1. 前言
class文件作为 JVM 的可执行文件，在可读性方面比 C语言 等直接编译成平台可执行文件的语言强太多，反编译class文件往往能够得到不错的效果。而一个类无论代码的多少，在结构上都大同小异。在源码级，类的结构由上而下大致为：当前类的包名路径、引用类的包名路径、当前类的信息(类名、父类、接口)、变量、方法、内部类/内部接口/枚举/注解等。Javac编译器也按照该顺序来编译源码。
class_info.png
同时将代码中所使用到的引用类包名路径、变量命名和赋予的值，方法名等信息，均都存储在常量池中。当需要使用时，以索引下标的方式指向常量池中的位置。分析class文件没有任何的技术难度，明白各个数据项的结构，分析起来将会很轻松。
本文以下列源码为例，带大家一起来分析 class 文件 ：
public class Person implements Serializable{
private static final long serialVersionUID = 1L;
private String name;
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public String getName() {
return name;
}
}
编译为 class 文件后：
Person_class.png
2. 魔数和Class编译版本
-
魔数，CA FE BA BE
固定值，标识文件是否是 class 文件。
-
版本，00 00 00 34
编译JDK版本，minor_version 和 major_version 一起确定class文件格式的版本，前2个字节小版本，后两个字节大版本。
jdk_version.png
3. 常量池
常量池中存储 class文件 中的各种符号引用和字面量，是Class文件的资源仓库，有多全面呢？源码一眼望去，除了各种的关键字和方法体中的字节码指令，其余全部存储在常量池当中，当需要使用时，通过索引下标的方式来引用。常量类型：
| Tag | 类型 | 描述 |
|---|---|---|
| ox1 | CONSTANT_Uft8 | Utf-8编码的字符串 |
| ox3 | CONSTANT_Integer | 整型字面量 |
| ox4 | CONSTANT_Float | 浮点型字面量 |
| ox5 | CONSTANT_Long | 长整型字面量 |
| ox6 | CONSTANT_Double | 双精度字面量 |
| ox7 | CONSTANT_Class | 类或接口的符号引用 |
| ox8 | CONSTANT_String | 字符串类型字面量 |
| ox9 | CONSTANT_Fieldref | 字段的符号应用 |
| ox10 | CONSTANT_Methodref | 类中方法的符号引用 |
| ox11 | CONSTANT_InterfaceMathodref | 接口中方法的符号引用 |
| ox12 | CONSTANT_NameAndType | 字段或方法的部分符号引用 |
| ox15 | CONSTANT_MethodHand | 表示方法句柄 |
| ox16 | CONSTANT_MethType | 标识方法类型 |
| ox18 | CONSTANT_InvokedDaynamic | 表示一个动态方法调用点 |
微信截图_20190729095157.png
前两个字节 0x001F 为常量池大小，共有 31 项常量。第 1 项常量 tag 为 07 查上图得知为 class_info 类型，class_info 结构如下：
CONSTANT_Class_info {
u1 tag;
u2 name_index;
}
长度为 u2 大小的 name_index 必须指向一个 CONSTANT_Utf8_info 类型的常量。此处 02 指向第二项常量。第 2 项常量 tag 为 01 查表得知为 CONSTANT_Utf8_info 类型常量，结构如下：
CONSTANT_Utf8_info {
u1 tag;
u2 length;
u1 bytes[length];
}
对应的字节为：01 00 10 + 后面依次16个字节(linked/TestClass ) 点击查看更多类型，使用 JDK 自带的 javap 工具，可查看常量池信息：
constant_pool.png
4. 类信息
4.1 访问标志
常量池结束后，紧接着就是类或接口的信息。前两个字节代表类或接口的访问标志，被哪些关键字修饰：
| 标志名称 | 标志值 | 描述 |
|---|---|---|
| ACC_PUBLIC | 0x0001 | 是否声明为public |
| ACC_FINAL | 0x0010 | 是否声明为final |
| ACC_SUPER | 0x0020 | 是否使用1.2版本编译器(支持使用新的invokespecial指令) |
| ACC_INTERFACE | 0x0200 | 接口类型 |
| ACC_ABSTRACT | 0x0400 | 抽象类_类型 |
| ACC_SYNTHETIC | 0x0100 | 编译器合成，并非用户代码编写 |
| ACC_ANNOTATION | 0x2000 | 注解类型 |
| ACC_ENUM | 0x4000 | 枚举类型 |
通过ACC_INTERFACE 标志来区分 Class 是类还是接口。如果设置 ACC_INTERFACE ，则 ACC_ABSTRACT、ACC_SUPER、ACC_ENUM 不能设置。
acc_super标志是否使用invokespecial指令，在调用构造方法或使用super.xxx()显示调用父类方法时，会使用该指令。1.2之前invokespecial对方法的调用都是静态绑定的。java1.2 的时候增加了动态绑定的功能。
当前类被声明为 public类型，使用1.2以上编译器。ACC_PUBLIC和ACC_SUPER为真，0x0001 | 0x0020 = 0x0021。
class_access.png
4.2 类索引、父类索引和接口索引
接下来分别是类、父类、接口信息，直接引用常量池中的符号引用，类的全限命名。结构上类信息、父类信息都用一个u2大小字节引用常量池中的索引。由于接口是可以多实现的，所以先用u2字节大小记录实现了多少个接口，再依次在后面数几个u2大小字节。
class_interface_info.png
| 类型 | 索引 | 常量池 |
|---|---|---|
| 类索引 | 0x0001 | linked/Person |
| 父类索引 | 0x0003 | java/lang/Object |
Person 类实现了 Serializable 接口，所以 interface_count 等于 1，紧接着 0005 代表引用常量池索引为 5 的常量。得知为 java/io/Serializable
5. 字段表
字段表值包含成员变量，常量会存在常量池当中。
字段表结构：
| 类型 | 名称 | 数量 | 说明 |
|---|---|---|---|
| u2 | access_flags | 1 | 修饰符/访问标志 |
| u2 | name_index | 1 | 变量命名 |
| u2 | descriptor | 1 | 数据类型 |
| u2 | attributes_count | 1 | 属性表长度 |
| attribute_info | attributes | attributes_count | 属性表 |
修饰符/访问标志：
| 标志名称 | 标志值 | 含义 | 标志名称 | 标志值 | 含义 |
|---|---|---|---|---|---|
| ACC_PUBLIC | 0X0001 | 字段是否public | ACC_VOLATILE | 0x0040 | 字段是否volatile |
| ACC_PRIVATE | 0x0002 | 字段是否private | ACC_TRANSIENT | 0x0080 | 字段是否transient |
| ACC_PROTECTED | 0x0004 | 字段是否protected | ACC_SYNTHETIC | 0x1000 | 字段是否由编译器自动产生 |
| ACC_STATIC | 0x0008 | 字段是否static | ACC_ENUM | 0x4000 | 字段是否enum |
| ACC_FINAL | 0x0010 | 字段是否final |
字段类型：
除开 八大基本类型 和 引用类型，还有数组类型，方法还有 Void 类型。
| 描述符 | 类型 | 描述符 | 类型 |
|---|---|---|---|
| B | byte | J | long |
| C | char | S | short |
| D | double | Z | boolean |
| F | float | V | void |
| I | int | L | 引用类型 |
| [ | 数组纬度 |
filed_table.png
0x0002 字段表数量，只有二个字段
第一个字段：
- 访问标志 0x001A ：private static final 0x02 | 0x08 | 0x10 等于 0x1A
- 变量名 0x0007 ：
serialVersionUID - 变量类型 0x0008 ：对应常量池中的
J，转换为 long 类型。 - 一个属性 0x0001 ：详见* 7.1ConstantValue属性分析
第二个字段：
- 访问标志 0x0002：private
- 变量名 0x000C：
name - 变量类型 0x000D:
Ljava/lang/String; - 没有属性 0x0000;
6. 方法表
方法的结构有各种修饰符、返回值类型、方法名、参数列表、再就是方法体内的代码。结构如下：
method_info {
u2 access_flags;
u2 name_index;
u2 descriptor_index;
u2 attributes_count;
attribute_info attributes[attributes_count];
}
微信截图_20190729104127.png
- 0x0003 3个方法
第一个方法：默认构造函数
- 0x0001 访问标志：public
- 0x000E 方法名：init
- 0x000F 返回值类型：V()
- 0x0001 一个属性：00 10 在常量池中
Code属性，详见 7.2Code属性分析
7. 属性表
字段和方法表中都可以携带自己的属性，JVM 的属性表类型较多，本篇文章只泛泛而谈出现的两种(更多属性)：
7.1 ConstantValue属性
同时被 static、final 关键字修饰的字段，会以 ConstantValue 属性表的结构存储在Class文件种，也就是平时大家说的常量。并且做为类或接口的一部分，存储在运行时常量池当中。格式如下：
ConstantValue_attribute {
u2 attribute_name_index; //属性表名称位于常量池中的位置
u4 attribute_length; //属性表长度大小
u2 constantvalue_index; //常量值位于常量池中的位置
}
接着上面的Class文件分析：
- 00 09 对应常量池中的
ConstantValue， - 00 00 00 02 ：两个字节长度
- 00 0A ：1L
7.2 Code属性
方法体中的代码，经Javac编译器处理后存放在方法的Code属性表中。抽象方法和接口不存在Code属性。Code属性结构如下∶
Code_attribute {
u2 attribute_name_index;
u4 attribute_length;
u2 max_stack;
u2 max_locals;
u4 code_length;
u1 code[code_length];
u2 exception_table_length;
{
u2 start_pc;
u2 end_pc;
u2 handler_pc;
u2 catch_type;
}
exception_table[exception_table_length];
u2 attributes_count;
attribute_info attributes[attributes_count];
}
对应的字节码为：
微信截图_20190729111806.png
使用 javap 命令得出的：
微信截图_20190729104624.png
- 0x0010，
Code - 0x0001，操作数栈大小
- 0x0001，局部变量表大小
- 0x2A，从表中查询对应的指令为aload_0，该指令将局部变量表的第一个(索引为0)变量推送至栈顶。
- 0xB7，从表中查询对应的指令为invokespecial，方法调用指令，必须声明一个方法命名，可以是构造方法、父类的构造方法、私有方法。后面u2大小，指向常量池中一个CONSTANT_Methodref_info类型的项。
- 0x0011，invokespecial 所执行的方法，对应常量池中的
<init>方法的符号引用。 - 0x00B1，从表中查询对应的指令为return，当前方法返回 void。
- 0x0000，不存在异常表
code_legth 虽然是一个u4大小的值，理论上可以存储0xffffffff(40多亿)大小的字节码指令，但是虚拟机规范中明确规定限制了一个方法不超过65535条字节码指令，实际只使用了u2(0xffff)大小。
网友评论