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Java ClassFile

对于一个具体的 .class 而言，它是遵循 ClassFile 结构的。这个数据结构位于 Java Virtual Machine Specification 的 The class File Format 部分。

ClassFile {
    u4             magic;
    u2             minor_version;
    u2             major_version;
    u2             constant_pool_count;
    cp_info        constant_pool[constant_pool_count-1];
    u2             access_flags;
    u2             this_class;
    u2             super_class;
    u2             interfaces_count;
    u2             interfaces[interfaces_count];
    u2             fields_count;
    field_info     fields[fields_count];
    u2             methods_count;
    method_info    methods[methods_count];
    u2             attributes_count;
    attribute_info attributes[attributes_count];
}

其中，

  • u1: 表示占用 1 个字节
  • u2: 表示占用 2 个字节
  • u4: 表示占用 4 个字节
  • u8: 表示占用 8 个字节

而 cp_info、field_info、method_info 和 attribute_info 表示较为复杂的结构，但它们也是由 u1、u2、u4 和 u8 组成的。

相应的，在 .class 文件当中，定义的字段，要遵循 field_info 的结构。

field_info {
    u2             access_flags;
    u2             name_index;
    u2             descriptor_index;
    u2             attributes_count;
    attribute_info attributes[attributes_count];
}

同样的，在 .class 文件当中，定义的方法，要遵循 method_info 的结构。

method_info {
    u2             access_flags;
    u2             name_index;
    u2             descriptor_index;
    u2             attributes_count;
    attribute_info attributes[attributes_count];
}

在 method_info 结构中，方法当中方法体的代码，是存在于 Code 属性结构中，其结构如下：

Code_attribute {
    u2 attribute_name_index;
    u4 attribute_length;
    u2 max_stack;
    u2 max_locals;
    u4 code_length;
    u1 code[code_length];
    u2 exception_table_length;
    {   u2 start_pc;
        u2 end_pc;
        u2 handler_pc;
        u2 catch_type;
    } exception_table[exception_table_length];
    u2 attributes_count;
    attribute_info attributes[attributes_count];
}

示例演示

在下面内容中，我们会使用到《Java 8 ClassFile》课程的源码 java8-classfile-tutorial。

假如，我们有一个 sample.HelloWorld 类，它的内容如下：

package sample;

public class HelloWorld implements Cloneable {
    private static final int intValue = 10;

    public void test() {
        int a = 1;
        int b = 2;
        int c = a + b;
    }
}

针对 sample.HelloWorld 类，我们可以

  • 第一，运行 run.A_File_Hex 类，查看 sample.HelloWorld 类当中包含的数据，以十六进制进行呈现。
  • 第二，运行 run.B_ClassFile_Raw 类，能够对 sample.HelloWorld 类当中包含的数据进行拆分。这样做的目的，是为了与 ClassFile 的结构进行对照，进行参考。
  • 第三，运行 run.I_Attributes_Method 类，能够对 sample.HelloWorld 类当中方法的 Code 属性结构进行查看。
  • 第四，运行 run.K_Code_Locals 类，能够对 sample.HelloWorld 类当中 Code 属性包含的 instruction 进行查看。

总结

本文主要是对 Java ClassFile 进行了介绍，内容总结如下：

  • 第一点，一个具体的 .class 文件，它是要遵循 ClassFile 结构的；而 ClassFile 的结构是定义在 The Java Virtual Machine Specification 文档中。
  • 第二点，示例演示，主要是希望大家能够把 .class 文件里的内容与 ClassFile 结构之间对应起来。

在后续内容当中，我们会讲到从“无”到“有”的生成新的 Class 文件，以及对已有的 Class 文件进行转换；此时，我们对 ClassFile 进行介绍，目的就是为了对生成 Class 或转换 Class 的过程有一个较深刻的理解。