java的class文件格式分析

1. ClassFile 基本定义

Classfile 是一个连续的8 位字节二进制流，数据项按照顺序存储在class 文件中，相邻项没有间隔，占多字节空间的项时，高位在前。

ClassFile 文件格式是固定的，按照顺序

名称	长度	描述	备注
majic	4 个字节	魔数 :0xCAFEBABE	Od –x 命令可以看到。这样保证了 Java 虚拟机能很轻松的分辨出 Java 文件和非 Java 文件
Minor_version 和 major_version	分别 2 字节	主次版本号： Class 文件格式一旦发生变化，版本号也会随之变化。	如果 class 文件版本号超出了处理范围， java 虚拟机将不会处理该文件。
Constantpool_count,constanpool	不固定	常量池：包含了文件中类和接口相 关的常量。文字字符串、 final 变量值、类名和方法名的常量。常量池的大小平均占到了整个类大小的 60% 左右。	入口列表的形式来存储。每个常量 池入口都从一个长度为一个字节的标志开始。除了字面常量还可以容纳字段名称、方法名称和类的全限名等。
Access_flags	2 字节	访问标志 : 定义了类或接口	指明了是类还是接口、是抽象还是 具体。公共、 final 等修饰符。
This_class	2 字节	本身是一个常量池的索引，指向了 常量池中该类全限定名的常量池入口
Super_class	2 字节	指向父类全限定名
Interface_count 和 interfaces	不固定	该类实现的接口数量， interfaces 包含了由该类实现的接口的常量池引用。
FiledsCount 和 fileds	不固定	字段数量和字段的信息表。描述了 字段的类型、描述符等。
Methods_count 和 Mechods	不固定	方法总数和方法本身。使用 ASM 进行 AOP 编程，通常是通过调整 Method 中的指令来实现的。	每一个方法都会有一个 Mechod_info 表，改表记录了方法的方法名、描述符、返回类型。局部变量表，字节码序列等。
Attributes_count 和 Attributes	不固定	属性总数和属性本身。写出了

 

2.class文件的结构

The ClassFile Structure

ClassFile{

    u4 magic;

    u2 minor_version;

    u2 major_version;

    u2 constant_pool_count;

    cp_info constant_pool[constant_pool_count-1];

    u2 access_flags;

    u2 this_class;

    u2 interfaces_count;

    u2 interfaces[interfaces_count];

    u2 fields_count;

    field_info fields[fields_count];

    u2 methods_count;

    method_info methods[methods_count];

    u2 attributes_count;

    attribute_info attributes[attrributes_count];

}

说明：u2表示无符号2字节量，u4表示无符号4字节量。

各字段的说明：

magic

一般二进制文件中都有magic number这一项，这个数说明该文件是一个class文件，它的值是0xcAFEBABE。

minor_version,major_version

class文件的版本号。

constant_pool_count

常量池表中项目数加1得到。从后面的cp_info constant_pool[constant_pool_count-1];也容易理解这个值的意思。

cp_info constant_pool[]

存储该class文件中使用到的常量信息。

access_flag

说明该class文件的访问权限和相关属性，通过位掩码来设定。

Flag Name	值	解释
ACC_PUBLIC	0x0001	public
ACC_FINAL	0x0010	final
ACC_SUPER	0x0020	跟调用invokespecial指令时的处理有关
ACC_INTERFACE	0x0200	这是个接口
ACC_ABSTRACT	0x0400	abastract
ACC_SYNTHETIC	0x1000	没有在源代码中出现，该类是编译器生成的
ACC_ANNOTATION	0x2000	注解类型
ACC_ENUM	0x4000	枚举类型

这些属性都很容易理解，比如我们定义一个类public final Test{},则Test.class的access_flag中，ACC_PUBLIC和ACC_FINAL是置位的，而ACC_INTERFACE一 项肯定是0。很多类似的组合规则倒是容易自己总结出来，比如如果ACC_INTERFACE置位了，那肯定ACC_ABSTRACT也是置位的，因为接口 肯定是抽象的；如果ACC_ANNOTATION置位了，那ACC_ANNOTATION肯定同时置位，等等，诸如此类。

画一个具体的位示意图表示：

this_class

一个下标，指向常量池表中代表当前类的Constant_Class_info。

super_class

为0，或者为一个下标，指向常量池中代表其父类的Constant_Class_info。如果这个值为0，那么当前类肯定是Object类。如果 当前类是一个接口，该下标指向的是Object类的描述信息。

interface_count

该类实现的接口数，或者该接口实现的超接口数。

interfaces[]

具体的接口信息，每一项都是常量池表中的一个下标，指向表示接口的Constant_Class_info。

后面几个依次是字段（field），方法（methods）和属性的描述，不再赘述，

下面具体的分析一个class文件。源文件很简单：

public class Test{
    public static void main(String[] args){
    System.out.println("Hello World!");
}
}

编译，得到Test.class文件，使用WinHex打开。

前4个字节是magic部分，内容为0xCAFEBABE;随后的4个字节是class文件的版本号，这里主版本号是0x0032，也就是50，这 是使用jdk1.6编译出的class文件。再后面的2个字节是常量池表的大小信息，0x001D，也就是29，说明常量池表中一共有28项。为了方便观 察，可以使用javap -verbose Test得到的结果和当前的二进制文件进行对比。