Dalvik虛擬機器【2】——Dex檔案格式

標籤：

• 整個檔案的布局
• 檔案頭
• 索引區
  • string_ids
  • type_ids
  • proto_ids
  • field_ids
  • method_ids
• 資料區
  • class_def
    • class_data_item
      • code_item
  • data
• 附錄
  • 測試用的Dex的java代碼
  • 參考資料

整個檔案的布局

整個Dex檔案可以分成三部分，檔案頭、索引區、資料區，如所示。

• 檔案頭
  記錄Dex檔案的概覽、包含檔案大小、校正碼以及其他欄位的位移和大小
• 索引區
  記錄字串常量、類型、方法原形、域、方法的資訊的索引
• 資料區
  包含類的定義區class_defs，該部分記錄類資訊；以及資料區data，該部分包含實際資訊（字串、代碼）等；link_data是連結資料區，主要和依賴庫有關

使用 010 Editor 編輯器加上它官方的Dex模板可以方便、直觀查看Dex檔案內容.

檔案頭

位移地址	欄位名字	大小(byte)	說明
0	Magic[8]	8	魔數,用於識別Dex檔案，內容為”dex\n035\0”
8	checksum	4	檔案校正碼
C	Signature[20]	SHA-1簽名
20	file_size	4	Dex檔案總長度
24	header_size	4	檔案頭大小，一般固定為0x70
28	endan_tag	4	大小端標誌，標誌dex檔案格式為小端，一般固定為0x12345678
2C	link_size	4	連結段的大小
30	link_off	4	連結段的基址
34	map_off	4	map item資料的基址
38	string_ids_size	4	字串常量列表的個數
3C	string_ids_off	4	字串常量列表的基址
40	type_ids_size	4	類型的個數
44	type_ids_off	4	類型的基址
48	proto_ids_size	4	方法原形的個數
4C	proto_ids_off	4	方法原形的基址
50	field_ids_size	4	域的個數
54	field_ids_off	4	域的基址
58	method_ids_size	4	方法的個數
5C	method_ids_off	4	方法的基址
60	class_defs_size	4	class_def的個數
64	class_defs_off	4	class_def的基址
68	data_size	4	資料區段的大小
6C	data_off	4	資料區段的基址

索引區string_ids

這地區儲存了字串常量的索引資訊。字串常量並不僅僅是代碼中定義的字串，還包括所有的類名、方法名、類型名等資訊.
該地區儲存的是一個基址，也就是字串實際內容在Dex檔案的地址（在data區），它被Dalvik虛擬機器讀取後會轉換成如下資料結構

// /android4.0.4/dalvik/libdex/DexClass.h/* * Direct-mapped "string_id_item". */struct DexStringId {    u4 stringDataOff;      /* file offset to string_data_item */};

根據位移地址stringDataOff讀取到字串常量，該常量在記憶體的資料結構string_data_item為

struct string_data_item {    uleb128 utf16_size; //字串長度    ubyte data; //字串}

用010 Editor查看一個測試用的Dex檔案的string_ids地區如下

type_ids

這地區儲存了dex 檔案裡的所有資料類型的索引資訊，包括class類型，數群組類型（array types）、基本類型(primitive types) 。其資料結構為

/* * Direct-mapped "type_id_item". */struct DexTypeId {    u4  descriptorIdx;      /* index into stringIds list for type descriptor */};

和string_ids不一樣，descriptorIdx並不是位移地址，而是string_ids裡的index序號，如descriptorIdx=8，則代表string_ids[8]=”V”，則代表類型為Void。如，根據檔案頭找到typd_ids的基址為A8H，size為7，從A8H第一個4位元組為0x0003,即是string_idsp[3]，即是”LFoo”,代表class類型Foo

proto_ids

proto是方法原形，包含方法的輸入參數和輸出參數，每個大小為12位元組。其資料結構為

/* * Direct-mapped "proto_id_item". */struct DexProtoId {    u4  shortyIdx;          /* index into stringIds for shorty descriptor */    u4  returnTypeIdx;      /* index into typeIds list for return type */    u4  parametersOff;      /* file offset to type_list for parameter types */};

• shorty_idx
  跟 type_ids 一樣，它的值是一個string_ids的index號，最終是一個簡短的字串描述 ，
• returnTypeIdx
  傳回型別，值是type_ids的index序號
• parametersOff
  參數的基址

如

field_ids

這個地區裡有dex檔案引用的所有field（就是類的屬性，包括靜態）索引，每個大小為12位元組。其資料結構為

struct DexFieldId {    u2  classIdx;           /* index into typeIds list for defining class */    u2  typeIdx;            /* index into typeIds for field type */    u4  nameIdx;            /* index into stringIds for field name */};

• classIdx
  該field所屬的class，它的值是type_ids的index號
• typeIdx
  該field的類型，它的值也是type_ids的index號
• nameIdx
  該field的名稱，它的值是string_ids的index號

如

method_ids

這個地區有dex檔案所有方法的索引，格式和field_ids類似，每個大小為12位元組。其資料結構為

/* * Direct-mapped "method_id_item". */struct DexMethodId {    u2  classIdx;           /* index into typeIds list for defining class */    u2  protoIdx;           /* index into protoIds for method prototype */    u4  nameIdx;            /* index into stringIds for method name */};

• classIdx
  該方法所屬的class，它的值是type_ids的index號
• protoIdx
  該方法的原形，它的值是proto_ids的index號
• nameIdx
  該方法的名稱，它的值是string_ids的index號

如

資料區class_def

儲存著Dex檔案每一個類的相關資訊，每個大小為32位元組，其資料結構為

/* * Direct-mapped "class_def_item". */struct DexClassDef {    u4  classIdx;           /* index into typeIds for this class */    u4  accessFlags;    u4  superclassIdx;      /* index into typeIds for superclass */    u4  interfacesOff;      /* file offset to DexTypeList */    u4  sourceFileIdx;      /* index into stringIds for source file name */    u4  annotationsOff;     /* file offset to annotations_directory_item */    u4  classDataOff;       /* file offset to class_data_item */    u4  staticValuesOff;    /* file offset to DexEncodedArray */};

• classIdx
  這個類的類型，值為type_ids的index
• accessFlags
  qccess標誌,指示public、private等
• superclassIdx
  父類的類型，值為type_ids的index
• interfacesOff
  DexTypeList的位移地址，該結構代表這個類所擁有的interface,若沒有,值為0
• sourceFileIdx
  源檔案名稱，值為string_ids的index
• annotationsOff
  annotations_directory_item的位移地址，在data區，代表注釋，若沒有注釋，值為0
• classDataOff
  class_data_item的位移地址，在data區，代表一個類的詳細資料，包含field、method、method所執行的代碼等，後面會詳細介紹
• staticValuesOff
  值為位移地址，指向類的static field

如

class_data_item

DexClassDef的classDataOff欄位指示了class_data_item在Dex檔案中的地址，讀入記憶體後的資料結構為DexClassData，在DexClass.h檔案中

/* expanded form of class_data_item. Note: If a particular item is * absent (e.g., no static fields), then the corresponding pointer * is set to NULL. */struct DexClassData {    DexClassDataHeader header;//記錄staticFields、instanceFields、directMethods、virtualMethods的size    DexField*          staticFields;//類的static域    DexField*          instanceFields;//類的執行個體域    DexMethod*         directMethods;//類的方法    DexMethod*         virtualMethods;//類的virtual方法};

DexClassDataHeader、DexField、DexMethod資料結構如下

/* expanded form of a class_data_item header */struct DexClassDataHeader {    u4 staticFieldsSize;    u4 instanceFieldsSize;    u4 directMethodsSize;    u4 virtualMethodsSize;};/* expanded form of encoded_field */struct DexField {    u4 fieldIdx;    /* index to a field_id_item */    u4 accessFlags;};/* expanded form of encoded_method */struct DexMethod {    u4 methodIdx;    /* index to a method_id_item */    u4 accessFlags;    u4 codeOff;      /* file offset to a code_item */};

fieldIdx值為索引區的field_ids的index，methodIdx值為索引區的method_ids的index，重點看codeOff，值為位移地址，指示code_item

code_item

code_item記錄類的方法的運行時相關資訊，其資料結構在DexFile.h中聲明：

struct DexCode {    u2  registersSize;//寄存器的個數    u2  insSize;//輸入參數的個數    u2  outsSize;//本段代碼調用其他方法需要的參數    u2  triesSize;//try item結構的個數，    u4  debugInfoOff;       /* file offset to debug info stream */    u4  insnsSize;          /* 指令列表的大小，以16-bit為單位 */    u2  insns[1];//指令（就是位元組碼）    /* followed by optional u2 padding */    /* followed by try_item[triesSize] */    /* followed by uleb128 handlersSize */    /* followed by catch_handler_item[handlersSize] */};

• insnsSize和insns[1]
  insnsSize指示了指令個數，insns[1]就是實際的指令，大小並不是1，而是insnsSize
• try_item 和 catch_handler_item
  在insns[1]後面可能還存在try_item和catch_handler_item，這2個用於捕獲Java的異常，常見的Java代碼有try catch

如

data

儲存著字串常量、位元組碼、map_item等實際內容

附錄測試用的Dex的java代碼

Foo.java:

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

參考資料

http://bbs.pediy.com/showthread.php?t=184761

Dalvik虛擬機器【2】——Dex檔案格式