Java Class文件分析(一)——魔术、版本号、常量池

Java在诞生时就以一次编写,到处运行特点在各个平台都可以进行运行。其实就是通过不同的编译器(Javac编译器,jrubyc编译器,groovyc编译器等等)将代码编译成规范的class文件,虚拟机只要接收到claas文件而并不关心是class文件时哪一种编译器编译的,这样就到达了(write one,run anywhere)。所以要想更好的了解虚拟机,下面我们走进class文件中!!

Class文件是一组以8bit为基础单位的二进制流,各个数据项目严格按顺序紧凑地排列在class文件中,中间无任何添割符。Class文件格式采用一种类似于C语言结构体的伪结构来储存数据,这种伪结构只有两种数据:无符号数和表。

无符号数属于基本的数据类型,以u1,u2,u3,u4,u8表示1个字节,2个字节,3个字节,4个字节,8个字节,无符号数可以用来描述数字,索引引用,数量值或者按照UTF-8编码构成字符串。

表是由多个无符号数或者其它表作为数据项构成的复合数据类型,所有表都习惯地以"_info"结尾。表用于描述由层次关系的复合结构的数据,整个class文件本质上就是一张表。

class文件格式

类型 名称 数量
u4 magic(魔数) 1
u2 minor_version(JDK次版本号) 1
u2 major_version(JDK主版本号) 1
u2 constant_pool_count(常量池数量) 1
cp_info constan_pool(常量表) constant_pool_count-1
u2 access_flags(访问标志) 1
u2 this_class(类引用) 1
u2 super_class(父类引用) 1
u2 interfaces_count(接口数量) 1
u2 interfaces(接口数组) interfaces_count
u2 fields_count(字段数量) 1
field_info fields(属性表) fields_count
u2 methods_count(方法数量) 1
method_info methods(方法表) methods_count
u2 attributes_count(属性数量) 1
attribute_info attributes(属性表) attributes_count

由于方便,先讲概念,最后翻译一个class文件的形式进行讲解

一:魔数:每个class文件的头4个字节称为魔数,它的唯一作用就是确定这个文件是否为一个能被虚拟机接收的class文件。值为CAFEBABE,紧接着就是4个字节的版本号,其中前两个为次版本号,后两个为主版本号。到目前前8个字节就确定了。

二:版本号:一个4个字节,前两字节表示次版本号,后两字节表示主版本号。

三:常量池:紧接着主次版本号就是常量池了,第一个是常量池数量(占两个字节),接下来就是常量池表,我以表的方式展现。

常量池表结构

类型 名称 数量
u1 tag(常量池的项目类型号) 1
u2 name_index(索引) 1

那么tag对应的就是常量池的项目类型,下面我们来看看有哪些


image.png

读取常量池的时候首先读取标志位,判断常量类型,就可以知道对应的结构,获取对应的信息了。
下面我们来一个简单的代码,并编译成class文件,以二进制形式打开,人为来解析一下。
Java代码

public class Test{
    
}

class文件


image.png

使用javap指令反编译

C:\Users\GH\Desktop>javap -verbose Test.class
Classfile /C:/Users/GH/Desktop/Test.class
  Last modified 2018-8-8; size 182 bytes
  MD5 checksum f22f52551c287057ed6d62d392d5647e
  Compiled from "Test.java"
public class Test
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
   #1 = Methodref          #3.#10         // java/lang/Object."<init>":()V
   #2 = Class              #11            // Test
   #3 = Class              #12            // java/lang/Object
   #4 = Utf8               <init>
   #5 = Utf8               ()V
   #6 = Utf8               Code
   #7 = Utf8               LineNumberTable
   #8 = Utf8               SourceFile
   #9 = Utf8               Test.java
  #10 = NameAndType        #4:#5          // "<init>":()V
  #11 = Utf8               Test
  #12 = Utf8               java/lang/Object
{
  public Test();
    descriptor: ()V
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 1: 0
}
SourceFile: "Test.java"

参考:
https://blog.csdn.net/weixin_40234548/article/details/81507125

https://blog.csdn.net/mz4138/article/details/81984325

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