Class字节码文件

概述

Java源代码的编译结果是字节码，那么肯定需要有一种编译器能够将Java源码编译为字节码，承担这个重要责任的就是配置在path环境变量中的javac编译器。javac是一种能够将Java源码编译为字节码的前端编译器。

源代码经过编译器编译之后便会生成一个字节码文件，字节码是一种二进制的类文件，它的内容是JVN的指令，而不像C、C+t经由编译器直接生成机器码。

Java的跨平台性：

Java虚拟机不和包括 Java 在内的任何语言绑定，它只与“Class 文件”这种特定的二进制文件格式所关联。无论使用何种语言进行软件开发，只要能将源文件编译为正确的Class文件，那么这种语言就可以在Java虚拟机上执行。

class字节码文件可以通过JDK自带的javap命令来反编译查看

字节码文件结构

Class文件的总体结构如下：

  • 魔数

    • 类型：u4（4个字节的无符号整数）

    • 名称：magic

    • 说明：用于识别Class文件格式

  • Class文件版本

    • 类型：u2+u2（4个字节的无符号整数）

    • 名称：minor_version+major_version

    • 说明：包含一个副版本号(minor_version)，在第5,6字节；一个主版本号(major_version)，在7,8字节

  • 常量池

    常量池是class文件中内容最为丰富的区域之一。常量池对于Class文件中的字段和方法解析也有着至关重要的作用。

    常量池计数器：

    • 类型：u2

    • 名称：constant_pool_count

    • 说明：由于常量池的数量不固定，时长时短，所以需要放置两个字节来表示常量池容量计数值。(0项被空出来了)

    常量池表：

    • 类型：cp_info

      1
      2
      3
      4
      5
      6
      cp_info{
      	// 标识是什么类型的表项
      	u1 tag;
      	// 具体内容
      	u1 info[];
      }

    • 名称：constant_pool

    • 说明：常量池的映射表，用于存放编译时期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放

    虚拟机在加载cClass文件时才会进行动态链接，也就是说，Class文件中不会保存各个方法和字段的最终内存布局信息，因此，这些字段和方法的符号引用不经过转换是无法直接被虚拟机使用的。当虚拟机运行时，需要从常量池中获得对应的符号引用，再在类加载过程中的解析阶段将其替换为直接引用，并翻译到具体的内存地址中。

  • 访问标志

    • 类型：u2

    • 名称：access_flag

    • 说明：在常量池后，紧跟着访问标记。该标记使用两个字节表示，用于识别一些类或者接口层次的访问信息，包括:这个Class是类还是接口;是否定义为public类型，是否定义为 abstract类型;如果是类的话，是否被声明为 final等。

      image-20230405111137144

  • 类索引，父类索引，接口索引集合

    类索引：

    • 类型：u2

    • 名称：this_ckass

    • 说明：类索引用于确定这个类的全限定名

    父类索引：

    • 类型：u2

    • 名称：super_class

    • 说明：父类索引用于确定这个类的父类的全限定名。由于Java语言不允许多重继承，所以父类索引只有一个，除了java.lang.0bject之外，所有的Java类都有父类，因此除了java.lang.Object 外，所有Java类的父类索引都不为0。

    接口索引：

    • 类型：u2+u2*interfaces_count

    • 名称：interfaces_count+interfaces[interfaces_count]

    • 说明：接口索引集合就用来描述这个类实现了哪些接口，这些被实现的接口将按 implements 语句（如果这个类本身是一个接口，则应当是extends 语句）接口顺序从左到右排列在接口索引集合中。

  • 字段表集合

    字段表计数器：

    • 类型：u2
    • 名称：fields_count
    • 说明：fields_count的值表示当前class文件fields表的成员个数。

    字段表集合：

    • 结构：

      image-20230406142150976

    • 说明：用于描述接口或类中声明的变量。字段(field)包括类级变量以及实例级变量，但是不包括方法内部、代码块内部声明的局部变量。( local variables)

  • 方法表集合

    方法表计数器：

    • 类型：u2
    • 名称：methods_count
    • 说明：methods_count的值表示当前class文件methods表的成员个数。

    方法表集合：

    • 结构：

      image-20230406142446016

    • 说明：指向常量池索引集合，它完整描述了每个方法的签名。

  • 属性表集合

    属性表计数器：

    • 类型：u2
    • 名称：attributes_count
    • 说明：attributes_count的值表示当前class文件属性表的成员个数。

    属性表集合：

    • 结构：

      image-20230406143118124

    • 说明：方法表集合之后的属性表集合，指的是class文件所携带的辅助信息，比如该class 文件的源文件的名称。以及任何带有RetentionPolicy.CLASS或者RetentionPolicy.RUNTIME的注解。