Java语言- 类文件结构详解

Cosolar
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Java类文件是Java虚拟机可识别的二进制文件，它包含了Java程序的类或接口的定义信息。Java类文件的结构如下：

  1. 魔数：Java类文件的前四个字节是魔数（Magic Number），用于标识该文件是否为Java类文件。它的值为0xCAFEBABE。

  2. 版本号：紧接着魔数的四个字节是版本号，用于指示该类文件的编译器版本和目标Java虚拟机版本。

  3. 常量池：紧接着版本号的两个字节是常量池计数器，用于表示该类文件常量池中有多少个常量。常量池是Java类文件中的一个重要组成部分，包含了类或接口中所使用的常量、字面量、符号引用等信息。

  4. 访问标志：紧接着常量池的两个字节是访问标志，用于表示该类或接口的访问级别、类型等信息。

  5. 类索引、父类索引、接口索引集合：紧接着访问标志的两个字节是类索引，用于指示该类或接口在常量池中的索引。接着是两个字节的父类索引，用于指示该类的父类在常量池中的索引。最后是两个字节的接口索引集合计数器，用于表示该类实现的接口数量，接着是每个接口在常量池中的索引。

  6. 字段表集合：紧接着接口索引集合的两个字节是字段表集合计数器，用于表示该类中定义的字段数量。接着是每个字段的访问标志、名称、描述符、属性表集合等信息。

  7. 方法表集合：紧接着字段表集合的两个字节是方法表集合计数器，用于表示该类中定义的方法数量。接着是每个方法的访问标志、名称、描述符、属性表集合等信息。

  8. 属性表集合：紧接着方法表集合的两个字节是属性表集合计数器，用于表示该类的属性数量。接着是每个属性的名称、长度、信息等。

Java类文件的结构非常复杂，但是通过了解这些基本的结构，我们可以更好地理解Java程序的编译、运行过程。

image.png

ClassFile {
    u4             magic; //Class 文件的标志
    u2             minor_version;//Class 的小版本号
    u2             major_version;//Class 的大版本号
    u2             constant_pool_count;//常量池的数量
    cp_info        constant_pool[constant_pool_count-1];//常量池
    u2             access_flags;//Class 的访问标记
    u2             this_class;//当前类
    u2             super_class;//父类
    u2             interfaces_count;//接口
    u2             interfaces[interfaces_count];//一个类可以实现多个接口
    u2             fields_count;//Class 文件的字段属性
    field_info     fields[fields_count];//一个类可以有多个字段
    u2             methods_count;//Class 文件的方法数量
    method_info    methods[methods_count];//一个类可以有个多个方法
    u2             attributes_count;//此类的属性表中的属性数
    attribute_info attributes[attributes_count];//属性表集合
}

以下是一个简单的Java类文件示例：

ca fe ba be 00 00 00 34 00 4d 0a 00 03 00 2b 07
00 2c 0c 00 2d 00 2e 01 00 06 3c 696e 6974 3e 01
00 03 28 29 56 01 00 04 43 6f 64 65 01 00 0f 4c
69 6e 65 4e 75 6d 62 65 72 54 61 62 6c 65 01 00
12 4c 6f 63 61 6c 56 61 72 69 61 62 6c 65 54 61
62 6c 65 01 00 04 74 68 69 73 01 00 16 4c 54 65
73 74 2e 6a 61 76 61 2e 6c 61 6e 67 2e 53 74 72
69 6e 67 01 00 06 3c 63 6c 69 6e 69 3e 01 00 03
6f 75 74 01 00 15 4c 54 65 73 74 2e 6a 61 76 61
2e 6c 61 6e 67 2e 53 74 72 69 6e 67 3b 01 00 10
6a 61 76 61 2f 6c 61 6e 67 2f 4f 62 6a 65 63 74
00 21 00 03 00 04 00 00 00 00 00 01 00 01 00 05
00 06 00 01 00 07 00 00 00 1d 00 01 00 01 00 00
00 05 2a b7 00 01 b1 00 00 00 01 00 08 00 00 00
06 00 01 00 00 00 0d 00 01 00 01 00 00 00 05 b1
00 00 00 01 00 09 00 00 00 02 00 0a

这个类文件表示的是一个简单的Java类，名为 Test，它只有一个静态方法 main，它的代码如下：

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello, world!");
    }
}

下面我们来解析这个类文件的结构：

  1. 魔数：ca fe ba be，标识该文件为Java类文件。

  2. 版本号：00 00 00 34，表示该类文件的编译器版本为JDK 8，目标Java虚拟机版本为1.8。

  3. 常量池：从第9个字节开始，到第76个字节结束，共计68个字节，表示该类文件常量池中有68个常量。

  4. 访问标志：从第77个字节开始，到第78个字节结束，共计2个字节，表示该类为public、final、super类型。

  5. 类索引、父类索引、接口索引集合：从第79个字节开始，到第84个字节结束，共计6个字节，表示该类在常量池中的索引为3，父类在常量池中的索引为4，该类没有实现任何接口。

  6. 字段表集合：从第85个字节开始，到第86个字节结束，共计2个字节，表示该类没有定义任何字段。

  7. 方法表集合：从第87个字节开始，到第93个字节结束，共计7个字节，表示该类中定义了一个方法，名为 main。

  8. 属性表集合：从第94个字节开始，到第95个字节结束，共计2个字节，表示该类没有任何属性。

可以看到，Java类文件的结构非常复杂，但是通过了解它的基本结构，我们可以更好地理解Java程序的编译、运行过程。

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