第六章 类文件结构

本篇只做一些基本的命令行介绍，准备入坑class文件的小白可以看看。因字节码命令太多，本篇只介绍用到的字节码命令。

原文地址：https://www.jianshu.com/p/47c48fdbef43。

写一java文件，内容如下：

public class A{
  public int i=1;
  public int add(int x){
    return i+x;
  }
}

编译为class文件，然后执行javap -verbose A.class，出现如下界面：

类文件结构.png

文件解析

线程内部分布

To understand the details of the bytecode, we need to discuss how a Java Virtual Machine (JVM) works regarding the execution of the bytecode. A JVM is a stack-based machine. Each thread has a JVM stack which stores frames. A frame is created each time a method is invoked, and consists of an operand stack, an array of local variables, and a reference to the runtime constant pool of the class of the current method.

为了更好理解字节码文件，我们需要理解JVM中字节码的执行。JVM是基于栈的，每一个线程有一个JVM栈存储的架构，其架构包括一个`操作数栈`、一个`本地变量数组`、一个`该类中当前方法到运行时常量池的引用`。

线程内部分布.png

类文件版本号
说明这个文件可以被执行的JDK版本。如52对应的JDK8，标识可以被JDK8及其之前的JDK所执行。(minor version~major version之间)（可以查询Class文件版本号的资料）

类访问标志
说明这个类的修饰符、访问符等，这个类的成分（有可能是接口、枚举等）。
常见的访问标志：

标志名称	含义
ACC_PUBLIC	是否是public类型
ACC_SUPER	是否使用invokespecial字节码指令的新语意（JDK1.0.2之后都为true）
ACC_ENUM	标识这是一个枚举
ACC_FINAL	是否是final修饰（只有类可设置）
ACC_INTERFACE	标识这是一个接口
ACC_ABSTRACT	是否为abstract类型（接口和抽象类为true，其他为false）

tips：ACC_SUPER的拓展：

在早期的JVM（JDK1.0.2之前）编译器中，子继承父并重载其方法，JVM将忽略ACC_SUPER，只执行父方法而不执行子方法。在JDK1.0.2之后，先查找ACC_SUPER设置，然后查找本体，结果是既执行父方法又执行子方法。而这也是我们所期望的。

常量池部分
常量池中主要存放字面量和符号引用。字面量比如文本字符串、final常量值等。符号引用指类和接口的全限定名、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符。
常量池计数从1开始，0是特指某些情况下表达“不引用任何一个常量池项目”的含义。

常见的常量池项目类型：

类型	描述
CONSTANT_Utf8_info	UTF-8编码的字符串
CONSTANT_Methodref_info	类中方法的符号引用
CONSTANT_InterfaceMethodref_info	接口中方法的符号引用
CONSTANT_Fieldref_info	字段的符号引用
CONSTANT_Class_info	类或接口的符号引用
CONSTANT_NameAndType_info	字段或方法的部分符号引用
CONSTANT_String_info	字符串类型字面量
CONSTANT_Integer_info	整形字面量

常量池逐行解析：
#1是方法引用，该方法class A的构造方法。
#2是字段引用，该字段即class A中的i，类型为I（即Integer）。
#3是类的符号引用，该类为A。#4同理，是java.lang.Object。
#11是add方法的简写，#12是输入参数为int，输出参数为int。
#9是JVM预定义属性，指java代码编译成的字节码命令。可以看到下面的“编译后的Bytecode字节码”中有一行是Code。其下面就是code的描述。
#10是JVM预定义属性，java源码行号与字节码指令的对应关系。
#13是JVM预定义属性，记录源文件名称。

Tips：

1. 所有的方法都是在第一行记录方法的简写，第二行记录方法的使用格式：按照先描述入参，再描述返回值的形式。
2. 在字节码文件中构造方法会被视为无返回值，或者说返回值是void，对应的简写为V。
3. 在字节码文件中，基本类型的简写一般对应其首字母的大写，如int对应I，byte对应B。为防止冲突，有一些特殊的，如long对应的J，boolean对应的是Z,void对应V。其他都是无冲突的。
   而L对应对象类型，如Integer对应Ljava/lang/Integer，即L+全路径名。
   数组对应[，几维数组就有几个[，如String[][]对应[[Ljava/lang/String。

字节码部分解析
首先解释了字段，说明其描述符，修饰符。
然后解释了方法——构造方法和普通方法。在javac中，构造方法视为返回为void的普通方法。
stack=2, locals=2, args_size=2表示该本地操作栈的slot（槽数）为2，第1个是this。操作数栈在每一次运行完栈顶的几个元素后（一般取决于该操作符关联几个操作数），会弹出并将新值（前面操作符的运行结果）放入栈顶。在javac中，java中的this关键字是通过传参的形式来访问的，所以该构造方法中locals和args为2，其中args是传入参数。（如果是static方法，this会在本地变量会自动添加this，不会在本地操作栈中传入this）
所有的操作符、操作数都是放在byte array中。左边的0，1，4等都是数组下标。
aload_0是将这个对象的引用，即this关键字，加载到栈顶。
invokespecial是调用父类的构造方法，在调用期间，this，被弹出操作栈。
putfield将第5行声明的常量1存入到#2的i中。

Tips：
在bytecode字节码中，有很多iload、aload、iadd之类的操作码。其中，前缀a说明这个命令操作一个对象引用。i对应int，b对应byte，c对应char，d对应double，等等。这个前缀可以让你明确要操作数据类型。
aload_0表示将本地变量表的下表为0的元素推到操作栈。本地变量表就是形参入口，默认第一个是this。
getfield，首先将this从栈顶弹出。#2是从运行时常量池中的#2位置获取字段，然后放入操作栈。
putfield，通过this引用将值存入到变量中。
iconst_1，表示整形常量，且该常量的值为1.
iadd整形相加操作。
ireturn表示整形返回。return有中断，返回void的意思。
bipush 33表示将byte型的33压入堆栈。

结合上面的操作符的解释，应该已经懂了会经历哪些操作了吧。但是有人会发现0,1,4,5...既然是数组下标，为什么不是0,1,2,3,4,5。因为在下标1的位置，跳到了常量#1的位置，而#1需要两个参数，所以此处会跳过2,3。而实际上2,3位置存放的是需要进行运算或者操作的参数。

LineNumberTable中，前者是字节码行号，后者是java源码行号。输出是为了便于出现异常时可以快速定位到出错的源码行号。
参考：https://www.cnblogs.com/frank-pei/p/5432949.html。