JVM虚拟机-虚拟机执行子系统-第6章 类文件结构

各种不同平台的Java虚拟机，以及所有平台都统一支持的程序存储格式——字节码（Byte Code）是构成平台无关性的基石

Class类文件的结构

字节码指令：操作码 操作数
任何一个Class文件都对应着唯一的一个类或接口的定义信息
Class文件是一组以8个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个字节以上空间的数据项时，则会按照高位在前[2]的方式分割成若干个8个字节进行存储。
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”。
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，为了便于区分，所有表的命名都习惯性地以“_info”结尾。表用于描述有层次关系的复合结构的数据，整个Class文件本质上也可以视作是一张表
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，这时候称这一系列连续的某一类型的数据为某一类型的**“集合**”。

魔数与Class文件的版本

每个Class文件的头4个字节被称为魔数（Magic Number），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。Class文件的魔数为“0xCAFEBABE”

常量池

常量池可以比喻为Class文件里的资源仓库，它是Class文件结构中与其他项目关联最多的数据，通常也是占用Class文件空间最大的数据项目之一，另外，它还是在Class文件中第一个出现的表类型数据项目
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、被声明为final的常量值等。
符号引用则属于编译原理方面的概念：
被模块导出或者开放的包（Package）
·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
·方法句柄和方法类型（Method Handle、Method Type、Invoke Dynamic）
·动态调用点和动态常量（Dynamically-Computed Call Site、Dynamically-Computed Constant）
常量池中每一项常量都是一个表
最初11种
支持动态语言调用 增加了4种
支持Java模块化系统 加入了CONSTANT_Module_info和CONSTANT_Package_info2种常量
常量类型表

每一种常量都有自己的数据结构，具体的数据结构表见P307

== 查看CLass文件 notepad下载HEX editor == shift+ctrl+alt+H

标记处为常量池容量，34为16进制版本号

 javap -verbose TestClass

查看所有常量 常量第一个属性为类型标志，其次是结构

访问标志

在常量池结束之后，紧接着的2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；等等

access_flags中一共有16个标志位可以使用，当前只定义了其中9个 ，没有使用到的标志位要求一律为零。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、注解或者模块，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（有取值），而ACC_FINAL、ACC_INTERFACE、ACC_ABSTRACT、ACC_SYNTHETIC、ACC_ANNOTATION、ACC_ENUM、ACC_MODULE这七
个标志应当为假（取值为0），因此它的access_flags的值应为：0x0001|0x0020=0x0021（或的关系）。

类索引、父类索引与接口索引集合

注：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
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该类型的继承关系。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。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关键字（如果这个Class文件表示的是一个接口，则应当是
extends关键字）后的接口顺序从左到右排列在接口索引集合中
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。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。
标记处为类索引、父索引与接口表索引


常量池对应的数据为父类和子类的常量

字段表集合

字段表（field_info）用于描述接口或者类中声明的变量
字段表的最终格式为

方法表集合

方法表的结构如同字段表一样，依次包括访问标志（access_flags）、名称索引（name_index）、描述符索引（descriptor_index）、属性表集合（attributes）

java的重载

重载（Overload）一个方法，除了要与原方法具有相同的简单名称之外，还要求必须拥有一个与原方法不同的特征签名[2]。特征签名是指一个方法中各个参数在常量池中的字段符号引用的集合，也正是因为返回值不会包含在特征签名之中，所以Java语言里面是无法仅仅依靠返回值的不同来对一个已有方法进行重载的。

属性表集合

属性表的结构：

几个经典属性解读

Code属性（java代码编译成的字节码指令）

Java程序方法体里面的代码经过Javac编译器处理之后，最终变为字节码指令存储在Code属性内。Code属性出现在方法表的属性集合之中，但并非所有的方法表都必须存在这个属性，譬如接口或者抽象类中的方法就不存在Code属性，如果方法表有Code属性存在，其结构表示为：

attribute_name_index是一项指向CONSTANT_Utf8_info型常量的索引，此常量值固定为“Code”，它
代表了该属性的属性名称，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为6个字节，所以属性值的长度固定为整个属性表长度减去6个字节。

Exceptions属性

这里的Exceptions属性是在方法表中与Code属性平级的一项属性，读者不要与前面刚刚讲解完的异常表产生混淆。Exceptions属性的作用是列举出方法中可能抛出的受查异常（Checked Excepitons），也就是方法描述时在throws关键字后面列举的异常。

此属性中的number_of_exceptions项表示方法可能抛出number_of_exceptions种受查异常，每一种受查异常使用一个exception_index_table项表示exception_index_table是一个指向常量池中CONSTANT_Class_info型常量的索引，代表了该受查异常的类型。

SourceFile属性

SourceFile属性用于记录生成这个Class文件的源码文件名称，属性结构如下：

ConstantValue属性

ConstantValue属性的作用是通知虚拟机自动为静态变量赋值。只有被static关键字修饰的变量（类变量）才可以使用这项属性。
类似“int x=123”和“static int x=123”这样的变量定义在Java程序里面是非常常见的事情，但虚拟机对这两种变量赋值的方式和时刻都有所不同。对非static类型的变量（也就是实例变量）的赋值是在实例构造器()方法中进行的；而对于类变量，则有两种方式可以选择：在类构造器()方法中或者使用ConstantValue属性。
ConstantValue属性的结构如下：