手写 Class 字节码解析技术（二）字段的操作

          上一章节讲述字节码的解析，只要知道了calss的文件结构，我们就可以操作字节码里面的数据，从而改变其代码结构，完成动态代理，AOP AapectJ此类框架的功能。当然精力有限，只能是弄一个小案例，弄懂其中原理。

         动态的往class字节码中添加字段。效果如下，MainHello是原始的class文件，MainHello111是操作之后的class，可以看到 test_wuzhi  ， char_name ，  book_name 三个字段已经成功写入。

                   

         

首先完成这个功能，我们需要知道class结构中的   constant 表  、 fields表 两个结构表。

       constant 常量表如下，其他可以不看，但是其中UTF8类型 的值是不是很眼熟，

       #8中的 main_type  #9的Ljava/long/String   #12 的name 以及 #24的 I(代表int) ，简单的说就是class结构中所有的字符串常量、类型 、字段名称、 方法名称calss中的UTF8这个类型里面。

       想要增加字段，大概思路有这么几步。我们先讲思路，然后继续讲解详细的读取方式。

逻辑思路

       1、需要增加字段名称以及字段类型，所以需要增加常量池个数大小，也就是十六进制中JDK主版本号后面的【0025】。以及其中fields的个数。对应的结构体为constant_pool_count  和fields_count 。都需要 +1；

       2、往constatn_pool区插入 字段名称、字段类型（如果有则不需要，直接饮用其索引项即可） ，以test_wuzhi为例作为字段名称。

            按照常量Constant_Utf8_info 的结构规则为  tag(类型 1bit)   + length(字符串所占长度 2bit) +bytes(字符串) 这里的length的意思是，后续字节码中有length的长度是我当前Utf8的身体，你们不要解析分割错了。

                main_wuzh十六进制字节码为746573745F77757A6869    

                于是得出完整的main_wuzh 常量的完整字节码：01(tag)000a(length)746573745F77757A6869(bytes)

                    在class字节码中constatn_pool 数据结尾处插入main_wuzh 的字节码即可。如何确定那里是constatn_pool 的结尾？于是解析class时，需要记录下class结构表中每一个结构体的开始于结束指针位。也就是在class字节码下班1058的位置，insert入我们准备的字节码即可。

         字段类型亦是如此，就不过多讲解。

       3、 fields表   其中属性如下。

类型	描述	备注
u2	access_flags	记录字段的访问标志
u2	name_index	常量池中的索引项，指定字段的名称
u2	descriptor_index	常量池中的索引项，指定字段的描述符
u2	attributes_count	attributes包含的项目数
attribute_info	attributes[attributes_count]

               我们以  private String main_wuzh 这个字段作为例子。
              从下图中，我们得出字节码 0002(access_flags)002c(name_index)0009(descriptor_index)0000(如果当前字段还有除开系统提供的其他属性，就回增加在attribute_info中，这里没有则为0)。

             字段的增加也是和常量一样，解析class字节码时，记录下  fields表的开始与结束为，在结束位插入刚刚的字节码即可。

              但是要注意的是往class字节码中插入新的数据时，后续的结构体的起始于结束位的偏移问题。当往字节码中插入长度为X的数据，则后续的结构体起始于结束的指针坐标，也要加上X，以修正class后续整体的结构位。

 

 

       思路大概如上，改变constant_pool_count  和fields_count 的数码。在添加对应的常量数据与字段数据即可。

       那么我在继续说说其中多结构体的读取方式，其中magic 、minor_version这类的单结构体，我们好理解，直接substring即可。那想constant_pool 、fields、methods之类的就比较复杂了，其中又包含了子结构体。这样的结构体，理解与实际解析就比较复杂了，于是我们来详细说道说道。我们就以constant_pool 为例。

       简单的说，class其文件结构，不想json 、html、xml 都有想这样 ：  ‘’  <> 之类的分隔符，当解析到这些分隔符的时候，你就知道，从这里到这里是一个结构体，从那里到那里又是一个新的结构体。class的文件结构特殊之处在于，class其中的结构体，一个一个紧密的排列在一起，从0-8是一个结构体，8-12是一个结构体，12-16又是一个结构体，以此按照class结构表中各结构长度单位u1、u2、u3、u4代替json、xml中分隔符的作用，当指针位从0读取到文件下标位置8的时候，你就知道一个结构体已经读取完了，可以开始读取下一个结构体了，从指针位读取到12的时候，你就可以知道，这是jdk次版本号的内容，以此类推。

          读取也很简单，class开头的第一个结构体是 magic  长度为U4，也就是占据了8个单位。那就是从class的开头，substring其中0-8的位置，返回的内容就是calss 其中魔数的十六进制内容，转换对应的字符串，就是我们想要的对应。

         我们定义一个变量start_pointer，记录当前读取的位置， 然后把每个结构体的单位长度累加起来，就是下一个结构体的起始位，比如当前已经读取完magic ，那么start_pointer 值就为8，下一个结构体minor_version，长度为u2，也就是4个单位，那么  substring（start_pointer，start_pointer+4） 返回内容，在从十六进制转换成十进制，就是我们想要的内容。 

       

class结构表

符号	中文名	结构	作用	规则
magic	魔数	U4	所有的由Java编译器编译而成的class文件的前4个字节都是 “0xCAFEBABE” ，JVM用来判断是否是可加载的.class文件
minor_version	次版本号	u2	JVM
major_version	主版本号	u2	JVM加载class文件的时候，判断是否可加载,如果JDK.Mj_Version	JDK1.0->45;1.7->51
constant_pool_count	常量池中常量数量	u2	记录了constatn_pool中constant_pool_info的数量	index从1开始;index=0：某些指向常量池的索引值的数据在特定的情况下表达“不引用任何一个常量池项”。
constatn_pool	常量池数据区	constant_pool_info结构	包含Class文件结构及其子结构中引用的所有 字符串常量、类、接口、字段名和其它常量(字面量和符号引用)	tag bytes:第一个字节,用于识别哪种类型的常量。index=constant_pool_count - 1。
access_flags	访问标志	u2	表示某个类或者接口的访问权限及基础属性
this_class	类索引	u2	this_class的值必须是对constant_pool表中项目的一个有效索引值。constant_pool表在这个索引处的项必须为CONSTANT_Class_info 类型常量，表示这个 Class 文件所定义的类或接口
super_class	父类索引	u2	super_class的值必须是对constant_pool表中项目的一个有效索引值。constant_pool表在这个索引处的项必须为CONSTANT_Class_info 类型常量，表示这个 Class 文件所定义的直接父类
interfaces_count	接口计数器	u2	当前类或接口的直接父类接口数
interfaces	接口信息数据区(接口表)	u2	interfaces[]数组中的每个成员的值必须是一个对constant_pool表中项目的一个有效索引值， 它的长度为 interfaces_count
fields_count	字段计数区	u2	fields_count的值表示当前Class文件 fields[] 数组的成员个数
fields	字段信息数据区(字段表)	field_info结构	fields[]数组中的每个成员都必须是一个fields_info结构 的数据项，用于表示当前类或接口中某个字段的完整描述，但不包括从父类或父接口继承的部分
methods_count	方法计数器	u2	methods_count的值表示当前Class 文件 methods[]数组的成员个数
methods	方法信息数据区(方法表)	method_info 结构	methods[] 数组中的每个成员都必须是一个 method_info 结构 的数据项，用于表示当前类或接口中某个方法的完整描述
attributions_count	属性计数器	u2	attributes_count的值表示当前 Class 文件attributes表的成员个数
attributions	属性信息数据区(属性表)	attribute_info结构	attributes 表的每个项的值必须是attribute_info结构	在Java 7 规范里，Class文件结构中的attributes表的项包括下列定义的属性InnerClasses 、 EnclosingMethod 、 Synthetic 、Signature、SourceFile，SourceDebugExtension 、Deprecated、RuntimeVisibleAnnotations 、RuntimeInvisibleAnnotations以及BootstrapMethods属性。

           常量的读取方式

        同样的，根据class结构表 所示，主版本后，就是常量池数。读取方式也是substring（start_pointer，start_pointer+4） 返回  0025 ，十进制就是37，标识当前class文件中，有37个常量。开头我们说了，calss的内容结构，是没有分隔符的。如果解决？这里calss用一个常量计数器标识，标识后续的37个单位长度的内容里面，都是我常量区的小弟。那如何确定每个单位的长度是多少？如下图，我们要如何确定cp_info #1是从那里开始，到那里结束，#2又是才能够那里开始，那里结束。从下图常量类型表里面，我们看到14中常量里面有一个tag 标识。

   

  于是我们画个草图，分析如下。

 

   后续诸如 methods 、attributes 、interfaces表会在后续的字节码方法操作中讲解，这章节，就先讲讲关于class字节码中字段操作所需要的知识点。

 代码连接 https://pan.baidu.com/s/1D6yi9Lss8_nSwEuRmpWucg    ClazzAnalysis类

文章参考 

          https://blog.csdn.net/sinat_38259539/article/details/78248454  

          https://my.oschina.net/u/2246410/blog/1800670

         https://www.jianshu.com/p/ae3f860499aa?utm_campaign=maleskine&utm_content=note&utm_medium=seo_notes&utm_source=recommendation