实例分析Java Class的文件结构

实例分析Java Class的文件结构

【感谢网友 @Krq_Tiger 投稿】

今天把之前在Evernote中的笔记重新整理了一下,发上来供对java class 文件结构的有兴趣的同学参考一下。

学习Java的朋友应该都知道Java从刚开始的时候就打着平台无关性的旗号,说“一次编写,到处运行”,其实说到无关性,Java平台还有另外一个无关 性那就是语言无关性,要实现语言无关性,那么Java体系中的class的文件结构或者说是字节码就显得相当重要了,其实Java从刚开始的时候就有两套 规范,一个是Java语言规范,另外一个是Java虚拟机规范,Java语言规范只是规定了Java语言相关的约束以及规则,而虚拟机规范则才是真正从跨 平台的角度去设计的。今天我们就以一个实际的例子来看看,到底Java中一个Class文件对应的字节码应该是什么样子。 这篇文章将首先总体上阐述一下Class到底由哪些内容构成,然后再用一个实际的Java类入手去分析class的文件结构。

在继续之前,我们首先需要明确如下几点:

1)Class文件是有8个字节为基础的字节流构成的,这些字节流之间都严格按照规定的顺序排列,并且字节之间不存在任何空隙,对于超过8个字节的数据,将按 照Big-Endian的顺序存储的,也就是说高位字节存储在低的地址上面,而低位字节存储到高地址上面,其实这也是class文件要跨平台的关键,因为 PowerPC架构的处理采用Big-Endian的存储顺序,而x86系列的处理器则采用Little-Endian的存储顺序,因此为了Class文 件在各中处理器架构下保持统一的存储顺序,虚拟机规范必须对起进行统一。

2) Class文件结构采用类似C语言的结构体来存储数据的,主要有两类数据项,无符号数和表,无符号数用来表述数字,索引引用以及字符串等,比如 u1,u2,u4,u8分别代表1个字节,2个字节,4个字节,8个字节的无符号数,而表是有多个无符号数以及其它的表组成的复合结构。可能大家看到这里 对无符号数和表到底是上面也不是很清楚,不过不要紧,等下面实例的时候,我会再以实例来解释。

明确了上面的两点以后,我们接下来后来看看Class文件中按照严格的顺序排列的字节流都具体包含些什么数据:

(上图来自The Java Virtual Machine Specification Java SE 7 Edition)

在看上图的时候,有一点我们需要注意,比如cp_info,cp_info表示常量池,上图中用 constant_pool[constant_pool_count-1]的方式来表示常量池有constant_pool_count-1个常量,它 这里是采用数组的表现形式,但是大家不要误以为所有的常量池的常量长度都是一样的,其实这个地方只是为了方便描述采用了数组的方式,但是这里并不像编程语 言那里,一个int型的数组,每个int长度都一样。明确了这一点以后,我们在回过头来看看上图中每一项都具体代表了什么含义。

1)u4 magic 表示魔数,并且魔数占用了4个字节,魔数到底是做什么的呢?它其实就是表示一下这个文件的类型是一个Class文件,而不是一张JPG图片,或者AVI的电影。而Class文件对应的魔数是0xCAFEBABE.

2)u2 minor_version 表示Class文件的次版本号,并且此版本号是u2类型的无符号数表�