Java Class类文件结构
感谢原作者: http://blog.csdn.net/zhy05/article/details/1800309
Class文件格式
Class文件格式ClassFile结构体的C语言描述如下：
struct ClassFile
{
u4 magic; //识别Class文件格式，具体值为0xCAFEBABE，
u2 minor_version; // Class文件格式副版本号，
u2 major_version; // Class文件格式主版本号，
u2 constant_pool_count; // 常数表项个数，
cp_info **constant_pool;// 常数表，又称变长符号表，
u2 access_flags; //Class的声明中使用的修饰符掩码，
u2 this_class; //常数表索引，索引内保存类名或接口名，
u2 super_class; //常数表索引，索引内保存父类名，
u2 interfaces_count; //超接口个数，
u2 *interfaces; //常数表索引，各超接口名称，
u2 fields_count; //类的域个数，
field_info **fields; //域数据，包括属性名称索引，
//域修饰符掩码等，
u2 methods_count; //方法个数，
method_info **methods;//方法数据，包括方法名称索引，方法修饰符掩码等，
u2 attributes_count; //类附加属性个数，
attribute_info **attributes; //类附加属性数据，包括源文件名等。
};
其中u2为unsigned short，u4为unsigned long：
typedef unsigned char u1;
typedef unsigned short u2;
typedef unsigned long u4;
cp_info **constant_pool是常量表的指针数组，指针数组个数为constant_pool_count，结构体cp_info为
struct cp_info
{
u1 tag; //常数表数据类型
u1 *info; //常数表数据
};
常数表数据类型Tag定义如下：
#define CONSTANT_Class 7
#define CONSTANT_Fieldref 9
#define CONSTANT_Methodref 10
#define CONSTANT_InterfaceMethodref 11
#define CONSTANT_String 8
#define CONSTANT_Integer 3
#define CONSTANT_Float 4
#define CONSTANT_Long 5
#define CONSTANT_Double 6
#define CONSTANT_NameAndType 12
#define CONSTANT_Utf8 1
每种类型对应一个结构体保存该类型数据，例如CONSTANT_Class 的info指针指向的数据类型应为CONSTANT_Class_info
struct CONSTANT_Class_info
{
u1 tag;
u2 name_index;
};
图2
CONSTANT_Utf8的info指针指向的数据类型应为CONSTANT_Utf8_info
struct CONSTANT_Utf8_info
{
u1 tag;
u2 length;
u1 *bytes;
};
Tag和info的详细说明参考《Java虚拟机规范》第四章4.4节。
access_flags为类修饰符掩码，域与方法都有各自的修饰符掩码。
#define ACC_PUBLIC 0x0001
#define ACC_PRIVATE 0x0002
#define ACC_PROTECTED 0x0004
#define ACC_STATIC 0x0008
#define ACC_FINAL 0x0010
#define ACC_SYNCHRONIZED 0x0020
#define ACC_SUPER 0x0020
#define ACC_VOLATILE 0x0040
#define ACC_TRANSIENT 0x0080
#define ACC_NATIVE 0x0100
#define ACC_INTERFACE 0x0200
#define ACC_ABSTRACT 0x0400
#define ACC_STRICT 0x0800
例如类的修饰符为public abstract则access_flags的值为ACC_PUBLIC | ACC_ABSTRACT=0x0401。
this_class的值是常数表的索引，索引的info内保存类或接口名。例如类名为com.sum.java.swing.SwingUtitlities2在info保存为com/sum/java/swing/SwingUtitlities2
super_class的值是常数表的索引，索引的info内保存超类名，在info内保存形式和类名相同。
interfaces是数组，数组个数为interfaces_count，数组内的元素为常数表的索引，索引的info内保存超接口名，在info内保存形式和类名相同。
field_info **fields是类域数据的指针数组，指针数组个数为fields_count，结构体field_info定义如下：
struct field_info
{
u2 access_flags; //域修饰符掩码
u2 name_index; //域名在常数表内的索引
u2 descriptor_index; //域的描述符，其值是常数表内的索引
u2 attributes_count; //域的属性个数
attribute_info **attributes; //域的属性数据，即域的值
};
例如一个域定义如下：
private final static byte UNSET=127;
则该域的修饰符掩码值为：ACC_PRIVATE | ACC_STATIC | ACC_FINAL=0x001A
常数表内name_index索引内保存数据为UNSET，常数表内descriptor_index索引内保存的数据为B（B表示byte, 其他类型参考《Java虚拟机规范》第四章4.3.2节）。attributes_count的值为1，其中attributes是指针数组。指针数组个数为attributes_count，在此为1，attribute_info结构体如下：
struct attribute_info
{
u2 attribute_name_index; //常数表内索引
u4 attribute_length; //属性长度
u1 *info; //根据属性类型不同而值不同
};
attribute_info可以转换(cast)为多种类型ConstantValue_attribute，Exceptions_attribute，LineNumberTable_attribute，LocalVariableTable_attribute，Code_attribute等。
因为域的属性只有一种：ConstantValue_attribute，因此此结构体转换为
struct ConstantValue_attribute
{
u2 attribute_name_index; //常数表内索引
u4 attribute_length; //属性长度值，永远为2
u2 constantvalue_index; //常数表内索引，保存域的值
//在此例中，常数表内保存的值为127
};
method_info **methods是方法数据的指针数组，指针数组个数为methods_count，结构体method_info定义如下：
struct method_info
{
u2 access_flags; //方法修饰符掩码
u2 name_index; //方法名在常数表内的索引
u2 descriptor_index; //方法描述符，其值是常数表内的索引
u2 attributes_count; //方法的属性个数
attribute_info **attributes; //方法的属性数据，
//保存方法实现的Bytecode和异常处理
};
例如一个方法定义如下：
public static boolean canAccessSystemClipboard(){
...
}
则access_flags的值为 ACC_PUBLIC | ACC_STATIC =0x0009，常数表内name_index索引内保存数据为canAccessSystemClipboard，常数表内descriptor_index索引内保存数据为()Z；(括号表示方法参数，Z表示返回值为布尔型，详细说明参照《Java虚拟机规范》第四章4.3.2节)。attribute_info **attributes是方法的属性指针数组，个数为attributes_count，数组内保存的是常数表索引，info为Code_attribute或Exceptions_attribute。
本文不解析方法内容，因此忽略Code_attribute和Exceptions_attribute的内容。
ClassFile结构体中的attribute_info **attributes是附加属性数组指针，个数为attributes_count，本文只识别SourceFile属性。
struct SourceFile_attribute
{
u2 attribute_name_index; //常数表内索引
u4 attribute_length; //属性长度值，永远为2
u2 sourcefile_index; //常数表内索引，info保存源文件名
};
例如com.sum.java.swing.SwingUtitlities2类的源文件名为SwingUtitlities2.java。
以上是本文需要解析的Class文件格式。
2.1.2 读取数据
定义CJavaClass类完成解析Class文件，生成Java源程序字符串。使用VC++的MFC类CFile从Class文件读取数据。例如：用16进制编辑器打开Class文件，如图3，前4个byte分别是CA FE BA BE，使用CFile::Read(tmp,sizeof(u4))读取后，tmp的值为0xBEBAFECA，所以需要位转换。定义以下方法从文件读取定长数据：
void readu1(u1 *buff);
void readu2(u2 *buff);
void readu4(u4 *buff);
定义如下方法读取变长数据。
void readun(void *buff,u4 len)；
读取的u2和u4的数据需要位转换：
| U1 [0] |
| U1 [1] |
| U1 [1] |
| U1 [0] |
|
U2： |
| U1 [0] |
| U1 [1] |
| U1 [3] |
|
U4： |
| U1 [2] |
| U1 [3] |
| U1 [2] |
| U1 [0] |
| U1 [1] |
调用void readu4(u4 *buff);后buff的值为0xCAFEBABE，该值为ClassFile的magic，识别该文件是Java Class文件。
图3
magic的后面是Class格式的版本号，图3的版本为0x00000030=0.48。版本后面是常数表的元素个数，图3的常数表的元素个数为0xD2=210个。常数表的元素个数之后如ClassFile结构体定义的常数表，类信息，接口信息，域信息，方法信息和附加属性等。
2.2 生成Java源文件
解析Class文件后，生产ClassFile结构体。遍历该结构体数据，则可根据Java语言规范生成Java源文件。例如根据ClassFile的access_flags值获得Java类的修饰符，其中access是CArray<CString,CString&>，保存类所有的修饰符：
if((flag & ACC_PUBLIC )==ACC_PUBLIC)
{
access.Add(CString("public"));
}
if((flag & ACC_PRIVATE)==ACC_PRIVATE)
{
access.Add(CString("private"));
}
if((flag & ACC_PROTECTED)==ACC_PROTECTED)
{
access.Add(CString("protected"));
}
…
2.3显示视图
将获得的Java源代码显示在MFC的CScrollView视图非常简单，可以添加一些关键字颜色，例如注释显示为草绿色等，如图4。
图4