Class文件結構全面解析（下）

接上回書

書接上一回，分享了Class文件的主要構成，同時也詳細分析了魔數、次版本號、主版本號、常量池集合、訪問標志的構造，接下來我們就繼續學習。

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類索引和父類索引

類索引（this_class）和父類索引（super_class）都是一個u2類型的數據，類索引用於確定這個類的全限定名，父類索引用於確定這個類的父類全限定名。由於java語言不允許多重繼承，所以父類索引只有一個。

類索引和父類索引各自指向常量池中類型為CONSTANT_Class_info的類描述符，再通過類描述符中的索引值找到常量池中類型為CONSTANT_Utf8_info的字符串。再來看一下之前的Class文件例子：

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結合之前javap分析出來的常量池內容：

   #3 = Class         #17        // OneMoreStudy
   #4 = Class         #18        // java/lang/Object
  #17 = Utf8          OneMoreStudy
  #18 = Utf8          java/lang/Object

類索引為0x0003，去常量池里找索引為3的類描述符，類描述符中的索引為17，再去找索引為17的字符串，就是“OneMoreStudy”。

父類索引為0x0004，去常量池里找索引為4的類描述符，類描述符中的索引為18，再去常量池里找索引為18的字符串，就是“java/lang/Object”。

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接口索引集合

接口索引集合（interface）是一組u2類型的數據的集合，由於java語言允許實現多個接口，所以接口索引也有多個，它們按照implements語句后的接口順序從左到右依次排列在接口索引集合中。接口索引集合的第一項數據是接口集合計數值（interfaces_count），表示有多少接口索引。如果該類沒有實現任何接口，那么該計數值為0，后面的接口索引表不占任何字節。之前的例子OneMoreStudy類沒有實現任何接口，所以接口集合計數值就是0，如下圖：

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字段表集合

字段表（field_info）是用來描述接口或類中聲明的變量。包括類級變量（靜態變量）和實例級變量（成員變量），但是不包括在方法內部聲明的局部變量。具體結構如下表：

類型	名稱	數量	描述
u2	access_flags	1	字段的訪問標志
u2	name_index	1	字段的簡單名稱索引
u2	descriptor_index	1	字段的描述符索引
u2	attributes_count	1	字段的屬性計數值
attribute_info	attributes	attributes_count	字段的屬性

字段表中的access_flags，和類的access_flags是非常類似的，但是標識和含義是不一樣的。具體如下表：

標志名稱	標志值	含義
ACC_PUBLIC	0x0001	字段是否public
ACC_PRIVATE	0x0002	字段是否private
ACC_PROTECTED	0x0004	字段是否protected
ACC_STATIC	0x0008	字段是否static
ACC_FINAL	0x0010	字段是否為final
ACC_VOLATILE	0x0040	字段是否volatile
ACC_TRANSIENT	0x0080	字段是否transient
ACC_SYNTHETIC	0x1000	字段是否由編譯器自動產生的
ACC_ENUM	0x4000	字段是否enum

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這里提到了簡單名稱、描述符，和全限定名有什么區別呢？稍微說一下。

簡單名稱是沒有類型和參數修飾的方法或字段名稱，比如OneMoreStudy類中的number字段和plusOne()方法的簡單名稱分別是“number”和“plusOne”。

全限定名是把類全名中的“.”替換成“/”就可以了，比如java.lang.Object類的全限定名就是“java/lang/Object”。

描述符是用來描述字段的數據類型、方法的參數列表（包括數量、類型以及順序）和返回值。基礎數據類型和無返回的void類型都有一個大寫字母表示，對象類型用字符L加對象的全限定名來表示，如下表：

標識字符	含義
B	基本類型byte
C	基本類型char
D	基本類型double
F	基本類型float
I	基本類型int
J	基本類型long
S	基本類型short
Z	基本類型boolean
V	特殊類型void
L	對象類型 如 Ljava/lang/Object

對於數組類型，每一維度使用一個前置的“[”字符來描述，比如java.lang.Object[][]的二維數據，就是“[[Ljava/lang/Object”。在描述方法時，按照先參數列表，后返回值的順序描述，參數列表按照嚴格順序放在“()”值中，比如boolean equals(Object anObject)，就是“(Ljava/lang/Object)B”。

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再來看一下之前的Class文件例子：

OneMoreStudy類中只有一個字段number，所以字段計數值為0x0001。字段number只被private修飾，沒有其他修飾，所以字段的訪問標志位為0x0002。字段的簡單名稱索引是0x0005，去常量池中找索引為5的字符串，為“number”。字段的描述符索引為0x0006，去常量池中找索引為6的字符串，為“I”，是基本類型int。以下是常量池相關內容：

   #5 = Utf8          number
   #6 = Utf8          I

字段number的屬性計數值為0x0000，也就是沒有需要額外描述的信息。

字段表集合中不會列出從父類或者父接口中繼承而來的字段，但有可能列出原版Java代碼中沒有的字段，比如在內部類中為了保持對外部類的訪問性，會自動添加指向外部類實例的字段。

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方法表集合

方法表的結構和字段表的是一樣的，也是依次包括了訪問標志（access_flags）、名稱索引（name_index）、描述符索引（descriptor_index）和屬性表集合（attributes）。具體如下表：

類型	名稱	數量	描述
u2	access_flags	1	方法的訪問標志
u2	name_index	1	方法的簡單名稱索引
u2	descriptor_index	1	方法的描述符索引
u2	attributes_count	1	方法的屬性計數值
attribute_info	attributes	attributes_count	方法的屬性

對於方法的訪問標志，所有標志位和取值如下表：

標志名稱	標志值	含義
ACC_PUBLIC	0x0001	方法是否public
ACC_PRIVATE	0x0002	方法是否private
ACC_PROTECTED	0x0004	方法是否protected
ACC_STATIC	0x0008	方法是否static
ACC_FINAL	0x0010	方法是否為final
ACC_SYNCHRONIZED	0x0020	方法是否sychronized
ACC_BRIDGE	0x0040	方法是否是由編譯器產生的橋接方法
ACC_VARARGS	0x0080	方法是否接受不定參數
ACC_NATIVE	0x0100	方法是否為native
ACC_ABSTRACT	0x0400	方法是否為abstract
ACC_STRICT	0x0800	方法是否為strictfp
ACC_SYNTHETIC	0x1000	方法是否由編譯器自動產生

方法中的Java代碼，經過編譯器編程成字節碼指令后，放在方法屬性表集合中一個名為“Code”的屬性里，后面會有更多分享。

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再來看一下之前的Class文件例子：

方法計算值為0x0003，表示集合中有兩個方法（編譯器自動添加的無參構造方法和源碼中的plusOne方法）。第一個方法的訪問標志是0x0001，表示只有ACC_PUBLIC標志為true。

名稱索引為0x0007，在常量池中為索引為7的字符串為“ ”，這就是編譯器自動添加的無參構造方法。描述符索引為0x0008，在常量池中為索引為7的字符串為“()V”，方法的屬性計數值為0x0001，表示該方法有1個屬性，屬性名稱索引為0x0009，在常量池中為索引為7的字符串為“Code”。以下是常量池相關內容：

   #7 = Utf8          <init>
   #8 = Utf8          ()V
   #9 = Utf8          Code

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屬性表集合

屬性表（attribute_info）在前面的分享中出現了幾次，在Class文件、字段表、方法表都可以有自己的屬性表集合，用來描述某些場景下特有的信息。

屬性表不在要求具有嚴格的順序，並且只要不與已有的屬性名重復，任何人實現的編譯器都可以寫入自己定義的屬性信息，Java虛擬機在運行時會忽略掉它不認識的屬性。

我總結了一些比較常見的屬性，如下表：

屬性名稱	使用位置	含義
Code	方法表	Java代碼編譯成的字節碼指令
ConstantValue	字段表	final關鍵字定義的常量值
Exceptions	方法表	方法拋出的異常
InnerClasses	類文件	內部類列表
LineNumberTable	Code屬性	Java源碼的行號與字節碼指定的對應關系
LocalVariableTable	Code屬性	方法的局部變量描述
SourceFile	類文件	記錄源文件名稱

對於每個屬性，它的名稱都從常量池中引用一個CONSTANT_Utf8_info類型的常量，而屬性值的結構則是完全自定義的，只需要用一個u4類型來說明屬性值所占的位數就可以了。具體結構如下：

類型	名稱	數量	含義
u2	attribute_name_index	1	屬性名稱索引
u2	attribute_length	1	屬性值所占的位數
u1	info	attribute_length	屬性值

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總結

Class文件主要由魔數、次版本號、主版本號、常量池集合、訪問標志、類索引、父類索引、接口索引集合、字段表集合、方法表集合和屬性表集合組成。隨着JDK版本的不斷升級，Class文件結構也在不斷更新，學習之路,永不止步。

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