类文件结构

1、Java编译器将.java文件编译成为.class文件，实际上，是Java编译器读取源文件内容，经过一些列检查和分析后，整理成标准的、更方便Java虚拟机读取的字节码文件。

2、在官方jdk中默认的Java编译器是javac.exe，虚拟机是java.exe，java.exe实际上包含了真正的虚拟机HotSpot。

3、class文件是Java语言实现平台无关性、机器无关性和语言无关性的基石。

平台无关性：class文件内容屏蔽了关于平台的差异，即不管是windows系统、Linux系统、还是其它支持的系统，class文件都不会因此有差异。

机器无关性：class文件内容屏蔽了关于机器的差异，即不管是intel的x86指令架构或arm指令架构，不管是32位或者64位，class文件都不会因此有差异。

语言无关性：class文件内容屏蔽了关于语言的差异，不管是c语言、python语言等，借助对应的编译器，class文件都可以正常实现和解读。

类文件的结构

目前，我不关心Java编译器是如何将Java源代码编译成字节码文件的，只关心编译后的字节码的内容。

类型	名称		数量
u4	magic	魔数	1
u2	minor_version	次版本号	1
u2	major_version	主版本号	1
u2	constant_pool_count	常量池容量	1
cp_info	constan_pool	常量池	constant_pool_count
u2	access_flags	访问标志	1
u2	this_class	本类全限定名	1
u2	super_class	父类限定名	1
u2	interface_account	接口索引容量	1
u2	interfaces	接口索引	interface_account
u2	fields_count	字段表容量	1
field_info	fields	字段表	fields_count
u2	methods_count	方法表容量	1
method_info	methods	方法表	methods_count
u2	attributes_count	属性表容量	1
attribute_info	attributes	属性表	attributes_count

class文件是一组以8位字节为基础单位的二进制流，各个数据项目严格按照顺序紧凑地排列在Class文件之中，中间没有添加任何分隔符。

class文件中存储的数据类型分为两种：无符号数和表。

无符号数属于基本的数据类型，以u1、u2、u4、u8来分别代表1个字节、2字节、4个字节和8个字节的无符号数。

表由表项来组成，表项也可能是另一张表。

魔数

魔数是u4类型，即class文件的前4个字节的内容，作用是确定这个文件是否为一个被虚拟机接受的Class文件。魔数的默认值是0xCAFEBABE。

次版本号和主版本号

此版本号和主版本号都是u2类型，分别为class文件的第5、6个字节和第7、8个字节。

Java的版本号是从45开始的，即主版本号都在45及之上。高版本的JDK能向下兼容以前的Class文件，但不能运行以后版本的Class文件，即使文件格式并未发生任何变化，虚拟机也必须拒绝执行超过其版本号的Class文件。

常量池

紧接着主次版本号之后的是常量池入口，由于常量池中常量的数量是不固定的，所以在常量池的入口需要放置一项u2类型的数据，代表常量池容量计数值（constant_pool_count)。注意，该值是从1开始计数，当值为0x0016，即十进制为22，表示的范围是1~21，共21项常量。

常量池中主要存放两大类常量：字面量和符合引用。

常量池中每一项常量都是一个表，在JDK1.7及之后有14种常量池项目类型，每一种项目都有特定的表结构。

常量	描述	项目	类型	项目描述
CONSTANT_Utf8_info	UTF-8编码的字符串	tag	u1	值为1
		length	u2	UTF-8编码的字符串占用的字节数
		bytes	u1	长度为length的UTF-8编码的字符串
CONSTANT_Integer_info	整型字面量	tag	u1	值为3
		bytes	u4	按照高位在前存储的int值
CONSTANT_Float_info	浮点型字面量	tag	u1	值为4
		bytes	u4	按照高位在前存储的float值
CONSTANT_Long_info	长整型字面量	tag	u1	值为5
		bytes	u8	按照高位在前存储的long值
CONSTANT_Double_info	双精度浮点型字面量	tag	u1	值为6
		bytes	u8	按照高位在前存储的double值
CONSTANT_Class_info	类或接口的符合引用	tag	u1	值为7
		index	u2	指向全限定名常量项的索引
CONSTANT_String_info	字符串类型字面量	tag	u1	值为8
		index	u2	指向字符串字面量的索引
CONSTANT_Fieldref_info	字段的符号引用	tag	u1	值为9
		index	u2	指向声明字段的类或者接口描述符CONSTANT_Class_info的索引项
		index	u2	指向字段描述符CONSTANT_NameAndType的索引项
CONSTANT_Methodref_info	类中方法的符号引用	tag	u1	值为10
		index	u2	指向声明方法的类描述符CONSTANT_Class_info的索引项
		index	u2	指向名称及类型描述符CONSTANT_NameAndType的索引项
CONSTANT_InterfaceMethodref_info	接口中方法的符号引用	tag	u1	值为11
		index	u2	指向声明方法的接口描述符CONSTANT_Class_info的索引项
		index	u2	指向名称及类型描述符CONSTANT_NameAndType的索引项
CONSTANT_NameAndType_info	字段或方法的部分符号引用	tag	u1	值为12
		index	u2	指向该字段或方法名称常量项的索引
		index	u2	指向该字段或方法描述符常量项的索引
CONSTANT_MethodHandle_info	表示方法句柄	tag	u1	值为15
		reference_kind	u1	值必须在1~9范围，它决定了方法句柄的类型。方法句柄类型的值表示方法句柄的字节码行为
		reference_index	u2	值必须是对常量池的有效索引
CONSTANT_MethodType_info	标识方法类型	tag	u1	值为16
		descriptor_index	u2	值必须是对常量池的有效索引，常量池在该索引处的项必须是CONSTANT_Utf8_info结构，表示方法的描述符
CONSTANT_InvokeDynamic_info	表示一个动态方法调用点	tag	u1	值为18
		bootstrap_method_attr_index	u2	值必须是对当前Class文件中引导方法表的bootstrap_methods[]数组的的有效索引
		name_and_type_index	u2	值必须是对当前常量池的有效索引，常量池在该索引处的项必须是CONSTANT_NameAndType_info结构，表示方法名和方法描述符

访问标志

在常量池结束之后，紧接着的两个字节代表访问标志，这个标志用于识别 一些类或者接口层次的访问信息。

标志名称	标志值	含义
ACC_PUBLIC	0x0001	是否为public类型
ACC_FINAL	0x0010	是否被声明为final类型，只有类可设置
ACC_SUPER	0x0020	是否允许使用invokespecial字节码指令的新语意，invokespecial指令的语意在JDB1.2之后发生过改变，为了区别这条指令使用哪种语意，JDK1.0.2之后编译出来的类的这个标志都必须为真。
ACC_INTERFACE	0x0200	标识这是一个接口
ACC_ABSTRACT	0x0400	是否为abstract类型，对于接口或者抽象类来说，此标志为真，其它类值为假
ACC_SYNTHETIC	0x1000	标识这个类并非由用户代码产生的
ACC_ANNOTATION	0x2000	标识这是一个注解
ACC_ENUM	0x4000	标识这是一个枚举

类索引、父类索引和接口索引集合

类索引、父类索引和接口索引集合都按顺序排列在访问标志之后，类索引和父类索引用两个u2类型的索引值表示，它们各自指向一个类型为CONSTANT_Class_info的类描述符常量，通过CONSTANT_Class_info类型的常量中的索引值找到可以定义在CONSTANT_Utf8_info类型的常量中的全限定名字符串。

对于接口索引集合，入口的第一项——u2类型的数据为接口计数器，表示索引表的容量。如果该类没有实现任何接口，则该计数器值为0.后面的索引表不再占用任何字节。

字段表集合

在字段表集合的开头是一个u2类型的数据fields_count，表示字段表的个数。

字段表用于描述接口或者类中声明的变量。字段包括类级变量和实例级变量，但不包括声明在方法内部声明的局部变量。

字段表结构：

类型	名称	数量
u2	access_flags	1
u2	name_index	1
u2	descriptor_index	1
u2	attributes_count	1
attribute_info	attributes	attributes_count

字段访问标志：

标志名称	标志值	含义
ACC_PUBLIC	0x0001	字段是否为public
ACC_PRIVATE	0x0002	字段是否为private
ACC_PROTECTED	0x0004	字段是否为protected
ACC_STATIC	0x0008	字段是否为static
ACC_FINAL	0x0010	字段是否为final
ACC_VOLATILE	0x0040	字段是否为volatile
ACC_TRANSIENT	0x0080	字段是否为transient
ACC_SYNTHETIC	0x1000	字段是否由编译器自动产生的
ACC_ENUM	0x4000	字段是否enum

name_index和descriptor_index都是对常量池的引用，分别代表着字段的简单名称以及字段和方法的描述符。

方法表集合

在方法表集合的开头是一个u2类型的数据methods_count，表示方法表的个数。

方法表结构与字段表结构一致：

类型	名称	数量
u2	access_flags	1
u2	name_index	1
u2	descriptor_index	1
u2	attributes_count	1
attribute_info	attributes	attributes_count

访问标志与字段表的访问标志也很相似：区别在于volatile和transient不能修饰方法，但增加了synchronized、native、strictfp和abstract关键字。

标志名称	标志值	含义
ACC_PUBLIC	0x0001	方法是否为public
ACC_PRIVATE	0x0002	方法是否为private
ACC_PROTECTED	0x0004	方法是否为protected
ACC_STATIC	0x0008	方法是否为static
ACC_FINAL	0x0010	方法是否为final
ACC_SYNCHRONIZED	0x0020	方法是否为synchronized
ACC_BRIDGE	0x0040	方法是否是由编译器产生的桥接方法
ACC_VARARGS	0x0080	方法是否接受不定参数
ACC_NATIVE	0x0100	方法是否为native
ACC_ABSTRACT	0x0400	方法是否为abstract
ACC_STRICTFP	0x0800	方法是否为strictfp
ACC_SYNTHETIC	0x1000	方法是否是由编译器自动产生的

 方法中的Java代码，经过编译器编译成字节码后，存放在方法属性表集合中一个名为“Code”的属性里面。

属性表集合

 在方法表集合的开头是一个u2类型的数据attributes_count，表示属性表的个数。

对于每个属性，它的名称需要从常量池中引用一个CONSTANT_Utf8_info类型的常量来表示，而属性值的结构则是完全自定义的，只需要通过一个u4的长度去说明属性值所占用的位数即可。

属性表结构：

类型	名称	数量
u2	attribute_name_index	1
u4	attribute_length	1
u1	info	attribute_length

1、Code属性

类型	名称	数量
u2	attribute_name_index	1
u4	attribute_length	1
u2	max_stack	1
u2	max_local	1
u4	code_length	1
u1	code	code_length
u2	exception_table_length	1
exception_info	exception_table	exception_table_length
u2	attributes_count	1
attribute_info	attributes	attributes_count