class文件是什么？？ 是二進制文件，是被jvm識別的二進制文件。這是Java初學者的回答。

較為深入的學習者，可能會給出跨語言編程的概念和實現，class文件就是一個跨語言的實現的第一步，也是動態修改整理已完成編碼的代碼，去生成新代碼的指令的劃時代編程的第一步（動態類生成技術）。

動態生成類技術：

class文件是一種8位字節的二進制流文件， 各個數據項按順序緊密的從前向后排列， 相鄰的項之間沒有間隙， 這樣可以使得class文件非常緊湊， 體積輕巧， 可以被JVM快速的加載至內存， 并且占據較少的內存空間。 我們的Java源文件， 在被編譯之后， 每個類（或者接口）都單獨占據一個class文件， 并且類中的所有信息都會在class文件中有相應的描述， 由于class文件很靈活， 它甚至比Java源文件有著更強的描述能力。
class文件中的信息是一項一項排列的， 每項數據都有它的固定長度， 有的占一個字節， 有的占兩個字節， 還有的占四個字節或8個字節， 數據項的不同長度分別用u1, u2, u4, u8表示， 分別表示一種數據項在class文件中占據一個字節， 兩個字節， 4個字節和8個字節。 可以把u1, u2, u3, u4看做class文件數據項的“類型” 。
class文件中存在以下數據項(該圖表參考自《深入Java虛擬機》)：

類型	名稱	數量
u4	magic	1
u2	minor_version	1
u2	major_version	1
u2	constant_pool_count	1
cp_info	constant_pool	constant_pool_count - 1
u2	access_flags	1
u2	this_class	1
u2	super_class	1
u2	interfaces_count	1
u2	interfaces	interfaces_count
u2	fields_count	1
field_info	fields	fields_count
u2	methods_count	1
method_info	methods	methods_count
u2	attribute_count	1
attribute_info	attributes	attributes_count

下面對class文件中的每一項進行詳細的解釋。fields（域，字段或者信息組，包含方法和屬性）

class文件中的魔數和版本號

（1） magic

在class文件開頭的四個字節， 存放著class文件的魔數， 這個魔數是class文件的標志，他是一個固定的值： 0XCAFEBABE 。 也就是說他是判斷一個文件是不是class格式的文件的標準， 如果開頭四個字節不是0XCAFEBABE， 那么就說明它不是class文件， 不能被JVM識別。

（2）minor_version 和 major_version

緊接著魔數的四個字節是class文件的此版本號和主版本號。 隨著Java的發展， class文件的格式也會做相應的變動。 版本號標志著class文件在什么時候， 加入或改變了哪些特性。 舉例來說， 不同版本的javac編譯器編譯的class文件， 版本號可能不同， 而不同版本的JVM能識別的class文件的版本號也可能不同， 一般情況下， 高版本的JVM能識別低版本的javac編譯器編譯的class文件， 而低版本的JVM不能識別高版本的javac編譯器編譯的class文件。 如果使用低版本的JVM執行高版本的class文件，?JVM會拋出java.lang.UnsupportedClassVersionError 。具體的版本號變遷這里不再討論， 需要的讀者自行查閱資料。?

class文件中的常量池概述

在class文件中， 位于版本號后面的就是常量池相關的數據項。 常量池是class文件中的一項非常重要的數據。 常量池中存放了文字字符串， 常量值， 當前類的類名， 字段名， 方法名， 各個字段和方法的描述符， 對當前類的字段和方法的引用信息， 當前類中對其他類的引用信息等等。?常量池中幾乎包含類中的所有信息的描述， class文件中的很多其他部分都是對常量池中的數據項的引用，比如后面要講到的this_class, super_class, field_info, attribute_info等， 另外字節碼指令中也存在對常量池的引用， 這個對常量池的引用當做字節碼指令的一個操作數。 ?此外， 常量池中各個項也會相互引用。

class文件中的項constant_pool_count的值為1, 說明每個類都只有一個常量池。 常量池中的數據也是一項一項的， 沒有間隙的依次排放。常量池中各個數據項通過索引來訪問， 有點類似與數組， 只不過常量池中的第一項的索引為1, 而不為0, 如果class文件中的其他地方引用了索引為0的常量池項， 就說明它不引用任何常量池項。class文件中的每一種數據項都有自己的類型， 相同的道理，常量池中的每一種數據項也有自己的類型。 常量池中的數據項的類型如下表：

常量池中數據項類型	類型標志	類型描述
CONSTANT_Utf8	1	UTF-8編碼的Unicode字符串
CONSTANT_Integer	3	int類型字面值
CONSTANT_Float	4	float類型字面值
CONSTANT_Long	5	long類型字面值
CONSTANT_Double	6	double類型字面值
CONSTANT_Class	7	對一個類或接口的符號引用
CONSTANT_String	8	String類型字面值
CONSTANT_Fieldref	9	對一個字段的符號引用
CONSTANT_Methodref	10	對一個類中聲明的方法的符號引用
CONSTANT_InterfaceMethodref	11	對一個接口中聲明的方法的符號引用
CONSTANT_NameAndType	12	對一個字段或方法的部分符號引用

每個數據項叫做一個XXX_info項， 比如， 一個常量池中一個CONSTANT_Utf8類型的項， 就是一個CONSTANT_Utf8_info 。除此之外， 每個info項中都有一個標志值（tag）， 這個標志值表明了這個常量池中的info項的類型是什么， 從上面的表格中可以看出， 一個CONSTANT_Utf8_info中的tag值為1， 而一個CONSTANT_Fieldref_info中的tag值為9 。

Java程序是動態鏈接的， 在動態鏈接的實現中， 常量池扮演者舉足輕重的角色。 除了存放一些字面量之外， 常量池中還存放著以下幾種符號引用：

（1） 類和接口的全限定名

（2） 字段的名稱和描述符

（3） 方法的名稱和描述符

在詳細講解常量池中的各個數據項之前， 我們有必要先了解一下class文件中的特殊字符串， 因為在常量池中， 特殊字符串大量的出現，這些特殊字符串就是上面說的全限定名和描述符。 要理解常量池中的各個數據項， 必須先了解這些特殊字符串。

class文件中的特殊字符串

首先說明一下， 所謂的特殊字符串出現在class文件中的常量池中， 所以在上一篇博客中， 只是對常量池介紹了一個大概。 本著循序漸進和減少跨度的原則， 首先把class文件中的特殊字符串做一個詳細的介紹， 然后再回過頭來繼續講解常量池。?
在上文中， 我們提到特殊字符串是常量池中符號引用的一部分， 至于符號引用的概念， 會在以后提到。 現在我們將重點放在特殊字符串上。 特殊字符串包括三種： 類的全限定名， 字段和方法的描述符， 特殊方法的方法名。 下面我們就分別介紹這三種特殊字符串。

（1） 類的全限定名

在常量池中， 一個類型的名字并不是我們在源文件中看到的那樣， 也不是我們在源文件中使用的包名加類名的形式。 源文件中的全限定名和class文件中的全限定名不是相同的概念。 源文件中的全新定名是包名加類名， 包名的各個部分之間，包名和類名之間， 使用點號分割。 如Object類， 在源文件中的全限定名是java.lang.Object 。 而class文件中的全限定名是將點號替換成“/” 。 例如， Object類在class文件中的全限定名是 java/lang/Object 。 如果讀者之前沒有接觸過class文件格式， 是class文件格式的初學者， 在這里不必知道全限定名在class文件中是如何使用的， 只需要知道， 源文件中一個類的名字， 在class文件中是用全限定名表述的。?

（2） 描述符

我們知道在一個類中可以有若干字段和方法， 這些字段和方法在源文件中如何表述， 我們再熟悉不過了。 既然現在我們要學習class文件格式， 那么我們就要問， 一個字段或一個方法在class文件中是如何表述的？ 在本文中， 我們會討論方法和字段在class文件中的描述。 方法和字段的描述符并不會把方法和字段的所有信息全都描述出來， 畢竟描述符只是一個簡單的字符串。?
在講解描述符之前， 要先說明一個問題， 那就是所有的類型在描述符中都有對應的字符或字符串來對應。 比如， 每種基本數據類型都有一個大寫字母做對應， void也有一個大寫字符做對應。 下表是void和基本數據類型在描述符中的對應。

基本數據類型和void類型	類型的對應字符
byte	B
char	C
double	D
float	F
int	I
long	J
short	S
boolean	Z
void	V

基本上都是以類型的首字符變成大寫來對應的， 其中long和boolean是特例， long類型在描述符中的對應字符是J， boolean類型在描述符中的對應字符是Z 。?
基本類型和void在描述符中都有一個大寫字符和他們對應， 那么引用類型（類和接口，枚舉）在描述符中是如何對應的呢？ 引用類型的對應字符串（注意， 引用類型在描述符中使用一個字符串做對應） ， 這個字符串的格式是： “L” + 類型的全限定名 + “;”
注意，這三個部分之間沒有空格， 是緊密排列的。 如Object在描述符中的對應字符串是： Ljava/lang/Object; ?； ArrayList在描述符中的對應字符串是： Ljava/lang/ArrayList; ?； 自定義類型com.example.Person在描述符中的對應字符串是： Lcom/example/Person; 。
我們知道， 在Java語言中數組也是一種類型， 一個數組的元素類型和他的維度決定了他的類型。 比如， 在 int[] a 聲明中， 變量a的類型是int[] ， 在 int[][] b 聲明中， 變量b的類型是int[][] , 在 Object[] c 聲明中， 變量c的類型是Object[] 。既然數組是類型， 那么在描述符中， 也應該有數組類型的對應字符串。 在class文件的描述符中， 數組的類型中每個維度都用一個 [ 代表， 數組類型整個類型的對應字符串的格式如下： 若干個“[” + 數組中元素類型的對應字符串

下面舉例來說名。?int[]類型的對應字符串是： [I ；int[][]類型的對應字符串是： [[I ；Object[]類型的對應字符串是： [Ljava/lang/Objec；Object[][][]類型的對應字符串是： [[[Ljava/lang/Object。
介紹完每種類型在描述符中的對應字符串， 下面就開始講解字段和方法的描述符。?
字段的描述符就是字段的類型所對應的字符或字符串。 如： int i 中， 字段i的描述符就是 I ；Object o中， 字段o的描述符就是 Ljava/lang/Object；double[][] d中， 字段d的描述符就是 [[D 。?
方法的描述符比較復雜， 包括所有參數的類型列表和方法返回值。 它的格式是這樣的： (參數1類型 參數2類型 參數3類型 ...)返回值類型 其中， 不管是參數的類型還是返回值類型， 都是使用對應字符和對應字符串來表示的， 并且參數列表使用小括號括起來， 并且各個參數類型之間沒有空格， 參數列表和返回值類型之間也沒有空格。?
下面舉例說明（此表格來源于《深入Java虛擬機》）。

方法描述符	方法聲明
()I	int getSize()
()Ljava/lang/String;	String toString()
([Ljava/lang/String;)V	void main(String[] args)
()V	void wait()
(JI)V	void wait(long timeout, int nanos)
(ZILjava/lang/String;II)Z	boolean regionMatches(boolean ignoreCase, int toOffset, String other, int ooffset, int len)
([BII)I	int read(byte[] b, int off, int len )
()[[Ljava/lang/Object;	Object[][] getObjectArray()

?

（3） 特殊方法的方法名

首先要明確一下， 這里的特殊方法是指的類的構造方法和類型初始化方法。 構造方法就不用多說了， 至于類型的初始化方法， 對應到源碼中就是靜態初始化塊。 也就是說， 靜態初始化塊， 在class文件中是以一個方法表述的， 這個方法同樣有方法描述符和方法名。?
類的構造方法的方法名使用字符串 <init> 表示， 而靜態初始化方法的方法名使用字符串?<clinit> 表示。 除了這兩種特殊的方法外， 其他普通方法的方法名， 和源文件中的方法名相同。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的读《深入jvm原理》之class文件的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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