java class文件格式

本文讲解如何解析java class文件
以jdk8作为演示

1. class文件结构

u2、u4等代表占用字节数

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ClassFile {
    u4             magic;   //魔数
    u2             minor_version;   //次版本号
    u2             major_version;   //主版本号
    u2             constant_pool_count; //常量池中的项数
    cp_info        constant_pool[constant_pool_count-1];    //常量信息，数量为[constant_pool_count-1]
    u2             access_flags;    //类访问标识符
    u2             this_class;  //当前类名称
    u2             super_class; //父类名称
    u2             interfaces_count;    //实现接口的数量
    u2             interfaces[interfaces_count];    //接口信息
    u2             fields_count;    //字段数量
    field_info     fields[fields_count];    //字段信息
    u2             methods_count;   //方法数量
    method_info    methods[methods_count];  //方法信息
    u2             attributes_count;    //类属性数量
    attribute_info attributes[attributes_count];    //类属性信息
}

本文中使用以下代码作为演示

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package demo.jvm;

public class ClassFile {

    long a;

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello");
    }
}

idea hexview插件显示对应的字节码文件（十六进制）

2. 魔数

前四个字节ca fe ba be代表魔数（Magic Number），标识这个文件是一个java类文件。

3. 版本号

第5和第6个字节代表次版本号，第7和第8个字节代表主版本号。
次版本号：00 00
主版本号：00 34，十进制为52
java版本从45开始，52代表java8

4. 常量池

4.1 constant_pool_count

9、10两个字节代表常量池中的项数（constant_pool_count），索引为0项的无效。
即索引大于0且小于constant_pool_count被认为是有效的
00 24：常量池项数， 十进制为36，即有35项常量

4.2 constant_pool

常量池标签

常量池标签结构


从第10个字节往后有35个常量信息。
常量信息的第一个字节对应常量池标签中的类型，后续占用的字节以常量池标签结构为准。
0a为第一个字节，十进制为10，10在常量标签中代表方法引用，方法引用的标签结构占用5个字节，从0a开始计算。
第一个常量：0a 00 06 00 16
#1 = Methodref #6.#22
Methodref的class_index引用了第6项常量信息
Methodref的name_and_type_index引用了第22项常量信息

通过javap反编译后

5.类访问标识


最后一个常量的后两个字节为访问标识。
当前类字节码中为00 21，值为多个相加。

6. 类名，父类名，接口名集合

6.1 类名

访问标识后两个字节为当前类全限定名。
00 05：引用了常量池中的第5项，即为demo/jvm/ClassFile

6.2 父类名

类名后两个字节为父类的全限定名
00 06：引用了常量池中的第6项，即为java/lang/Object

6.3 接口名集合

父类名称后两位为接口数量（interfaces_count）
00 00 当前类未实现任何接口，数量为0。
如果有，后续的2个字节代表一个接口信息，也是引用了常量池中常量项，
没有则不会有字节记录接口信息。

7. 字段

字段结构

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field_info {
    u2             access_flags;    //访问标识
    u2             name_index;  //字段名称，指向constant_pool表中
    u2             descriptor_index;    //描述符，即字段类型，指向constant_pool表中
    u2             attributes_count;    //其它属性的数量
    attribute_info attributes[attributes_count];    //其它属性值
}

字段访问标识

字段描述符

接口信息后两个字节为字段数量（fields_count）
00 01：有一个字段。
第一个字段字节码：00 00 00 07 00 08 00 00
00 00：访问标识，表示当前字段无任何访问标识（同类访问标识相同）
00 07：字段名称，引用了常量池中第7项，即a
00 08：字段描述符，引用了常量池中的第8项，即J，J在字段描述符中表示long类型
00 00：其他属性，无其他属性

8.方法

方法结构

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method_info {
    u2             access_flags;    //访问标识
    u2             name_index;  //方法名称，指向constant_pool表中
    u2             descriptor_index;    //描述符，即参数和返回值。指向constant_pool表中
    u2             attributes_count;    //其它属性数量
    attribute_info attributes[attributes_count]; 其他属性值
}

方法访问标识

方法描述符

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( {ParameterDescriptor} ) ReturnDescriptor
ParameterDescriptor:字段类型
ReturnDescriptor：字段类型或V无返回值
例：
Object m(int i, double d, Thread t) {...}
is
(IDLjava/lang/Thread;)Ljava/lang/Object;

属性结构
以下只列出Code属性结构，其它可从属性文档中查看

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//Code属性结构
Code_attribute {
    u2 attribute_name_index;    //属性名称，constant_pool中
    u4 attribute_length;    //属性长度，表示当前属性所占用的字符。不包含名称和长度
    u2 max_stack;       //操作数栈的最大深度
    u2 max_locals;  //局部变量表中最大槽数
    u4 code_length; //字节码长度
    u1 code[code_length];   //字节码指令，长度为code_length
    u2 exception_table_length;  //异常表中的条目数
    {   u2 start_pc;
        u2 end_pc;
        u2 handler_pc;
        u2 catch_type;
    } exception_table[exception_table_length];
    u2 attributes_count;    //属性Code的属性数量
    attribute_info attributes[attributes_count]; //属性信息
}

字段结束后的2个字节为方法数量（methods_count）
00 02：有两个方法
第一个方法字节码：00 01 00 09 00 0a 00 01 00 0b 00 00 00 2f 00 01 00 01 00 00 00 05 2a b7 00 01 b1 00 00 00 02 00 0c 00 00 00 06 00 01 00 00 00 03， 00 0d 00 00 00 0c 00 01 00 00 00 05 00 0e 00 0f 00 00

方法信息：
00 01：访问标识，public的
00 09：方法名称，引用常量池中第9项，即<init>构造方法
00 0a：方法描述符，十进制为10，引用常量池中第10项，即()V，无参无返回值
00 01：其他属性1个

属性信息：
00 0b：属性名称，十进制为11，引用了常量池中第7项，即Code
00 00 00 2f： 属性长度，十进制为47，后续的47个字节是当前属性内容
00 01：操作数栈的最大深度
00 01：局部变量表中最大槽数
00 00 00 05 ：字节码长度
2a b7 00 01 b1：字节码指令
00 00：异常表中的条目数
00 02：属性Code的细节属性数量
后续的其它属性解析是一样的，对应属性结构即可

9.属性信息

0001 0014 0000 0002 0015
00 01：属性数量
00 14：属性名称，十进制为20，引用常量池中第20项，即SourceFile
00 00 00 02：属性长度，后续2个字节是当前属性的内容
00 15：源文件名称，十进制为21，引用常量池中第21项，即ClassFile.java

10.官方文档

class文件结构官方文档