Class类文件的结构
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Class類文件的結(jié)構(gòu)
Class類文件的結(jié)構(gòu)
任何一個Class文件都對應著唯一一個類或接口的定義信息，但反之類和接口并不一定定義在文件里（比如類和接口也可以通過類加載器直接生成）。
Class文件是一組以8位字節(jié)為基礎(chǔ)單位的二進制流，各個數(shù)據(jù)項目嚴格按照順序緊湊的排列在Class文件中，中間沒有任何分隔符。Class文件的結(jié)構(gòu)只有兩種數(shù)據(jù)類型：無符號數(shù)和表。
下面是Class文件的格式：
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魔數(shù)（magic）與Class文件的版本
每個Class文件的頭四個字節(jié)稱為魔數(shù)，它的唯一作用就是確定這個文件是否為一個能被虛擬機接受的Class文件。class文件的魔數(shù)值為CA FE BA BE。
緊挨著魔數(shù)后面的四個字節(jié)存儲的是Class文件的版本號：第五和第六是次版本號（minor_version），第七和第八是主版本號（major_version）,以下面的類為例：
public class TestClass{private String m;public String test() {return m + 1;} }生成的Java Class文件結(jié)構(gòu)為：
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可以看到代表次版本號的第五個和第六個字節(jié)為0x0000,主版本號為0x0032，也就是十進制的50。
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常量池
緊接著主版本號之后是常量池容量計數(shù)值（constant_pool_count），由于常量池中常量的數(shù)量不是固定的，所以在常量池的入口需要放置一項u2類型的數(shù)據(jù)，代表常量池容量計數(shù)值(constant_pool_count)，這個常量技術(shù)值是從1開始而不是從0開始的。上圖中常量池容量為0x0016，即十進制中的22，這就表示常量池中有21項常量。
然后就是常量池（constant_pool），常量池可以理解為Class文件之中的資源倉庫，它是Class文件結(jié)構(gòu)中與其他項目關(guān)聯(lián)最多的數(shù)據(jù)類型，也是占用Class文件空間最大的數(shù)據(jù)項目之一，同時還是在Class文件中第一個出現(xiàn)的表類型數(shù)據(jù)項目。
常量池中主要存放兩大類常量：字面量和符號引用。
- 字面量近似于Java的常量，如文本字符串、聲明為final的常量值。
- 而符號引用則屬于編譯原理方面的概念，包括：
- 類和接口的全限定名
- 字段的名稱和描述符
- 方法的名稱和描述符
Java代碼在進行javac編譯時沒有連接的步驟，而是在虛擬機加載Class文件的時候進行動態(tài)連接。當虛擬機運行時，需要從常量池獲得對應的符號引用，再在類創(chuàng)建時或運行時解析、翻譯到具體的內(nèi)存地址之中。
個人理解符號引用的作用就是在編譯時記錄下文件的類、字段和方法，在JVM運行時能在需要的時候獲取相應信息進行加載。
在常量池中會有一部分自動生成的常量（這些常量沒有在Java代碼里面直接出現(xiàn)過），但這些常量會被字段表、方法表、屬性表引用，用來描述一些不方便使用“固定字節(jié)”表達的內(nèi)容。（比如：方法的返回值？有幾個參數(shù)？參數(shù)類型？等）
訪問標志
在常量池結(jié)束之后，有兩個字節(jié)代表訪問標志（access_flags），這個標志用于識別一些類和接口層次的訪問信息，包括這個Class是類還是接口，是否為public類型，是否定義為abstract類型，如果是類的話，是否聲明為final類型等。
類索引、父類索引和接口索引集合
類索引（this_class）和父類索引（super_class）都是一個u2類型的數(shù)據(jù)，而接口索引集合（包括了interfaces_count及interfaces）是一組u2類型的數(shù)據(jù)的集合，Class文件中由這個三個數(shù)據(jù)來確定類的繼承關(guān)系。它們按順序排在訪問標志后面。
類索引用于確定這個類的全限定名，
父類索引用于確定這個類的父類的全限定名。由于Java語言不允許多重繼續(xù)，所以父類索引只有一個（除了java.lang.Object外所有的Java類都有父類，除了它所有的父類索引都不為零）。
接口索引集合就用來描述這個類實現(xiàn)了哪些接口，這些被實現(xiàn)的接口將按照Implements語句后的接口順序從左到右排列在索引集合中。
字段表集合
字段表（field_info）用于描述接口或類中聲明的變量。字段包括類級變量以及實例級變量，但不包括在方法內(nèi)部聲明的局部變量。可以包括的信息有：字段的作用域、是實例變量還是類變量(static 修飾符)、可變性(final)、并發(fā)可見性(volatile修飾)、是否可被序列化(transient修飾符)、字段數(shù)據(jù)類型、字段名稱。上述的這些信息，各個修飾符都是布爾值。
字段叫什么名字、字段被定義為什么類型，這些是無法固定的，只能引用常量池中的常量來描述。
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描述符描述方法：
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字段表集合中不會列出從超類或者父接口中繼承而來的字段，但可能列出Java代碼中不存在的字段，如內(nèi)部類中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
方法里的Java代碼經(jīng)過編譯器編譯成字節(jié)碼指令后，存放在屬性表集合中一個名叫“Code”的屬性里面。
如果父類方法在子類中沒有被重寫，那么方法表集合中不會出現(xiàn)來自父類的方法；同時也同樣可能出現(xiàn)編譯器自動添加的方法，典型如“類構(gòu)造器< clinit >”和實例構(gòu)造器"< init >"
如果要重載一個方法除了要與原方法具有相同的簡單名稱之外，還必須要求擁有一個與原方法不同的特征簽名，即方法中各個參數(shù)在常量池中的字段符號引用集合，不包含返回值。這就是Java語言里僅僅依靠返回值不同無法對一個已有方法重載。但是在Class文件格式中即字節(jié)碼層面（前面是Java代碼層面），方法特征還包括方法返回值及受查異常表，因此2個不是完全一致的方法也可以合法共存與一個Class文件中。
屬性表集合
- 在Class文件、字段表、方法表都可以攜帶自己的屬性表集合，用于描述某些場景專有的信息。
- 屬性表要求稍微寬松，不再要求各個屬性表具有嚴格執(zhí)行順序，只要不與現(xiàn)有屬性名不重復即可。
以下是虛擬機規(guī)范定義的屬性：
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Code屬性
Code屬性：Java程序方法體中的代碼經(jīng)過Javac編譯器處理后，最終變?yōu)樽止?jié)碼指令存儲在Code屬性內(nèi)。Code屬性出現(xiàn)在方法表的屬性集合中，但是并非所有的方法表都必須存在這個屬性，例如接口或者抽象類中的方法就不存在Code屬性。其屬性表結(jié)構(gòu)如下：
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- attribute_name_index：指向CONSTANT_Utf8_info型常量的索引，固定值為“Code”代表該屬性的屬性名稱。
- attribute_length：屬性值的長度（即屬性表的長減去6個字節(jié)，這六個字節(jié)為attribute_name_index及attribute_length）
- max_stack：操作數(shù)棧深度的最大值（JVM運行時根據(jù)這個值來分配操作棧深度）
- max_locals：局部變量表所需的儲存空間（單位Slot）。對于byte,char,float,int,shot,boolean,reference和returnAddress等長度不超過32位的數(shù)據(jù)類型，每個局部變量占1個Slot，而double與long這兩種64位的數(shù)據(jù)類型而需要2個Slot來存放。編譯器會根據(jù)變量的作用域來分類Slot并分配給各個變量使用，然后計算出max_locals的大小。
- code_length、code：用來存儲Java源程序編譯后生成的字節(jié)碼指令。
Exceptions屬性
Exceptions屬性：其作用是列舉出可能拋出的受查異常，也就是方法描述時在throws關(guān)鍵字后面列舉的異常。
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- number_of_exceptions：表示可能拋出number_of_exceptions種受檢查異常，每一種受檢查異常使用一個exception_index_table項表示。
- exception_index_table：指向常量池中CONSTANT_Class_info型常量表的索引，代表了該受檢查異常的類型。
LineNumberTable屬性
LineNumberTable屬性用于描述Java源代碼行號與字節(jié)碼行號(字節(jié)碼偏移量)之間的對應關(guān)系。如果選擇不生成LineNumberTable屬性表，在拋出異常時堆棧中將不會顯示出錯的行號，也無法在調(diào)試程序的時候按照源碼來設(shè)置斷點。
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LocalVariableTable屬性
LocalVariableTable屬性表用于描述棧幀中局部變量表中的變量與Java源碼中定義的變量之間的關(guān)系。非必須。如果沒有生成這項屬性，IDE可能會使用諸如arg0、arg1之類的占位符來替換原有的參數(shù)名稱，對程序運行沒有影響。
SourceFile屬性
SourceFile屬性用于記錄這生成這個Class文件的源碼文件名稱。這個屬性也是可選的，如果不生成這項屬性，當拋出異常時，堆棧中將不會顯示出錯誤代碼所屬的文件名。
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?ConstantValue屬性
作用是通知虛擬機自動為靜態(tài)變量賦值，只有被static關(guān)鍵字修飾的變量才可以用這個屬性。
- 對于非static類型的變量（實例變量）的賦值是在實例構(gòu)造器< init >方法中進行的。
- 而對于類變量(static變量)有兩種方式：在類構(gòu)造器< clinit >方法中或者使用ConstantValue屬性。
目前Sun javac編譯器的選擇是：同時使用final和static修飾的變量且為基本數(shù)據(jù)類型或String類型使用ConstantValue屬性初始化，否則使用類構(gòu)造器< clinit >進行初始化。
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InnerClasses屬性
用于記錄內(nèi)部類與宿主類之間的關(guān)聯(lián)。
Inneclasses屬性結(jié)構(gòu)：
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inner_classes_info表的結(jié)構(gòu)：
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?Deprecated及Synthetic屬性
Deprecated及Synthetic屬性都屬性于標志類型的布爾值屬性，只存在有和沒有的區(qū)別，沒有屬性值的概念。所以在下圖屬性結(jié)構(gòu)中attribute_length的數(shù)據(jù)值必須為0x00000000。
- Deprecated屬性用于表示某個類，字段或方法，已經(jīng)被程序作者定為不再推薦使用，它可以通過代碼中使用@Deprecated注解進行設(shè)置。
- Synthetic屬代表此字段或方法并不是由Java源碼直接產(chǎn)生的，而是由編譯器自行添加的。（jdk1.5之后還可以通過設(shè)置訪問標志中的ACC_SYNTHETIC標志位表示。）
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StackMapTable屬性
這是一個復雜的變長屬性，位于Code屬性的屬性表中。這個屬性會在虛擬機類加載的字節(jié)碼驗證階段被新類型檢查驗證器使用，目的在于代替以前比較消耗性能的基于數(shù)據(jù)流分析的類型推導驗證器。
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Signature屬性
一個可選的定長屬性，在JDK 1.5發(fā)布后增加的，任何類、接口、初始化方法或成員的泛型簽名如果包含了類型變量或參數(shù)化類型，則Signature屬性會為它記錄泛型簽名信息。這主要是因為Java的泛型采用的是擦除法實現(xiàn)的偽泛型，在字節(jié)碼中泛型信息編譯之后統(tǒng)統(tǒng)被擦除，在運行期無法將泛型類型與用戶定義的普通類型同等對待。通過Signature屬性，Java的反射API能夠獲取泛型類型。
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BootstrapMethods屬性
一個復雜的變長屬性，位于類文件的屬性表中，用于保存invokedynamic指令引用的引導方法限定符。（最多只能有一個）
轉(zhuǎn)載于:https://my.oschina.net/PrivateO2/blog/1575781
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以上是生活随笔為你收集整理的Class类文件的结构的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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