

package org.fenixsoft.clazz;
public class TestClass{
	private int m;
	public int inc(){
		return m+1;
	}
}
	

清单6-1

（Class文件里字节码的说明）

图6-2显示的是使用十六进制编辑器WinHex打开这个Class文件的结果，可以清楚地看见开头4个字节的十六进制表示是0xCAFEBABE，代表次版本号的第5个和第6个字节值为0x0000，而主版本号的值为0x0032，也即是十进制的50，该版本号说明这个文件是可以被JDK 1.6或以上版本虚拟机执行的Class文件。

 

表6-2列出了从JDK 1.1到JDK 1.7，主流JDK版本编译器输出的默认和可支持的Class文件版本号。

 

 

 

常量池（constant_pool_count, constant_pool）

紧接着主次版本号之后的是常量池入口，常量池可以理解为Class文件之中的资源仓库【敲黑板！】，它是Class文件结构中与其他项目关联最多的数据类型，也是占用Class文件空间最大的数据项目之一，同时它还是在Class文件中第一个出现的表类型数据项目。

接着贴：

由于常量池中常量的数量是不固定的，所以在常量池的入口需要放置一项u2类型的数据，代表常量池容量计数值（constant_pool_count）。与Java中语言习惯不一样的是，这个容量计数是从1而不是0开始的【从1开始计数的】

如图6-3所示，常量池容量（偏移地址：0x00000008）为十六进制数0x0016，即十进制的22，这就代表常量池中有21项常量，索引值范围为1～21。

在Class文件格式规范制定之时，设计者将第0项常量空出来是有特殊考虑的，这样做的目的在于满足后面某些指向常量池的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项目”的含义，这种情况就可以把索引值置为0来表示。

Class文件结构中只有常量池的容量计数是从1开始，对于其他集合类型，包括接口索引集合、字段表集合、方法表集合等的容量计数都与一般习惯相同，是从0开始的。

 

（常量池中存放哪些内容：）

常量池中主要存放两大类常量：字面量（Literal）和符号引用（Symbolic References）。

字面量：比较接近于Java语言层面的常量概念，如文本字符串、声明为final的常量值等。

符号引用：则属于编译原理方面的概念，包括了下面三类常量：

类和接口的全限定名（Fully Qualified Name）

字段的名称和描述符（Descriptor）

方法的名称和描述符

 

【作者后面才解释，我这里提前贴出来好理解，敲黑板！！很重要！

代码清单6-1：

package org.fenixsoft.clazz;
public class TestClass{
	private int m;
	public int inc(){
		return m+1;
	}
}
	

现在需要解释一下“简单名称”、“描述符”以及前面出现过多次的“全限定名”这三种特殊字符串的概念。

全限定名和简单名称很好理解，

全限定名：以代码清单6-1中的代码为例，“org/fenixsoft/clazz/TestClass”是这个类的全限定名，仅仅是把类全名中的“.”替换成了“/”而已，为了使连续的多个全限定名之间不产生混淆，在使用时最后一般会加入一个“；”表示全限定名结束。【疑问：没看到分号啊！】

简单名称：是指没有类型和参数修饰的方法或者字段名称，这个类中的inc（）方法和m字段的简单名称分别是“inc”和“m”。

 

相对于全限定名和简单名称来说，方法和字段的描述符就要复杂一些。

描述符：作用是用来描述字段的数据类型、方法的参数列表（包括数量、类型以及顺序）和返回值。

根据描述符规则，基本数据类型（byte、char、double、float、int、long、short、boolean）以及代表无返回值的void类型都用一个大写字符来表示，而对象类型则用字符L加对象的全限定名来表示，详见表6-10。
 

表6-10

对于数组类型，每一维度将使用一个前置的“[”字符来描述，如一个定义为“java.lang.String[][]”类型的二维数组，将被记录为：“[[Ljava/lang/String；”，一个整型数组“int[]”将被记录为“[I”。

用描述符来描述方法时，按照先参数列表，后返回值的顺序描述，参数列表按照参数的严格顺序放在一组小括号“（）”之内。如方法void inc（）的描述符为“（）V”，方法java.lang.String toString（）的描述符为“（）Ljava/lang/String；”，方法int indexOf（char[]source,int sourceOffset,int
sourceCount,char[]target,int targetOffset,int targetCount,int fromIndex）的描述符为“（[CII[CIII）I”。

 

】

Java代码在进行Javac编译的时候，并不像C和C++那样有“连接”这一步骤，而是在虚拟机加载Class文件的时候进行动态连接。也就是说，在Class文件中不会保存各个方法、字段的最终内存布局信息，因此这些字段、方法的符号引用不经过运行期转换的话无法得到真正的内存入口地址，也就无法直接被虚拟机使用。

当虚拟机运行时，需要从常量池获得对应的符号引用，再在类创建时或运行时解析、翻译到具体的内存地址之中。

关于类的创建和动态连接的内容，在下一章介绍虚拟机类加载过程时再进行详细讲解。

【理解：也就是说，这些信息相当于就是占位符，记录到class文件中，并没有记录详细的内存分配啊，内存地址等，只有虚拟机运行时，把这些占位符拿出来，在类创建或者运行解析或翻译才有具体的内存分配啊地址信息等】

 

常量池中每一项常量都是一个表，在JDK 1.7之前共有11种结构各不相同的表结构数据，在JDK 1.7中为了更好地支持动态语言调用，又额外增加了3种（CONSTANT_MethodHandle_info、CONSTANT_MethodType_info和
CONSTANT_InvokeDynamic_info，本章不会涉及这3种新增的类型，在第8章介绍字节码执行和方法调用时，将会详细讲解）。

这14种表都有一个共同的特点，就是表开始的第一位是一个u1类型的标志位（tag，取值见表6-3中标志列），代表当前这个常量属于哪种常量类型。（敲黑板！！！）这14种常量类型所代表的具体含义见表6-3。

【常量池内容很长，后续还会继续贴】

贴一下图6-3

之所以说常量池是最烦琐的数据，是因为这14种常量类型各自均有自己的结构。

回头看看图6-3中常量池的第一项常量，它的标志位（偏移地址：0x0000000A）是0x07（就是说的tag），查表6-3的标志列发现这个常量属于CONSTANT_Class_info类型，此类型的常量代表一个类或者接口的符号引用。

CONSTANT_Class_info的结构比较简单，见表6-4。

tag是标志位，上面已经讲过了，它用于区分常量类型（就是上面说的标志位）；

name_index是一个索引值，它指向常量池中一个CONSTANT_Utf8_info类型常量，此常量代表了这个类（或者接口）的全限定名，

这里name_index值（偏移地址：0x0000000B）为0x0002，也即是指向了常量池中的第二项常量。

【

u2:0x0016 这一位是表示常量池数量，表6-1的 constant_pool_count

u1:0x07 决定了这个常量是constant_class_info类型，所以后面紧跟一个u2, u2:0x0002

】

继续从图6-3中查找第二项常量，它的标志位（地址：0x0000000D）是0x01，查表6-3可知确实是一个CONSTANT_Utf8_info类型的常量。CONSTANT_Utf8_info类型的结构见表6-5。

表6-5

length值说明了这个UTF-8编码的字符串长度是多少字节，它后面紧跟着的长度为length字节的连续数据是一个使用UTF-8缩略编码表示的字符串。

UTF-8缩略编码与普通UTF-8编码的区别是：从'\u0001'到'\u007f'之间的字符（相当于1～127的ASCII码）的缩略编码使用一个字节表示，从'\u0080'到'\u07ff'之间的所有字符的缩略编码用两个字节表示，从'\u0800'到'\uffff'之间的所有字符的缩略编码就按照普通UTF-8编码规则使用三个字节表示。

（说明java中方法名，字段名最大长度的由来）

顺便提一下，由于Class文件中方法、字段等都需要引用CONSTANT_Utf8_info型常量来描述名称，所以CONSTANT_Utf8_info型常量的最大长度也就是Java中方法、字段名的最大长度。而这里的最大长度就是length的最大值，既u2类型能表达的最大值65535。所以Java程序中如果定义了超过64KB英文字符的变量或方法名，将会无法编译。

本例中这个字符串的length值（偏移地址：0x0000000E）为0x001D，也就是长29字节，往后29字节正好都在1～127的ASCII码范围以内，内容为“org/fenixsoft/clazz/TestClass”，有兴趣的读者可以自己逐个字节换算一下，换算结果如图6-4选中的部分所示。

（作者说，根据上面分析那两个常量可以继续推出其他常量，所以他不一一分析了，直接把分析完的所有常量都列出来，后续引用常量的时候就直接到这个输出常量表里对应查就好了）

 

到此为止，我们分析了TestClass.class常量池中21个常量中的两个，其余的19个常量都可以通过类似的方法计算出来。为了避免计算过程占用过多的版面，后续的19个常量的计算过程可以借助计算机来帮我们完成。在JDK的bin目录中，Oracle公司已经为我们准备好一个专门用于分析Class文件字节码的工具：javap，代码清单6-2中列出了使用javap工具的-verbose参数输出的TestClass.class文件字节码内容（此清单中省略了常量池以外的信息）。前面我们曾经提到过，Class文件中还有很多数据项都要引用常量池中的常量，所以代码清单6-2中的内容在后续的讲解过程中还要经常使用到。

 

代码清单6-2，使用Javap命令输出常量表【这个表const#1就代表的第一个常量，类推】

C：\＞javap-verbose TestClass
Compiled from"TestClass.java"
public class org.fenixsoft.clazz.TestClass extends java.lang.Object
SourceFile："TestClass.java"
minor version：0
major version：50
Constant pool：
const#1=class#2；//org/fenixsoft/clazz/TestClass
const#2=Asciz org/fenixsoft/clazz/TestClass；
const#3=class#4；//java/lang/Object
const#4=Asciz java/lang/Object；
const#5=Asciz m；
const#6=Asciz I；
const#7=Asciz＜init＞；
const#8=Asciz（）V；
const#9=Asciz Code；
const#10=Method#3.#11；//java/lang/Object."＜init＞"：（）V
const#11=NameAndType#7：#8；//"＜init＞"：（）V
const#12=Asciz LineNumberTable；
const#13=Asciz LocalVariableTable；
const#14=Asciz this；
const#15=Asciz Lorg/fenixsoft/clazz/TestClass；
const#16=Asciz inc；
const#17=Asciz（）I；
const#18=Field#1.#19；//org/fenixsoft/clazz/TestClass.m：I
const#19=NameAndType#5：#6；//m：I
const#20=Asciz SourceFile；
const#21=Asciz TestClass.java；

 

仔细看一下会发现，其中有一些常量似乎从来没有在代码中出现过，如“I”、“V”、“＜init＞”、“LineNumberTable”、“LocalVariableTable”等，这些看起来在代码任何一处都没有出现过的常量是哪里来的呢？

这部分自动生成的常量的确没有在Java代码里面直接出现过，但它们会被后面即将讲到的字段表（field_info）、方法表（method_info）、属性表（attribute_info）引用到，它们会用来描述一些不方便使用“固定字节”进行表达的内容。譬如描述方法的返回值是什么？有几个参数？每个参数的类型是什么？因为Java中的“类”是无穷无尽的，无法通过简单的无符号字节来描述一个方法用到了什么类，因此在描述方法的这些信息时，需要引用常量表中的符号引用进行表达。这部分内容将在后面进一步阐述。最后，笔者将这14种常量项的结构定义总结为表6-6以供读者参考。

表6-6

 

 

 

访问标志（access_flags）

（贴个表6-1回忆一下访问标志在哪里）

在常量池结束之后，紧接着的两个字节代表访问标志（access_flags），

这个标志用于：识别一些类或者接口层次的访问信息，包括：

这个Class是类还是接口；

是否定义为public类型；

是否定义为abstract类型；

如果是类的话，是否被声明为final等。

具体的标志位以及标志的含义见表6-7。

表6-7

（顺便贴一下代码清单6-1）

package org.fenixsoft.clazz;
public class TestClass{
	private int m;
	public int inc(){
		return m+1;
	}
}
	

access_flags中一共有16个标志位可以使用，当前只定义了其中8个，没有使用到的标志位要求一律为0。

（这里意思是指，标志位如果是true,则做字节码或（|）操作，

例如 public,final,super,为true，其他为false，则是0x0001 | 0x0010 | 0x0020,那么access_flags就为 0x0031）

 

以代码清单6-1中的代码为例，

TestClass是一个普通Java类，不是接口、枚举或者注解，

被public关键字修饰

但没有被声明为final和abstract，

并且它使用了JDK 1.2之后的编译器进行编译，

因此它的ACC_PUBLIC、ACC_SUPER标志应当为真，

而ACC_FINAL、ACC_INTERFACE、ACC_ABSTRACT、ACC_SYNTHETIC、ACC_ANNOTATION、ACC_ENUM这6个标志应当为假，

因此它的access_flags的值应为：0x0001|0x0020=0x0021。从图6-5中可以看出，access_flags标志（偏移地址：0x000000EF）的确为0x0021。

图6-5

 

 

 

 

类索引、父类索引与接口索引集合（this_class，super_class，interfaces_count，interfaces）

（照例贴一下表6-1，看看这部分要讲的结构位置）

（以及代码清单6-1）

package org.fenixsoft.clazz;
public class TestClass{
	private int m;
	public int inc(){
		return m+1;
	}
}
	

类索引（this_class）和父类索引（super_class）都是一个u2类型的数据，而接口索引集合（interfaces）是一组u2类型的数据的集合，Class文件中由这三项数据来确定这个类的继承关系。

类索引：用于确定这个类的全限定名，

父类索引：用于确定这个类的父类的全限定名。

由于Java语言不允许多重继承，所以父类索引只有一个，除了java.lang.Object之外，所有的Java类都有父类，因此除了java.lang.Object外，所有Java类的父类索引都不为0。

【

疑问：为啥所有的java类的父类索引都不为0？所有类的父类都是Object的话，那其他类还有父类那不就是多重继承了？

自己脑子一下子没绕过来决定百度，查后解答：（后续如果JVM里有详细说明再做修改）

如果一个类没有父类，那么会默认的给这个类一个默认父类，叫做Object

如果这个类有父类，那么他的父类就是指定的类而不是Object，但是，你会发现他还是有Object的各种方法，原因在于，最顶层父类的默认父类还是Object

】

 

 

接口索引集合：就用来描述这个类实现了哪些接口，

这些被实现的接口将按implements语句（如果这个类本身是一个接口，则应当是extends语句）后的接口顺序从左到右排列在接口索引集合中。

类索引、父类索引和接口索引集合都按顺序排列在访问标志之后，类索引和父类索引用两个u2类型的索引值表示，它们各自指向一个类型为CONSTANT_Class_info的类描述符常量，通过CONSTANT_Class_info类型的常量中的索引值可以找到定义在CONSTANT_Utf8_info类型的常量中的全限定名字符串。【看这查找过程不如看后两段字节码实例描述的清楚，这里看不懂不纠结，往后看】图6-6演示了代码清单6-1的代码的类索引查找过程。

图6-6

对于接口索引集合，入口的第一项——u2类型的数据为接口计数器（interfaces_count），表示索引表的容量。如果该类没有实现任何接口，则该计数器值为0，后面接口的索引表不再占用任何字节。代码清单6-1中的代码的类索引、父类索引与接口表索引的内容如图6-7所示。（看看上面的表6-1接口索引部分，有两项，一项是interfaces_count，一项是interfaces）

从偏移地址0x000000F1开始的3个u2类型的值分别为0x0001、0x0003、0x0000，也就是类索引为1，父类索引为3，接口索引集合大小为0，查询前面代码清单6-2中javap命令计算出来的常量池，找出对应的类和父类的常量

 

【理解：

类索引0x0001对应的常量池的第一个常量，他是一个constant_class_info结构，index为2，索引到常量池的第二个常量，是一个constant_utf8_info结构，length 29,从后面29个字节可以得到org/fenixsoft/clazz/TestClass

父类索引0x0003对应的常量池的第三个常量，他是一个constant_class_info结构，index为4，索引到常量池的第四个常量，是一个constant_utf8_info结构，length 16,从后面16个字节可以得到java/lang/Object

接口计数器（interfaces_count）0x0000，数量为0，后面不再有任何interfaces索引，不占用任何字节

这时候再看图6-6就好理解了

】

 

 

 

字段表集合（fields_count，fields）

（照例贴表6-1）

字段表（field_info）：用于描述接口或者类中声明的变量。

（理解一下，变量作用域：java变量的作用域----------四个级别：类级、对象实例级、方法级、块级）

字段（field）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。

Java中描述一个字段可以包括的信息有：

字段的作用域（public、private、protected修饰符）、

是实例变量还是类变量（static修饰符）、

可变性（final）、

并发可见性（volatile修饰符，是否强制从主内存读写）、

可否被序列化（transient修饰符）、

字段数据类型（基本类型、对象、数组）、

字段名称。

上述这些信息中，各个修饰符都是布尔值，要么有某个修饰符，要么没有，很适合使用标志位来表示。

而字段叫什么名字、字段被定义为什么数据类型，这些都是无法固定的，只能引用常量池中的常量来描述。

表6-8中列出了字段表（field_info）的最终格式。

表6-8

 

access_flags（上面说标志位来表示的修饰符）

字段修饰符放在access_flags项目中，它与类中的access_flags项目是非常类似的，都是一个u2的数据类型，其中可以设置的标志位和含义见表6-9。

表6-9

【与访问标志位一样，如果true，则进行或（|）运算】

很明显，在实际情况中，ACC_PUBLIC、ACC_PRIVATE、ACC_PROTECTED三个标志最多只能选择其一，ACC_FINAL、ACC_VOLATILE不能同时选择。接口之中的字段必须有ACC_PUBLIC、ACC_STATIC、ACC_FINAL标志，这些都是由Java本身的语言规则所决定的。

 

name_index（字段的简单名称索引），descriptor_index（这里讲的字段表，所以是字段的描述符索引）

跟随access_flags标志的是两项索引值：name_index和descriptor_index。它们都是对常量池的引用，分别代表着字段的简单名称以及字段和方法的描述符。

【

下面这几段段讲的“简单名称”、“描述符”和“全限定名”，

在前面我为了理解提前放了，要记得的话就可以跳到：跳过的直接看到这 的位置（不是链接..手动下拉瞅）

】

现在需要解释一下“简单名称”、“描述符”以及前面出现过多次的“全限定名”这三种特殊字符串的概念。

全限定名和简单名称很好理解，以代码清单6-1中的代码为例，“org/fenixsoft/clazz/TestClass”是这个类的全限定名，仅仅是把类全名中的“.”替换成了“/”而已，为了使连续的多个全限定名之间不产生混淆，在使用时最后一般会加入一个“；”表示全限定名结束。简单名称是指没有类型和参数修饰的方法或者字段名称，这个类中的inc（）方法和m字段的简单名称分别是“inc”和“m”。

相对于全限定名和简单名称来说，方法和字段的描述符就要复杂一些。描述符的作用是用来描述字段的数据类型、方法的参数列表（包括数量、类型以及顺序）和返回值。根据描述符规则，基本数据类型（byte、char、double、float、int、long、short、boolean）以及代表无返回值的void类型都用一个大写字符来表示，而对象类型则用字符L加对象的全限定名来表示，详见表6-10。

对于数组类型，每一维度将使用一个前置的“[”字符来描述，如一个定义为“java.lang.String[][]”类型的二维数组，将被记录为：“[[Ljava/lang/String；”，一个整型数组“int[]”将被记录为“[I”。

用描述符来描述方法时，按照先参数列表，后返回值的顺序描述，参数列表按照参数的严格顺序放在一组小括号“（）”之内。如方法void inc（）的描述符为“（）V”，方法java.lang.String toString（）的描述符为“（）Ljava/lang/String；”，方法int indexOf（char[]source,int sourceOffset,int sourceCount,char[]target,int targetOffset,int targetCount,int fromIndex）的描述符为“（[CII[CIII）I”。

 

【跳过的直接看到这】

（代码清单来了）

package org.fenixsoft.clazz;
public class TestClass{
	private int m;
	public int inc(){
		return m+1;
	}
}
	

（字段表顺序和结构再来一下）

表6-1 Class文件格式

表6-8 字段表结构

图6-8字段表结构实例（字节码内容）

对于代码清单6-1中的TestClass.class文件来说，字段表集合从地址0x000000F8开始，

第一个u2类型的数据为容量计数器fields_count，如图6-8所示，其值为0x0001，说明这个类只有一个字段表数据。【不理解看看代码清单，只有个m，所以只有一个】

接下来紧跟着容量计数器的是access_flags标志，值为0x0002，代表private修饰符的ACC_PRIVATE标志位为真（ACC_PRIVATE标志的值为0x0002），其他修饰符为假。（表6-9的访问标志位）

代表字段名称的name_index的值为0x0005，从代码清单6-2列出的常量表中可查得第5项常量是一个CONSTANT_Utf8_info类型的字符串，其值为“m”，

代表字段描述符的descriptor_index的值为0x0006，指向常量池的字符串“I”，

根据这些信息，我们可以推断出原代码定义的字段为：“private int m；”。

（代码清单6-2来了常量表信息）

 

字段表都包含的固定数据项目到descriptor_index为止就结束了，不过在descriptor_index之后跟随着一个属性表集合用于存储一些额外的信息，字段都可以在属性表中描述零至多项的额外信息。

对于本例中的字段m，它的属性表计数器为0，也就是没有需要额外描述的信息，

但是！！

如果将字段m的声明改为“final static int m=123；”，那就可能会存在一项名称为ConstantValue的属性，其值指向常量123。关于attribute_info的其他内容，将在介绍属性表的数据项目时再进一步讲解。

 

（注意！警觉！）

字段表集合中不会列出从超类或者父接口中继承而来的字段，

但！！！有可能列出原本Java代码之中不存在的字段，譬如在内部类中为了保持对外部类的访问性，会自动添加指向外部类实例的字段。

另外，在Java语言中字段是无法重载的，两个字段的数据类型、修饰符不管是否相同，都必须使用不一样的名称，但是对于字节码来讲，如果两个字段的描述符不一致，那字段重名就是合法的。

 

 

 

方法表集合（methods_count，methods）

（照例贴表6-1）

 

如果理解了上一节关于字段表的内容，那本节关于方法表的内容将会变得很简单。

Class文件存储格式中对方法的描述与对字段的描述几乎采用了完全一致的方式，方法表的结构如同字段表一样，依次包括了：访问标志（access_flags）、名称索引（name_index）、描述符索引（descriptor_index）、属性表集合（attributes）几项，见表6-11。

这些数据项目的含义也非常类似，仅在访问标志和属性表集合的可选项中有所区别。

方法表和字段表 访问标志 的区别：

1.方法表的访问标志中没有了ACC_VOLATILE标志和ACC_TRANSIENT标志。

因为volatile关键字和transient关键字不能修饰方法，所以方法表的访问标志中没有了ACC_VOLATILE标志和ACC_TRANSIENT标志。

 

2.方法表的访问标志中增加ACC_SYNCHRONIZED、ACC_NATIVE、ACC_STRICTFP和ACC_ABSTRACT标志

与之相对的，synchronized、native、strictfp和abstract关键字可以修饰方法，所以方法表的访问标志中增加ACC_SYNCHRONIZED、ACC_NATIVE、ACC_STRICTFP和ACC_ABSTRACT标志。对于方法表，所有标志位及其取值可参见表6-12。

（这里提到方法里的代码比较复杂，字节码怎么描述）

行文至此，也许有的读者会产生疑问，方法的定义可以通过访问标志、名称索引、描述符索引表达清楚，但方法里面的代码去哪里了？方法里的Java代码，经过编译器编译成字节码指令后，存放在方法属性表集合中一个名为“Code”的属性里面，属性表作为Class文件格式中最具扩展性的一种数据项目，将在6.3.7节中详细讲解（属性表篇幅比较长，我会另开一篇文写笔记）。

 

（代码清单6-1来了）

package org.fenixsoft.clazz;
public class TestClass{
	private int m;
	public int inc(){
		return m+1;
	}
}
	

以代码清单6-1中的Class文件为例对方法表集合进行分析，如图6-9所示，

方法表集合的入口地址为：0x00000101，

第一个u2类型的数据（即是计数器容量methods_count）的值为0x0002，代表集合中有两个方法（这两个方法为编译器添加的实例构造器＜init＞和源码中的方法inc（））。

第一个方法的

访问标志（access_flags）值为0x001，也就是只有ACC_PUBLIC标志为真，

名称索引值(name_index)为0x0007，查代码清单6-2的常量池得方法名为“＜init＞”，

描述符索引（descriptor_index）值为0x0008，对应常量为“（）V”，

属性表计数器（attributes_count）的值为0x0001就表示此方法的属性表集合有一项属性，

属性名称索引（attributes_name_index）为0x0009，对应常量为“Code”，说明此属性是方法的字节码描述。

图6-9

（清单6-2常量池来了）

（注意！）

与字段表集合相对应的，如果父类方法在子类中没有被重写（Override），方法表集合中就不会出现来自父类的方法信息。

但同样的，有可能会出现由编译器自动添加的方法，最典型的便是类构造器“＜clinit＞”方法和实例构造器“＜init＞”方法。

（＜init＞和＜clinit＞的详细内容见本书的第10章。在程序编译与优化的那个章节）

 

【属性表集合新开一篇记】