目錄

• Class 類文件的結構
• 幻數和Class文件版本
• 常量池
• 訪問標志
• 類索引
• 父類索引
• 接口索引集合
• 字段表集合
  • 訪問標識符
  • 簡單名和描述符
• 方法表集合
  • 屬性表
• class文件屬性表
• 腳注
• 參考資料

Class 類文件的結構

由java源碼編譯后的class文件包含了Java虛擬機指令和符號表以及若干其他輔助信息。class文件是一組以8位比特（1字節）為單位的二進制流，按照大端順序存儲，嚴格按照順序依次排列下去。

class文件采用類似c語言結構體的偽結構存儲數據，這種結構只有兩種數據類型，無符號數和表。

無符號數是基本數據類型，可以表示整型、浮點型和字符串字面值等。用u1,u2,u4,u8分別表示1個字節，2個字節，4個字節和8個字節的無符號數。

表是由多個無符號數和其他表組合成的復合類型。表類型一般以_info結尾。

整個class文件結構如下表格¹：

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	attributes_count	1
attribute_info	attributes	attributes_count

class文件開始處四個字節表示magic，緊接著兩個字節表示minor_version和兩個字節表示major_version，緊接著兩個字節表示常量池數目，緊接著是常量池數目-1個不同結構的常量表，依次類推。

寫一個簡單的程序，編譯后分析字節碼。

源碼：

package com.hnzhrh;public class Simple{private int sum = 0;public int add(int a,int b){sum = a + b;return sum;} }

得到的class文件以十六進制查看：

幻數和Class文件版本

class文件格式表格第一行，u4類型的magic一個。

0x0000+0~0x0000+3：CA FE BA BE

該值表示該文件是能被JVM接收的class文件。使用幻數區分文件類型而不使用文件后綴名，文件后綴名是可以任意更改的（把jpg改成txt照常還能用畫圖打開，使用幻數區分）。

class文件格式表格第二行，u2類型的minor_version一個。

0x0000+4~0x0000+5：00 00

表示次版本號為0。

class文件格式表格第三行，u2類型的major_version一個。

0x0000+6~0x0000+7：00 34

表示主版本號為52。

常量池

常量池主要存放兩大類常量：字面量和符號引用。

符號引用包括了下面三種常量：

• 類和接口的全限定名
• 字段的名稱
• 字段的描述符
• 方法的名稱
• 方法的描述符

class文件格式表格第四行，u2類型的constant_pool_count一個。

0x0000+8~0x0000+9：00 13

表示常量池中常量計數，數值為19。但常量項有18個，該計數是從1開始的 。空出來的第0項用來滿足特定情況下不引用常量池項目的情況，可以指向常量池0項。

緊接著常量計數之后，就是18個常量項，每個常量項都有自己獨立的表結構，表結構的開頭tag標志表明了常量類型，如下表²所示：

0x0000+10：0A

查看表可知，tag標志為10(0x0A)的常量類型是CONSTANT_Methodref_info，該類型大小為5字節，所以有：

0x0000+10~0x0000+14 為一個CONSTANT_Methodref_info類型常量，也是一個表結構。

通過表查看CONSTANT_Methodref_info類型的結構，該結構是由u1類型的tag，u2類型的index（指向聲明方法的類描述符CONSTANT_Class_info的索引項）和u2類型的index(指向名稱及類型描述符CONSTANT_NameAndType的索引項)組成的。

將0x0000+10~0x0000+14劃分成三部分內容：

0x0000+10：0A u1類型的tag，值為10。

0x0000+11~0x0000+12：00 04 u2類型的index，值為4。

0x0000+13~0x0000+14：00 0F u2類型的index，值為15。

為了直觀，建立一個表格，#+數字表示常量池項的索引，后面單元格存放常量項結構的內容。如下所示：

常量池標號（index）

#0
#1	10	#4	#15

其余常量項跟上述類似，最后得到的完整的常量池的直觀表格：

可讀這一列的分析以#1的常量項為例：

至此，常量池的內容結束（0x0000+8~0x0160+5)。

訪問標志

class文件格式表格第6行，u2類型的access_flags一個。

0x0160+6~0x0160+7：00 21

訪問標志用來表示這個class是類還是接口，是否定義為public，是否定義為abstract等。具有多個屬性則將多個標志值或運算得到的結果作為訪問標志。

訪問標志表³：

標志名稱標志值含義

ACC_PUBLIC	0x0001	是否為public
ACC_FINAL	0x0010	是否為final，只有類可設置
ACC_SUPER	0x0020	JDK 1.0.2之后編譯出來的類的這個標志為真
ACC_INTERFACE	0x0200	標識是接口
ACC_ABSTRACT	0x0400	是否為abstract，接口和抽象類為真
ACC_SYNTHETIC	0x1000	標識這個類并非由用戶代碼產生
ACC_ANNOTATION	0x2000	標識這是一個注解
ACC_ENUM	0x4000	標識這是一個枚舉

該class訪問標志為0x 0021，表示是一個public類。

類索引

class文件格式表第7行，u2類型的this_class一個。

0x0160+8~0x0160+9：00 03

類索引為0x0003，即指向常量池#3，是一個Class_info類型的常量，表示類或接口的符號引用，該常量的index指向#17，即com/hnzhrh/Simple。

類索引用來確定該類的全限定名。

父類索引

class文件格式表第8行，u2類型的super_class一個。

0x0160+10~0x0160+11：00 04

父類索引為Ox0004，即指向常量池#4，同上分析，得到java/lang/Object。

父類索引用來確定這個類的父類的全限定名。

接口索引集合

class文件格式第9行，u2類型的interface_count一個。

0x0160+12~0x0160+13：00 00

表示接口計數器，該值為0，則該類沒有實現接口。所以class文件格式第10行的interfaces也沒有。

類索引，父類索引和接口索引集合三者可以表明該類或接口的繼承關系。

字段表集合

class文件格式第11行，u2類型的fields_count一個。

0x0160+14~0x0160+15：00 01

表示有1個字段表。

字段表不像常量項那樣各有各的結構，字段表的結構是統一的，如下表⁴所示：

類型名稱數量

u2	access_flags	1
u2	name_index	1
u2	descriptor_index	1
u2	attributes_count	1
attribute_info	attributes	attributes_count

類似上述分析方法，得到如下可讀表格：

類型名稱數量值可讀

u2	access_flags	1	0x00 02	private
u2	name_index	1	0x00 05	sum
u2	descriptor_index	1	0x00 06	I
u2	attributes_count	1	0x00 00
attribute_info	attributes	attributes_count

字段類型用于描述接口或者類中聲明的變量。

訪問標識符

access_flags可以表明字段所具有的特性，access_flags由下表⁵所示：

標志名稱標志值含義

ACC_PUBLIC	0x0001	是否為public
ACC_PRIVATE	0x0002	是否為private
ACC_PROTECTED	0x0004	是否為protected
ACC_STATIC	0x0008	是否為static
ACC_FINAL	0x0010	是否為final
ACC_VOLATILE	0x0040	是否為volatile
ACC_TRANSIENT	0x0080	是否為transient
ACC_SYNTHETIC	0x1000	是否由編譯器自動生成
ACC_ENUM	0x4000	是否為enum

簡單名和描述符

name_index和descriptor_index兩者都為常量池的索引。

name_index為字段的簡單名索引（即不帶有包名的名稱）。

描述符的作用是用來描述字段的數據類型，方法的參數列表（包括數量、類型和順序）和返回值。

基本數據類型和表示無返回值的void的描述符都用一個大寫字母來表示，對象類型則用L加對象的全限定名表示，如下表⁶：

描述符含義

B	byte
C	char
D	double
F	float
I	int
J	long
S	short
Z	boolean
V	void
L	對象類型

對于數組類型，使用一個前置的"["來描述，比如定義一個java.lang.String[][]類型的二維數組，將被記錄為[Ljava/lang/String;。

字段表集合中不會列出從超類或父接口中繼承而來的字段，但有可能列出原本Java代碼中不存在的字段，比如在內部類中為了保持對外部類的訪問性，會自動添加指向外部類實例的字段。

方法表集合

class文件格式第13行，u2類型的methods_count一個。

0x0176+8~0x0176+9：00 02

表示有兩個方法表。

方法表結構與字段表結構一致，如下表⁷：

類型名稱數量

u2	access_flags	1
u2	name_index	1
u2	descriptor_index	1
u2	attributes_count	1
attribute_info	attributes	attributes_count

方法訪問標志與字段訪問標志略有不同，如下表⁸:

標志名稱標志值含義

ACC_PUBLIC	0x0001	是否為public
ACC_PRIVATE	0x0002	是否為private
ACC_PROTECTED	0x0004	是否為protected
ACC_STATIC	0x0008	是否為static
ACC_FINAL	0x0010	是否為final
ACC_SYNCHRONIZED	0x0020	是否為synchronized
ACC_BRIDGE	0x0040	是否為編譯器產生的橋接方法
ACC_VARARGS	0x0080	是否接受不定參數
ACC_NATIVE	0x0100	是否為native
ACC_ABSTRACT	0x0400	是否為abstract
ACC_STRICTFP	0x0800	是否為strictfp
ACC_SYNTHETIC	0x1000	是否由編譯器自動生成

如果父類方法沒有被重寫，方發表中不會出現來自父類的方法，也有可能出現編譯器自動添加的方法，如類構造器<clinit>和實列構造器<init>方法。

開始分析方法表集合：

0x0176+10~0x0176+11：00 01

該方法是public。

0x0176+12~0x0176+13：00 07

簡單名索引為7，即<init>。

0x0176+14~0x0176+5：00 08

描述符索引為8，即V()。

0x0192+0~0x0192+1：00 01

屬性個數為1。

接下來就是一個屬性表。

屬性表

在class文件、字段表和方法表都可以攜帶屬性表集合，用于描述某些場景專有的信息。

屬性表開頭都是u2類型的屬性名稱索引和u4類型的屬性長度，緊接著就是不同屬性的結構了。

屬性表中可能包含其他屬性表。

緊接著上述分析：

0x0192+2~0x0192+3：00 09

屬性名稱索引為9，即Code屬性。

0x0192+4~0x0192+7：00 00 00 26

該屬性的長度為38字節。

Code屬性表⁹結構:

類型名稱數量

u2	attribute_name_index	1
u4	attribute_length	1
u2	max_stack	1
u2	max_locals	1
u4	code_length	1
u1	code	code_length
u2	exception_table_length	1
exception_info	exception_table	exception_table_length
u2	attributes_count	1
attribute_info	attributes	attributes_count

同上分析，可以得到：
max_stack:2,max_locals:1

max_stack代表了操作數棧深度的最大值，虛擬機運行時根據這個值來分配棧幀中操作數棧大小。

max_locals代表了局部變量表所需的存儲空間，在這里是隱式傳遞給方法的this參數。

code_length:10

表示字節碼長度。

code：10字節長的字節碼指令，2A B7 00 01 2A 03 B5 00 02 B1

exception_table_length:0

attributes_count:1

表示Code屬性中還有1個屬性。

緊接著就是這個屬性的名稱索引和長度，名稱索引：10，即LineNumberTable，長度：10。

LineNumberTable屬性用于描述Java源行號和字節碼偏移量之間的對應關系。

LineNumberTable屬性表¹⁰結構：

類型名稱數量

u2	attribute_name_index	1
u4	attribute_length	1
u2	line_number_table_length	1
line_number_info	line_number_table	line_number_table_length

line_number_info表包含了兩個u2類型的數據項，第一個表示字節碼行號，第二個表示Java源碼行號。

line_number_table_length : 2

line_number_infor: 0 ： 3 和 4 : 4。

至此，<init>方法結束。

開始分析下一個方法，分析方法類似，分析結果如下表：

類型名稱值說明

u2	access_flags	0x00 01	public
u2	name_index	0x00 0B	add
u2	descriptor_index	0x00 0C	(II)I
u2	attributes_count	0x00 01	1個屬性
u2	attribute_name_index	0x00 09	Code
u4	attribute_length	0x00 00 00 28	屬性長度40字節
u2	max_stack	0x00 03
u2	max_locals	0x00 03
u4	code_length	0x00 00 00 0C	字節碼長度12字節
u1	code	2A 1B 1C 60 B5 00 02 2A B4 00 02 AC	字節碼
u2	exception_table_length	0x00 00
exception_info	exception_table	無
u2	attributes_count	0x00 01	Code屬性的屬性
u2	attribute_name_index	0x00 0A	LineNumberTable
u4	attribute_length	0x00 00 00 0A	屬性長度10字節
u2	line_number_table_length	0x00 02	有兩個line_number_info
u2	start_pc	0x00 00	字節碼偏移量
u2	line_number	0x00 06	源碼行號
u2	start_pc	0x00 07
u2	line_number	0x00 07

class文件屬性表

在class文件、字段表和方法表都可以攜帶屬性表集合，用于描述某些場景專有的信息。

屬性表開頭都是u2類型的屬性名稱索引和u4類型的屬性長度，緊接著就是不同屬性的結構了。

屬性表中可能包含其他屬性表。

class文件格式表格第15行，u2類型的attributes_count一個。

0x0288+4~0x0288+5：00 01

表示class文件有1個屬性表。

分析方法類似，結果如下：

類型名稱值說明

u2	attribute_name_index	0x00 0D	SourceFile
u4	attribute_length	0x00 00 00 02	屬性長度2字節
u2	sourcefile_index	0x00 0E	Simple.java

腳注

參考資料

深入理解Java虛擬機 JVM高級特性與最佳實踐 周志明著 第二版

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表格內容來源于《深入理解Java虛擬機 JVM高級特性與最佳實踐》第2版 周志明著 第六章表6-1?

表格內容來源于于《深入理解Java虛擬機 JVM高級特性與最佳實踐》第2版 周志明著 第六章表6-3和表6-6?

表格內容來源于于《深入理解Java虛擬機 JVM高級特性與最佳實踐》第2版 周志明著 第六章表6-7?

表格內容來源于于《深入理解Java虛擬機 JVM高級特性與最佳實踐》第2版 周志明著 第六章表6-8?

表格內容來源于于《深入理解Java虛擬機 JVM高級特性與最佳實踐》第2版 周志明著 第六章表6-9?

表格內容來源于于《深入理解Java虛擬機 JVM高級特性與最佳實踐》第2版 周志明著 第六章表6-10?

表格內容來源于于《深入理解Java虛擬機 JVM高級特性與最佳實踐》第2版 周志明著 第六章表6-11?

表格內容來源于于《深入理解Java虛擬機 JVM高級特性與最佳實踐》第2版 周志明著 第六章表6-12?

表格內容來源于于《深入理解Java虛擬機 JVM高級特性與最佳實踐》第2版 周志明著 第六章表6-15?

表格內容來源于于《深入理解Java虛擬機 JVM高級特性與最佳實踐》第2版 周志明著 第六章表6-18?

轉載于:https://www.cnblogs.com/RohanZhang/p/9510863.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的class类文件结构的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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