Class文件结构

结构总览

Class文件中只有两种数据类型：无符号数和表：

• 无符号数：属于基本的数据类型，以u1,u2,u4,u8代表对应的字节数；
• 表：是由多个无符号数或者其他表作为数据项组合而成的复合数据结构。

1.magic(u4)

魔数，固定为0xCAFEBABE,唯一的作用是确定这个文件是否为一个能被虚拟机接受的class文件；

2.minor_version(u2) 和 major_version(u2)

minor_version：class文件次版本号；
major_version：class文件主版本号

3.constant_pool_count(u2) 和 constant_pool(cp_info)

由于常量池的数量是不固定的，所以需要在前面放置一个constant_pool_count(u2)表示常量池的数量（注意常量池的计数是从1开始的，设计者将第0项空出来是为了满足后面要表示“不引用任何一个常量池项目”）。

常量池主要存放两大类常量：

• 字面量：比如文本字符串，声明为final的常量值，文件名等；
• 符号引用：类和接口的全限定名；字段的名称和描述符；方法的名称和描述符.

Java代码在进行Javac编译的时候，并不像C和C++那样有“连接”这一步骤，而是在虚拟机加载Class文件的时候进行动态连接，根据实际运行的类型将对应的符号引用解析成具体的内存地址；也就是说，在Class文件中不会保存各个方法、字段的最终内存布局信息。

4.access_flags(u2)

类或接口的访问标志，包括：

• 这个Class是类还是接口？
• 是否public？
• 是否abstract？
• 是否final？
  等

5.this_class(u2) 和 super_class(u2)

• this_class:类索引；
• super_class:父类索引；
  这两个索引都会指向常量池中类型为CONSTANT_Class_info，其中Object类的super_class为0。

6.interfaces_count(u2) 和 interfaces

• interfaces_count表示接口数量；
• interfaces是接口的集合，内部每个条目是u2类型指向常量池；

7.fields_count(u2) 和 fields

• access_flags表示一些访问标识符
  

• name_index 表示字段的名称，指向常量池的下标；

• descriptor_index 表示字段描述符，指向常量池的下标；
  

• attributes_count(u2) 和 attributes
  字段的属性集合，可以存储一些额外的信息，可以包含零个或多个；
  由于在Class级别也有attributes属性，后面再详细介绍。

8.methods_count(u2) 和 methods

方法的描述和字段的描述采用了一样的结构，如下所示：

和字段表不同的是，access_flags的取值不同，因为volatile和transient不能修饰方法，所以方法的access_flags中没有ACC_VOLATILE和ACC_TRANSIENT,同时方法相对于字段多了Synchronized、native、abstract等，所以多了ACC_SYNCHRONIZED、ACC_NATIVE、ACC_ABSTRACT等值.

还有一个最大的区别是：字段表的attribute里面多了一个Code字段；
方法体中的代码经过Javac编译后，最终变为字节码存储到Code属性内；只有拥有方法体的方法才会有Code属性，接口的方法和抽象方法是没有的。

这里介绍主要的属性：

• max_stack:表示操作数栈(Operand Stacks)的最大深度，虚拟机运行的时候需要根据这个值栈帧(Stack Frame)中的操作数栈深度；
• max_locals:表示局部变量表所需的空间，max_locals的单位是Slot

  Slot是虚拟机为局部变量分配内存所使用的最小单位；
  对于byte、char、float、int、short、boolean、returnAddress等长度不超过32位的数据类型，每个局部变量占用1个Slot；
  对于double和long这两种64位的数据类型占2个Slot。
  

方法参数(包括实力方法中的隐藏参数this)、try-catch语句中的catch块中所定义的异常、方法体中定义的局部变量都需要存放在局部变量表里面；
值得注意的：max_locals的值并不等于上述各项之和，原因是局部变量表中的Slot是可以重用的，当代码执行超出一个变量的作用域时，这个局部变量所占的Slot可以被其他局部变量使用。

• code：用来存储编译后生成的字节码指令，每个指令就是一个u1类型的数据；
  字节码所对应的指令含义是虚拟机事先定义好的，当虚拟机读取到code中的一个字节码时，就可以找出对应的指令，配合操作数栈完成指令内容。

• exception_table：用来表示显示的异常处理表，对应于代码中的try-catch语句;
  异常表实际上是Java代码的一部分，编译器使用异常表而不是简单的跳转命令来实现Java异常及finally处理机制；
  
  其中包括了4个字段，表示含义为：虚拟机在执行字节码的时候，如果在[start_pc,end_pc）行之间出现了catch_type的异常，则程序会跳转到handler_pc行继续处理；
  当catch_type的值为0时，代表除了catch_type的任意异常情况都要跳转到handler_pc处继续进行。

• Exceptions：表示方法可能抛出的异常；
  这里的Exceptions属性是在方法表中与Code属性平级的，不是上面的exception_table；

9.attributes属性

该属性可用的选项比较多，常用的有：

• LineNumberTable:用于描述Java源代码和字节码行号的对应关系，不是运行时必须的；
• LocalVariableTable:用于描述栈帧中局部变量表中的变量与Java源码中定义的变量之间的关系，不是运行时必须的；
• SourceFile：Class文件的源码文件的文件名称；