每一個Class都對應着唯一的一個類或借口的定義信息。這里，我們稱為"Class文件格式"只是通俗的將任意一個符合有效的類或借口的格式這么稱呼，但是它並不一定是以磁盤文件的形式存在。
每個Class文件都是由8字節為單位的字節流組成，所有的16位、32位和64位長度的數據將被構造成 2個、4個和8個8字節單位來表示。
ClassFile結構
每一個Class文件對應於一個如下所示的ClassFile結構體。
ClassFile {
u4 magic;
u2 minor_version;
u2 major_version;
u2 constant_pool_count;
cp_info constant_pool[constant_pool_count-1];
u2 access_flags;
u2 this_class;
u2 super_class;
u2 interfaces_count;
u2 interfaces[interfaces_count];
u2 fields_count; field_info fields[fields_count];
u2 methods_count; method_info methods[methods_count];
u2 attributes_count; attribute_info attributes[attributes_count];
}
其中u1、u2、u4分別代表1、2、4個字節無符號數。
magic：
魔數，魔數的唯一作用是確定這個文件是否為一個能被虛擬機所接受的Class文件。魔數值固定為0xCAFEBABE，不會改變。
minor_version、major_version：
分別為Class文件的副版本和主版本。它們共同構成了Class文件的格式版本號。不同版本的虛擬機實現支持的Class文件版本號也相應不同，高版本號的虛擬機可以支持低版本的Class文件，反之則不成立。
constant_pool_count：
常量池計數器，constant_pool_count的值等於constant_pool表中的成員數加1。
constant_pool[]：
常量池，constant_pool是一種表結構，它包含Class文件結構及其子結構中引用的所有字符串常量、類或接口名、字段名和其它常量。常量池不同於其他，索引從1開始到constant_pool_count -1。
access_flags：
訪問標志，access_flags是一種掩碼標志，用於表示某個類或者接口的訪問權限及基礎屬性。access_flags的取值范圍和相應含義見下表：
this_class：
類索引，this_class的值必須是對constant_pool表中項目的一個有效索引值。constant_pool表在這個索引處的項必須為CONSTANT_Class_info類型常量，表示這個Class文件所定義的類或接口。
super_class：
父類索引，對於類來說，super_class的值必須為0或者是對constant_pool表中項目的一個有效索引值。如果它的值不為0，那constant_pool表在這個索引處的項必須為CONSTANT_Class_info類型常量，表示這個Class文件所定義的類的直接父類。當然，如果某個類super_class的值是0，那么它必定是java.lang.Object類，因為只有它是沒有父類的。
interfaces_count：
接口計數器，interfaces_count的值表示當前類或接口的直接父接口數量。
interfaces[]：
接口表，interfaces[]數組中的每個成員的值必須是一個對constant_pool表中項目的一個有效索引值，它的長度為interfaces_count。每個成員interfaces[i] 必須為CONSTANT_Class_info類型常量。
fields_count：
字段計數器，fields_count的值表示當前Class文件fields[]數組的成員個數。
fields[]：
字段表，fields[]數組中的每個成員都必須是一個fields_info結構的數據項，用於表示當前類或接口中某個字段的完整描述。
methods_count：
方法計數器，methods_count的值表示當前Class文件methods[]數組的成員個數。
methods[]：
方法表，methods[]數組中的每個成員都必須是一個method_info結構的數據項，用於表示當前類或接口中某個方法的完整描述。
attributes_count：
屬性計數器，attributes_count的值表示當前Class文件attributes表的成員個數。
attributes[]：
屬性表，attributes表的每個項的值必須是attribute_info結構。
下面舉個簡單的例子來說明一下ClassFile的結構：
public class HelloWorld
{
String str = "";
public String getStr()
{
return str;
}
public void setStr(String str)
{
this.str = str;
}
}
通過javap工具我們能看到這個簡單的類的結構，如下：
我們可以看到一些信息包括主副版本號、常量池、ACC_FLAGS等，再來打開Class文件看一下：
根據前面所述的ClassFile結構，我們來分析下：
可以看到前4個字節為魔數，也就是0xCAFEBABE，這里都是十六進制。
魔數后2個字節為副版本號，這里副版本號是0.
再后2個字節是主版本號0x0033，轉為十進制，主版本號是51，和Javap工具所看到的一樣，這里我用的JDK版本是1.7。
這兩個字節是常量池計數器，常量池的數量為0x0017，轉為十進制是23，也就是說常量池的索引為1~22，這與Javap所看到的也相符。
常量池計數器后面就是常量池的內容，我們根據javap所看到的信息找到最后一個常量池項java/lang/Object，在字節碼中找到對應的地方：
常量池后面兩個字節是訪問標志access_flags：
值為0x0021，在javap中我們看到這個類的標志是
其中ACC_PUBLIC的值為0x0001，ACC_SUPER的值為0x0020，與字節碼是相匹配的。
至於ClassFile的其他結構，包括this_class、super_class、接口計數器、接口等等都可以通過同樣的方法進行分析，這里就不再多說了。
下面將詳細的介紹一下ClassFile結構中的中的各個部分。
常量池
所有的常量池項都具有如下通用格式：
cp_info
{
u1 tag;
u1 info[];
}
以1個字節的tag開頭，后面info[]項的內容tag由的類型所決定。tag有效的類型和對應的取值如下表：
下面我們來介紹下不同類型的tag所對應的結構和規則：
CONSTANT_Class_info結構：
CONSTANT_Class_info結構用於表示類或接口，格式如下：
CONSTANT_Class_info
{
u1 tag;
u2 name_index;
}
CONSTANT_Class_info結構的tag項的值為CONSTANT_Class（7）。name_index項的值，必須是對常量池的一個有效索引。常量池在該索引處的項必須是CONSTANT_Utf8_info結構，代表一個有效的類或接口二進制名稱的內部形式。
CONSTANT_Fieldref_info， CONSTANT_Methodref_info和CONSTANT_InterfaceMethodref_info結構：
字段，方法和接口方法由類似的結構表示：
CONSTANT_Fieldref_info
{
u1 tag;
u2 class_index;
u2 name_and_type_index;
}
CONSTANT_Methodref_info
{
u1 tag;
u2 class_index;
u2 name_and_type_index;
}
CONSTANT_InterfaceMethodref_info
{
u1 tag;
u2 class_index;
u2 name_and_type_index;
}
CONSTANT_Fieldref_info結構的tag項的值為CONSTANT_Fieldref（9）。
CONSTANT_Methodref_info結構的tag項的值為CONSTANT_Methodref（10）。 CONSTANT_InterfaceMethodref_info結構的tag項的值為CONSTANT_InterfaceMethodref（11）
class_index項的值必須是對常量池的有效索引，常量池在該索引處的項必須是CONSTANT_Class_info結構，表示一個類或接口，當前字段或方法是這個類或接口的成員。
name_and_type_index項的值必須是對常量池的有效索引，常量池在該索引處的項必須是CONSTANT_NameAndType_info結構，它表示當前字段或方法的名字和描述符。
CONSTANT_String_info結構：
CONSTANT_String_info用於表示java.lang.String類型的常量對象，格式如下：
CONSTANT_String_info
{
u1 tag;
u2 string_index;
}
CONSTANT_String_info結構的tag項的值為CONSTANT_String（8）。string_index項的值必須是對常量池的有效索引，常量池在該索引處的項必須是CONSTANT_Utf8_info結構，表示一組Unicode碼點序列，這組Unicode碼點序列最終會被初始化為一個String對象。
CONSTANT_Integer_info和CONSTANT_Float_info結構:
CONSTANT_Intrger_info和CONSTANT_Float_info結構表示4字節（int和float）的數值常量：
CONSTANT_Integer_info
{
u1 tag;
u4 bytes;
}
CONSTANT_Float_info
{
u1 tag;
u4 bytes;
}
CONSTANT_Integer_info結構的bytes項表示int常量的值，按照Big-Endian的順序存儲。 CONSTANT_Float_info結構的bytes項按照IEEE 754單精度浮點格式。表示float常量的值，按照Big-Endian的順序存儲。
CONSTANT_Long_info和CONSTANT_Double_info結構:
CONSTANT_Long_info和CONSTANT_Double_info結構表示8字節（long和double）的數值常量：
CONSTANT_Long_info
{
u1 tag;
u4 high_bytes;
u4 low_bytes;
}
CONSTANT_Double_info
{
u1 tag;
u4 high_bytes;
u4 low_bytes;
}
在Class文件的常量池中，所有的8字節的常量都占兩個表成員（項）的空間。如果一個CONSTANT_Long_info或CONSTANT_Double_info結構的項在常量池中的索引為n，則常量池中下一個有效的項的索引為n+2，此時常量池中索引為n+1的項有效但必須被認為不可用。
CONSTANT_Long_info結構的tag項的值是CONSTANT_Long（5）。 CONSTANT_Double_info結構的tag項的值是CONSTANT_Double（6）。
CONSTANT_Long_info結構中的無符號的high_bytes和low_bytes項用於共同表示long型常量，構造形式為((long) high_bytes << 32) + low_bytes，high_bytes和low_bytes都按照Big-Endian順序存儲。 CONSTANT_Double_info結構中的high_bytes和low_bytes共同按照IEEE 754雙精度浮點格式表示double常量的值。high_bytes和low_bytes都按照Big-Endian順序存儲。
CONSTANT_NameAndType_info結構：
CONSTANT_NameAndType_info結構用於表示字段或方法，但是和前面介紹的三個表示字段方法的結構不同，CONSTANT_NameAndType_info結構沒有標識出它所屬的類或接口，格式如下：
CONSTANT_NameAndType_info
{
u1 tag;
u2 name_index;
u2 descriptor_index;
}
CONSTANT_NameAndType_info結構的tag項的值為CONSTANT_NameAndType（12）。
name_index項的值必須是對常量池的有效索引，常量池在該索引處的項必須是CONSTANT_Utf8_info結構，這個結構要么表示特殊的方法名<init>，要么表示一個有效的字段或方法的非限定名。
descriptor_index項的值必須是對常量池的有效索引，常量池在該索引處的項必須是CONSTANT_Utf8_info（§4.4.7）結構，這個結構表示一個有效的字段描述符或方法描述符。
CONSTANT_Utf8_info結構：
CONSTANT_Utf8_info結構用於表示字符串常量的值：
CONSTANT_Utf8_info
{
u1 tag;
u2 length;
u1 bytes[length];
}
CONSTANT_Utf8_info結構的tag項的值為CONSTANT_Utf8（1）。length項的值指明了bytes[]數組的長度，bytes[]是表示字符串值的byte數組。
CONSTANT_MethodHandle_info結構：
CONSTANT_MethodHandle_info結構用於表示方法句柄，結構如下：
CONSTANT_MethodHandle_info
{
u1 tag;
u1 reference_kind;
u2 reference_index;
}
CONSTANT_MethodHandle_info結構的tag項的值為CONSTANT_MethodHandle（15）。reference_kind項的值必須在1至9之間（包括1和9），它決定了方法句柄的類型。
reference_index項的值必須是對常量池的有效索引，索引項和reference_kind的對應關系如下：
CONSTANT_MethodType_info結構：
CONSTANT_MethodType_info結構用於表示方法類型：
CONSTANT_MethodType_info
{
u1 tag;
u2 descriptor_index;
}
CONSTANT_MethodType_info結構的tag項的值為CONSTANT_MethodType（16）。descriptor_index項的值必須是對常量池的有效索引，常量池在該索引處的項必須是CONSTANT_Utf8_info結構，表示方法的描述符。
CONSTANT_InvokeDynamic_info結構：
CONSTANT_InvokeDynamic_info用於表示invokedynamic指令所使用到的引導方法、引導方法使用到動態調用名稱、參數和請求返回類型、以及可以選擇性的附加被稱為靜態參數的常量序列。
CONSTANT_InvokeDynamic_info
{
u1 tag;
u2 bootstrap_method_attr_index;
u2 name_and_type_index;
}
CONSTANT_InvokeDynamic_info結構的tag項的值為CONSTANT_InvokeDynamic（18）。bootstrap_method_attr_index項的值必須是對當前Class文件中引導方法表的bootstrap_methods[]數組的有效索引。ame_and_type_index項的值必須是對當前常量池的有效索引，常量池在該索引處的項必須是CONSTANT_NameAndType_info結構，表示方法名和方法描述符。
下面我們還是使用上面ClassFile的例子來簡單看下常量池:
通過javap我們看到常量池中第一項為：
是HelloWorld的初始化方法，再來看一下字節碼：
0A是第一個常量池項的tag，轉為十進制是10，查找上面的常量類型表的確是CONSTANT_Methodref類型常量。
根據CONSTANT_Methodref_info的結構，tag后2個字節為class_index，為常量池的某個可用索引，索引項必須為CONSTANT_Class_info結構：
0x0005，轉為十進制是5。索引位置5的常量為：
可以看到是Object類，Java中所有的類都是Object類的子類。HelloWorld類沒有顯示的定義構造方法，會自動調用父類Object的無參構造方法。
繼續看CONSTANT_Methodref_info的結構的第三個屬性name_and_type_index，為常量池的某個可用索引，索引項必須為CONSTANT_NameAndType_info結構：
0x0012，轉為十進制是18。索引位置18的常量為：
包括前面的索引5的CONSTANT_Class_info結構和這里的CONSTANT_NameAndType_info結構我們都可以繼續追蹤下去，這里我只是做簡單分析就不再往下了。
用同樣的方法可以分析常量池里每一個常量。
字段
每個字段（Field）都由field_info結構所定義，在同一個Class文件中，不會有兩個字段同時具有相同的字段名和描述符。
field_info結構格式如下：
field_info
{
u2 access_flags;
u2 name_index;
u2 descriptor_index;
u2 attributes_count;
attribute_info attributes[attributes_count];
}
access_flags項的值是用於定義字段被訪問權限和基礎屬性的掩碼標志。取值范圍如下表：
name_index項的值必須是對常量池的一個有效索引。常量池在該索引處的項必須是CONSTANT_Utf8_info結構，表示一個有效的字段的非全限定名。
descriptor_index項的值必須是對常量池的一個有效索引。常量池在該索引處的項必須是CONSTANT_Utf8_info結構，表示一個有效的字段的描述符。
attributes_count的項的值表示當前字段的附加屬性的數量。
attributes表的每一個成員的值必須是attribute結構，一個字段可以有任意個關聯屬性。
方法
所有方法（Method），包括實例初始化方法和類初始化方法在內，都由method_info結構所定義。在一個Class文件中，不會有兩個方法同時具有相同的方法名和描述符。
method_info結構格式如下：
method_info
{
u2 access_flags;
u2 name_index;
u2 descriptor_index;
u2 attributes_count;
attribute_info attributes[attributes_count];
}
access_flags項的值是用於定義當前方法的訪問權限和基本屬性的掩碼標志，取值范圍如下表：
標記名 值 說明
ACC_PUBLIC 0x0001 public，方法可以從包外訪問
ACC_PRIVATE 0x0002 private，方法只能本類中訪問
ACC_PROTECTED 0x0004 protected，方法在自身和子類可以訪問
ACC_STATIC 0x0008 static，靜態方法
ACC_FINAL 0x0010 final，方法不能被重寫（覆蓋）
ACC_SYNCHRONIZED 0x0020 synchronized，方法由管程同步
ACC_BRIDGE 0x0040 bridge，方法由編譯器產生
ACC_VARARGS 0x0080 表示方法帶有變長參數
ACC_NATIVE 0x0100 native，方法引用非java語言的本地方法
ACC_ABSTRACT 0x0400 abstract，方法沒有具體實現
ACC_STRICT 0x0800 strictfp，方法使用FP-strict浮點格式
ACC_SYNTHETIC 0x1000 方法在源文件中不出現，由編譯器產生
name_index項的值必須是對常量池的一個有效索引。常量池在該索引處的項必須是CONSTANT_Utf8_info結構。
descriptor_index項的值必須是對常量池的一個有效索引。常量池在該索引處的項必須是CONSTANT_Utf8_info結構，表示一個有效的方法的描述符。
attributes_count的項的值表示這個方法的附加屬性的數量。attributes表的每一個成員的值必須是attribute結構，一個方法可以有任意個與之相關的屬性。
屬性：
屬性（Attributes）在Class文件格式中的ClassFile結構、field_info 結構，method_info結構和Code_attribute結構都有使用，所有屬性的通用格式如下：
attribute_info
{
u2 attribute_name_index;
u4 attribute_length;
u1 info[attribute_length];
}
對於任意屬性，attribute_name_index必須是對當前Class文件的常量池的有效16位無符號索引。常量池在該索引處的項必須是CONSTANT_Utf8_info結構，表示當前屬性的名字。attribute_length項的值給出了跟隨其后的字節的長度，這個長度不包括attribute_name_index和attribute_name_index項的6個字節。
對於字段、方法、和屬性的結構，我們很容易的可以通過javap工具查看到。
關於Class文件的驗證可能會放到后面Java虛擬機加載類的過程中學習。