java虛擬機器學習筆記——java class檔案的內容（第六章）

一、class檔案內容

註：每個java類只能有一個class檔案或介面，下面討論中u4表示4個位元組，u2表示2個位元組

class檔案內容如下：

1. magic（魔數）-u4（u4表示4個位元組）
   • 0xCAFEBABE，其作用在於可以輕鬆辨別出Java class檔案和非Java class檔案；
2. minor_version-u2和major_version-u2（次、主要版本號）
   • 對於虛擬機器來說，主次版本號碼確定了特定的class檔案格式，通常只有給定主要版本號和一系列次版本號碼後，虛擬機器才能讀取該class檔案；
   • 如所示
     
     第5、6位元組表示次版本號碼=0
     第7、8位元組表示主要版本號=50(高位在前)
3. constant_pool_count-u2和constant_pool（常量池）
   • 常量池的數量為constant_pool_count-1，其索引從1開始；
   • 除直接常量外，常量池還包括類和介面的全限定名、欄位的名稱和描述符以及方法的名稱和描述符等符號引用；
   • 每個常量池入口都有一個位元組的標誌，這個標誌指出了列表中該位置的常量類型。虛擬機器擷取這個標誌後，就知道在標誌後面的常量類型了；其中每一個標誌都有一個相對應的表結構來描述該常量池；具體類型如下表所示：
     
4. access_flags（訪問標誌）-u2
   • 訪問標誌展示了檔案中類或介面的如下資訊：

     標誌名	值	設定後的含義
     ACC_PUBLIC	0x0001	public類型
     ACC_FINAL	0x0010	類為final類型
     ACC_SUPER	0x0020	使用新型的invokespecial語義
     ACC_INTERFACE	0x0200	介面類型，不是類類型
     ACC_ABSTRACT	0x0400	abstract類型

     附:invokespecial和invokevirtual
     invokespecial指靜態繫結後，由JVM產生調用的方法。如super()，以及super.someMethod()，都屬於invokespecial；
     invokevirtual指動態綁定後，由JVM產生調用的方法。如obj.someMethod()，屬於invokevirtual；
     正是由於這兩種綁定的不同，在子類覆蓋超類的方法、並向上轉型引用後，才產生了多態以及其他特殊的調用結果。

5. this_class-u2（當前類）
   • 它是一個對常量池的索引，在this_class位置的常量池入口必須為CONSTANT_Class類型對應的表結構CONSTANT_Class_info...；
   • 顯示了常量池的使用方法：
     
     在CONSTANT_Utf8_info表的bytes裡存放的即是當前類的全限定名字串；
6. super_class-u2（直接超類）
   • 和this_class表示的內容相同；
   • 除了java.lang.Object類以外，常量池索引super_class對於所有類均有效；
   • 對於java.lang.Object，其super_class為0；
   • 對於介面，其super_class指向的常量池為java.lang.Object；
7. interfaces_count-u2和interfaces（介面列表）
   • 儲存該類直接實現或該介面所擴充的介面數量；
   • 介面按implements子句和extends子句出現的順序顯現；
   • interfaces表中的每一項都是對父介面的常量池的索引，該索引用CONSTANT_Class_info來描述；
   • 如果介面數為0，則沒有interfaces表；
8. fields_count-u2和fields（欄位列表）
   • 只有在class檔案中由類或介面聲明了的欄位才在fields列表中列出，不列出從超類或父介面中繼承而來的欄位；
   • fields列表可能會包含在對應的Java源檔案中沒有敘述的欄位，這是因為Java編譯器可能會在編譯時間向類或者介面添加欄位；如對一個內部類的fields列表來說，為了保持對外圍類執行個體的引用，Java編譯器會為每個外圍類執行個體添加執行個體變數；
   • 第個field_info表包含以下欄位資訊：
     • 欄位名字
     • 欄位描述符和修飾符
     • 如果該欄位被聲明為final，則還包含其常量值；
9. methods_count-u2和methods（方法列表）
   • methods_count表示該類或介面中所聲明的所有方法的總計數，不包括超類或都父介面中繼承來的方法；
   • methods列表中包含以下資訊：
     • 方法名和描述符（方法的傳回值類型和參數類型）
     • 如果方法即不是抽象的，也不是本地的，則還包含方法局部變數所需的棧空間長度、為方法所捕獲的異常表、位元組碼序列以及可選的行數和局部變數表
     • 如果方法能夠拋出任何已驗證異常，則methods列表就會包括一個關於這些已驗證異常的列表
10. attributes_count-u2和attributes（屬性列表）
    • class檔案中最後的部分是屬性，它給出了該檔案中類或介面所定義的屬性的基本資料；
    • 每個attribute_info表的第一項是指向常量池中CONSTANT_Utf8_info表的索引，該表給出了屬性的名稱；

class檔案內容舉例：

1. 代碼
   public interface MyInterface {
       void hello();
   }
2. 編譯後其位元組碼如：
   
   • 常量池數"0009"表示後面緊接著有8個常量池項
   • 常量池索引1表示一個CONSTANT_Class_info表（07），它引用索引為7的常量池；
   • 常量池索引2表示一個CONSTANT_Class_info表（07），它引用索引為8的常量池；
   • 常量池索引3表示一個CONSTANT_Utf8_info表（01），其內容為hello（方法名）；
   • 常量池索引4表示一個CONSTANT_Utf8_info表（01），其內容為()V（方法參數與傳回值）；
   • 常量池索引5表示一個CONSTANT_Utf8_info表（01），其內容為SourceFile（某屬性值）；
   • 常量池索引6表示一個CONSTANT_Utf8_info表（01），其內容為MyInterface.java（某屬性值）；
   • 常量池索引7表示一個CONSTANT_Utf8_info表（01），其內容為MyInterface，被常量池索引1引用到（當前類）；
   • 常量池索引8表示一個CONSTANT_Utf8_info表（01），其內容為java/lang/Object，被常量池索引2引用到（超類）；
   • 訪問標誌"0601"表示是public（0001）、abstract（0400），且是介面（0200）；
   • 當前類索引號"0001"表示指向常量池索引1，指明當前類為MyInterface；
   • 超類索引號"0002"表示指向常量池索引2，指明超類為java/lang/Object；
   • 實現的介面數"0000"表示沒有實現任何介面；
   • 欄位數"0000"表示該介面沒有欄位；
   • 方法數"0001"表示介面有一個方法；
   • 剩下的位元組碼為方法列表及屬性列表；

二、特殊字元串

        全限定名

           常量池指向類或者介面時，給出的是全限定名，形如java/util/Hashtable；

        簡單名稱

       欄位名和方法名以簡單名稱形式出現在常量池入口中，如上例中的常量池索引3中的"hello"；

       描述符

1. 指向欄位和方法的符號引用還包含描述符字串；欄位的描述符給出了欄位的類型，方法描述符給出了方法的傳回值和方法參數的數量、類型以及順序；
2. 描述符使用上下文無關文法：斜體表示非終結符，等寬字型表示終結符；
3. 如下所示：
   
4. 基本類型終結符
   

   終結符	類型
   B	byte
   C	char
   D	double
   F	float
   I	int
   J	long
   S	short
   Z	boolean

5. 描述符舉例
   

   描述符	說明
   I	int i;
   [Ljava/lang/Object;	java.lang.Object[] obj;
   ([BII)Ljava/lang/String;	String method(byte[] b, int i, int j)
   ZILjava/lang/String;II()Z	boolean method(boolean b, int i, String s, int j, int k)

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