Java类文件结构

文章内存摘抄自《深入理解Java虚拟机》，在此仅作学习记录。

代码编译的结果从本地机器码转变为字节码(Byte Code)，是存储格式发展的一小步，却是编程语言发展的一大步。

存储格式发展:

今天的计算机仍然只能识别0和1，但将我们编写的程序编译成二进制本地机器码（Native Code）已不再是唯一的选择，越来越多的程序语言选择了与操作系统和机器指令集无关的、 平台中立的格式作为程序编译后的存储格式。

各种不同平台的虚拟机与所有平台都统一使用的程序存储格式——字节码（ByteCode） 是构成平台无关性的基石，而且语言无关性正越来越被开发者所重视。

Java虚拟机不和包括Java在内的任何语言绑定，它只与“Class文件”这种特定的二进制文件格式所关联，Class文件中包含了Java虚拟机指令集和符号表以及若干其他辅助信息。

Class类文件结构:

　　结构:

任何一个Class文件都对应着唯一一个类或接口的定义信息，但反过来说，类或接口并不一定都得定义在文件里（譬如类或接口也可以通过类加载器直接生成）。文中只是通俗地将任意一个有效的类或接口所应当满足的格式称为“Class文件格式”，实际上它并不一定以磁盘文件的形式存在。

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，这使得整个Class文件中存储的内容几乎 全部是程序运行的必要数据，没有空隙存在。当遇到需要占用8位字节以上空间的数据项 时，则会按照高位在前[1]的方式分割成若干个8位字节进行存储。

Class文件格式采用一种类似于C语言结构体的伪结构来存储数据，这种伪结构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来分别代表1个字节、2个字节、4个 字节和8个字节的无符号数，无符号数可以用来描述数字、索引引用、数量值或者按照UTF-8 编码构成字符串值。

表 : 是由多个无符号数或者其他表作为数据项构成的复合数据类型，所有表都习惯性地 以“_info”结尾。

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　　组成:

①魔数（Magic Number）: 每个Class文件的头4个字节称为魔数，它的唯一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版本号 : 第5和第6个字节是次版本号（Minor Version），第7和第8个字节是主版本号（Major Version）。

③常量池 : 紧接着主次版本号之后的是常量池入口，常量池可以理解为Class文件之中的资源仓库， 它是Class文件结构中与其他项目关联最多的数据类型，也是占用Class文件空间最大的数据项目之一，同时它还是在Class文件中第一个出现的表类型数据项目。

常量池中主要存放两大类常量：字面量（Literal）和符号引用（Symbolic References）。

字面量 : 比较接近于Java语言层面的常量概念，如文本字符串、声明为final的常量值等。

符号引用 : 则属于编译原理方面的概念，包括了下面三类常量：

1.类和接口的全限定名（Fully Qualified Name）

2.字段的名称和描述符（Descriptor）

3.方法的名称和描述符

④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（access_flags），这个标志用于识 别一些类或者接口层次的访问信息，包括：这个Class是类还是接口；是否定义为public类 型；是否定义为abstract类型；如果是类的话，是否被声明为final等。

⑤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（this_class）和父类索引（super_class）都是一个u2类型的数据，接口索引集合（interfaces）是一组u2类型的数据的集合.

类索引 : 用于确定这个类的全限定名

父类索引 : 用于确定这个类的父类的全限定名。由于Java语言不允许多重继承，所以父类索引只有一个，除了java.lang.Object之外，所有的Java 类都有父类，因此除了java.lang.Object外，所有Java类的父类索引都不为0。

接口索引集合 : 就用来描述这个类实现了哪些接口，这些被实现的接口将按implements语句

⑥字段表集合 :用于描述接口或者类中声明的变量。

字段（field）包括类级变量以及实例级变量，但不包括在方法内部声明的局部变量。我们可以想一想在Java中描述一个字 段可以包含什么信息？可以包括的信息有：字段的作用域（public、private、protected修饰 符）、是实例变量还是类变量（static修饰符）、可变性（final）、并发可见性（volatile修饰 符，是否强制从主内存读写）、可否被序列化（transient修饰符）、字段数据类型（基本类 型、对象、数组）、字段名称。

字段表集合中不会列出从超类或者父接口中继承而来的字段，但有可能列出原本Java代 码之中不存在的字段，譬如在内部类中为了保持对外部类的访问性，会自动添加指向外部类 实例的字段。另外，在Java语言中字段是无法重载的，两个字段的数据类型、修饰符不管是 否相同，都必须使用不一样的名称，但是对于字节码来讲，如果两个字段的描述符不一致， 那字段重名就是合法的。

⑦方法表集合 : 用于对方法的描述，与对字段的描述几乎采用了完全一致的方式.

访问标志（access_flags）、名称索引（name_index）、描述符索引（descriptor_index）、

属性表集合（attributes）: 方法里的Java代码，经过编译器编译成字节 码指令后，存放在方法属性表集合中一个名为“Code”的属性里面

⑧属性表集合 : 在Class文件、字段表、方 法表都可以携带自己的属性表集合，以用于描述某些场景专有的信息。

字节码指令 : 

Java虚拟机的指令由一个字节长度的、代表着某种特定操作含义的数字（称为操作码，Opcode）以及跟随其后的零至多个代表此操作所需参数（称为操作数，Operands）而构成。

字节码指令集是一种具有鲜明特点、优劣势都很突出的指令集架构，由于限制了Java虚 拟机操作码的长度为一个字节（即0～255），这意味着指令集的操作码总数不可能超过256 条；又由于Class文件格式放弃了编译后代码的操作数长度对齐，这就意味着虚拟机处理那些超过一个字节数据的时候，不得不在运行时从字节中重建出具体数据的结构，如果要将一个 16位长度的无符号整数使用两个无符号字节存储起来（将它们命名为byte1和byte2）。