一、Define
dex是Android平台上(Dalvik虚拟机)的可执行文件，是Dalvik虚拟机编译java文件生成的.class文件整合生成.dex。
.Class文件是以class为区域进行划分的，每个区域包含这个class所有的方法、变量、常量等。而Dex文件以类型进行划分，将同一种类型的元素集中到一起存放，减小了冗余信息，最大程度上利用了空间。
在5.0之前的设备上，第一次打开应用时会执行dexopt，生成.odex文件，以后每次都直接加载优化过后的.odex文件；在5.0及以后，ART虚拟机会进行dex2oat进行优化----dex字节码编译成.oat。
二、Explanation
1.Dex文件结构
我们可以使用 dx –dex –output=xxxx.dex xxxx.class命令将.class文件转换为.dex。
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example：
public class Dex { public static void main(String[] args) { System.out.println("Hello Dex"); } }这个java类的dex文件如下：
dex
vim命令模式下输入 :%!xxd 命令可以转化16进制的表示方式
Dex文件的结构如下：
Dex 结构
Dex文件主要分为3部分：文件头、索引区、数据区。数据结构如下：
struct DexFile {
DexHeader Header;
DexStringId StringIds[stringIdsSize];
DexTypeId TypeIds[typeIdsSize];
DexProtoId ProtoIds[protoIdsSize];
DexFieldId FieldIds[fieldIdsSize];
DexMethodId MethodIds[methodIdsSize];
DexClassDef ClassDefs[classDefsSize];
DexData Data[];
DexLink LinkData;
};
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文件头记录了dex文件的一些基本信息, 以及大致的数据分布. dex文件头部总长度是固定的0x70。其中包含了内容校验、签名校验、数据数量及偏移量等内容。
ubyte 8-bit unsinged int uint 32-bit unsigned int, little-endian; alignment: 4 bytes struct header_item { ubyte[8] magic; //魔术，用来识别.dex文件，绝大多数的.dex文件值为dex\n035\0 unit checksum; //除magic和checksum外所有字节的adler32值，用于检测文件的完整性 ubyte[20] siganature; //除magic、checksum、signature外所有字节的SHA-1值，用于唯一的标识文件 uint file_size; //文件大小，即 0x2dc = 732字节，和我们在电脑上看的大小一致 uint header_size; //header_item的大小，固定为0x70也就是112字节 unit endian_tag; //大小端标记，dex固定为 78563412 = 0x12345678，即小端序 uint link_size; //保留字段，链接部分的大小，如果此文件没有静态链接，则为0 uint link_off; //保留字段，并没有用到，值为0 uint map_off; //必定为非0值，map_item 的偏移地址，详细看下面的介绍。 uint string_ids_size; //string的数量，可以为0 uint string_ids_off; //string_ids列表的位置，可以为0 uint type_ids_size; //type的数量，可以为0，最大值为65535 uint type_ids_off; //type_ids列表的位置，可以为0 uint proto_ids_size; //proto_type的数量，最大值为65535 uint proto_ids_off; //proto_ids列表的位置，可以为0 uint method_ids_size; //method的数量，可以为0 uint method_ids_off; //method_ids列表的位置，可以为0 uint class_defs_size; //类定义（class definitions）的数量，可以为0 uint class_defs_off; //类定义列表的位置 uint data_size; //数据区大小 uint data_off; //数据区的位置 }
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索引区中索引了整个dex中的字符串、类型、方法声明、字段以及方法的信息, 其结构体的开始位置和个数均来自dex文件头中的记录。
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字符串索引区, 描述dex文件中所有的字符串信息；
struct DexStringId { uint string_data_off; //对应string_data_item的偏移 }struct string_data_item { uleb128 utf16_size; //字符串长度 ubyte data; //字符串的内容，MUTF-8格式 }在字符串列表string_data_item中，代码中定义的类的类名, 成员函数名, 函数的参数类型, 字符串, 以及调用的系统函数的名和源码的文件名在字符串列表中都有对应，它们由MUTF-8编码表示。
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类型索引区, 描述dex文件中所有的类型, 如类类型、基本类型、返回值类型等；
//描述类型索引的结构体为DexTypeId, 里面只有一个成员，指向字符串索引区的下标 struct DexTypeId { uint descriptor_idx; //string_ids 里的 index 序号 }; -
方法声明索引区，描述dex文件中所有的方法声明
struct proto_id_item{ uint shorty_idx; //描述method 原型 uint return_type_idx; //method 原型的返回值类型 uint parameters_off; /指向一个type_list结构体, 存放方法的参数列表，若没有参数则为0 }struct type_list { uint size; //参数的个数 ushort type_idx[size]; //对应参数的类型 } -
字段索引区, 描述dex文件中所有的字段声明, 这个结构中的数据全部都是索引值, 指明了字段所在的类、字段的类型以及字段名称
struct filed_id_item{ ushort class_idx; //field 所属class类型 ushort type_idx; //field 类型, uint name_idx; //field 名称, } -
方法索引区, 描述Dex文件中所有的方法, 指明了方法所在的类、方法的声明以及方法名字
struct method_id_item{ ushort class_idx; //method 所属的 class 类型 ushort proto_idx; //method 声明类型 uint name_idx; //method 名称 }
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数据区存放对类的定义和具字段名称。
class_defs 区域里存放着
class definitions，class 的定义struct class_def_item { uint class_idx; //类的类型 uint access_flags; //访问标志 uint superclass_idx; //父类类型 uint interfaces_off; //接口偏移 uint source_file_idx; //源文件名 uint annotations_off; //注解偏移 uint class_data_off; //类数据偏移 uint static_value_off; //类静态数据偏移 }各参数含义如下：
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class_idx描述具体的class类型，值是
type_ids的一个index。值必须是一个class类型，不能是数组类型或者基本类型。 - access_flags描述class的访问类型，诸如public，final，static等。在官方文档dex-format里“access_flags Definitions”有具体的描述。
- superclass_idx，描述supperclass的类型，值的形式跟class_idx一样。
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interfaces_off，值为偏移地址，指向class的interfaces，被指向的数据结构为type_list。class若没有
interfaces，值为0。 -
source_file_idx，表示源代码文件的信息，值是
string_ids的一个index。若此项信息缺失，此项值赋值为NO_INDEX=0xffff ffff。 -
annotions_off，值是一个偏移地址，指向的内容是该class的注释，位置在data区，格式为
annotations_direcotry_item。若没有此项内容，值为0。 -
class_data_off，值是一个偏移地址，指向的内容是该class的使用到的数据，位置在data区，格式为
class_data_item。若没有此项内容，值为0。该结构里有很多内容，详细描述该class的field，method，method里的执行代码等信息，后面有一个比较大的篇幅来讲述class_data_item。 -
static_value_off，值是一个偏移地址，指向data区里的一个列表(list)，格式为
encoded_array_item。若没有此项内容，值为0。
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class_idx描述具体的class类型，值是
class_data_off 指向 data 区里的 class_data_item 结构，class_data_item 里存放着本 class 使用到的各种数据，下面是 class_data_item 的逻辑结构 :
struct class_data_item{
uleb128 static_fields_size; //静态字段
uleb128 instance_fields_size; //实例字段
uleb128 direct_methods_size; //直接方法（private或者构造方法）
uleb128 virtual_methods_size; //虚方法（非private、static、final，非构造方法）
encoded_field static_fields[static_fields_size]; //静态字段
encoded_field instance_fields[instance_fields_size]; //实例字段
encoded_method direct_methods[direct_method_size]; //直接方法
encoded_method virtual_methods[virtual_methods_size]; //虚方法
}
struct encoded_field{
uleb128 filed_idx_diff; //filed_idx相对差值
uleb128 access_flags; //访问权限
}
struct encoded_method{
uleb128 method_idx_diff; //method_idx相对差值
uleb128 access_flags; //访问权限
uleb128 code_off; //指向data区的偏移地址
}
code_off指向code_item结构
struct code_item {
ushort registers_size;//本段代码使用到的寄存器数目
ushort ins_size; //传入当前method的参数数量，后面的结果中默认的构造方法中这个值是1，原因是有个this，静态方法没this
ushort outs_size; //本段代码调用其它method时需要的参数个数
ushort tries_size; //代码块中异常处理的数量，结构为try_item
uint debug_info_off; //偏移地址，指向本段代码的debug信息存放位置，是一个debug_info_item结构
uint insns_size; //指令列表的大小，以16-bit为单位。insns是instructions的缩写
ushort insns[insns_size]; //指令列表
ushort paddding; // optional，值为0，用于对齐字节
try_item tries[tyies_size]; // optional，用于处理java中的exception，常见的语法有try catch
encoded_catch_handler_list handlers; // optional，用于处理java中的exception，常见的语法有try catch
}
- class_defs索引了.dex里面用到的class，以及对这个class的描述。
Dex.dex里只有一个class，就是LDex;。 -
class_defs区，这里面其实是class_def_item结构。这个结构里描述了LHello;的各种信息，诸如名称，superclass，accessflag，interface等。class_def_item里有一个元素class_data_off，指向data区里的一个class_data_item结构，用来描述class使用到的各种数据。自此以后的结构都归于data区了。 -
class_data_item结构，里描述值着class里使用到static_field，instance_field，direct_method，virtual_method的数目和描述。例如Hello.dex里，只有2个direct_method，其余的field和method的数目都为0。描述direct_method的结构叫做encoded_method，是用来详细描述某个method的。 -
encoded_method结构，描述某个method的method类型，包含access_flags和code_off偏移地址，code_off指向的数据类型为code_item。 -
code_item，code_item结构里描述着某个method的具体实现。
