嚼一嚼 class 文件结构

0、准备

• win10操作系统
• 安装 jdk1.8.0_161 并配置好环境变量
• 安装 Notepad++ 和里面的 HEX-Editor 插件

1、生成一个 class 文件

我们平时写的java代码存储在 .java 文件中，称之为 java 源文件。下面是 Test.java 文件的内容：

我们在 Test.java 文件的同目录下，按住 Shift+鼠标右键，选择”在此处打开**窗口“，然后输入。这个时候，会发现当前目录中生成了一个 Test.class 文件。

这个 class 文件就是我们今天的主角，它是由 java 编译器（javac）翻译 java 源文件（Test.java）得到的字节码文件（Test.class），这种字节码就是 JVM 的“机器语言”。

2、查看 class 文件内容

使用 Notepad++ 打开 Test.class 文件，然后依次选择 插件–>HEX-Editor–>View in HEX。

所以此时看到的内容，是class 文件的十六进制形式。十六进制数字两两相连，这是为什么呢都知道，1byte = 8bit，而 4bit 刚好可以用一个十六进制数字表示，如 1111 = 0xf。所以一个字节刚好可以用两个十六进制数字表示。

下面贴上 class 文件内容：

表的类型有很多，在这里以 java 类形式表示一下第一个表类型：

现在，已经基本了解了常量池中常量项的结构，接下来我们结合上面的表格来翻译常量。

5.3、常量集合

常量池入口指定了常量池的大小为 18，接下来我们一个个读取这些常量。

• [0a,00,04,00,0f]：0x0a = 10 表示类型是 Methodref，接下来 0x0004 = 4、0x000f=15，表示指向的是第 4 个和第 15 个常量。我猜这是为了缩减 class 文件的大小，故将相同的常量以地址指向的形式来引用。
• [09,00,03,00,10]：0x09 = 0 表示类型是 Fieldref，后面 0x0003 和 0x0010 表示分别指向第 3 个和第 16 个常量。
• []07,00,11]：0x07 = 7 表示类型是 Class，引用指向第 17 个常量。
• [07,00,12]：与上面相同，指向第 18 个常量。
• [01,00,01,69]：0x01 = 1 表示类型是 Utf8，字符串的长度为 0x0001 = 1，故只需要读取后面一个字节 69。十六进制数字 0x69 对应的字符为小写字母 i，这就是我们前面定义的变量名。
• …

翻译就到这里了，跟着前面的结构对照表，相信你已经可以轻松翻译剩下的常量。

5.4、验证翻译结果

只写代码不做测试是耍流氓，同样的，如果我只告诉各位怎么翻译而不告诉你们怎么验证，那也是在耍流氓。现在我们就通过 JDK 提供的工具，来验证一下，常量到底是不是我前面所说的那样。

在 Test.class 文件的目录中打开命令行，运行 命令，就可以看到常量池的内容。这里贴一下运行结果：

0x21 的二进制为 100001 ，表示 ACC_SUPER 和 ACC_PUBLIC 为 1。这与代码情况也是一致的，我们是使用 JDK1.8 编译的，并且 Test 类确为 public 类型。

7、类索引、父类索引和接口索引集合

7.1、类索引[00,03]

指向第 3 个常量，而第 3 个常量引用第 17 个，值为 Test。表示当前类为 Test。

7.2、父类索引[00,04]

与上面类似，值为 java/lang/Object，表示 Test 父类为 Object。

7.3、接口索引集合

类索引和父类索引之后，紧接着的两个字节存储的是一个 u2 类型的数据，表示接口计数器。这里是[00,00]，长度为 0 表示没有实现接口。

8、字段表集合

8.1、字段数量[00,01]

接口索引集合之后，紧接着就是字段表集合，头两个字节存储的便是这个集合的大小，这里可以看到集合大小为 1，表示只有一个字段。

相信你也发现了一些规律，比如集合类型的表，前面就会用一个 u2 类型的数据存储大小。

8.2、字段表[00,02,00,05,00,06]

字段表结构可以分为三部分，分别是 access_flags(u2，修饰符)、name_index(u2，名称)、descriptor_index(u2，类型)。

access_flags 各个标志位含义如下：

方法1：access_flags（u2，访问标志）存储值为 [00,01]，name_index（u2，名称）存储值为 [00,07]，descriptor_index（u2，类型）存储值为 [00,08]，最终得到的结果是 。

表示这是一个构造方法，()V 表示返回值类型是 void。这与我们平常写 java 代码时的语法有点区别，java 代码中构造方法是没有返回值的，想来是因为构造方法都没有返回值，所以让编译器在编译时处理进而方便开发人员，也略微减小了 java 源文件的大小。

9.3、属性表集合

属性表计数器 [00,01] 表示这里有 1 个属性，属性名称 [00,09] 指向第 9 个常量 Code，说明此属性是方法的字节码描述。

对于每个属性，它的名称需要从常量池中引用一个 Utf8 类型，如这里的 [00,09] 引用的 Code。而属性值的结构是完全自定义的，只需要通过一个 u4 的长度属性来说明属性值所占用的位数即可。

这里 [00,00,00,1d] 表示，后面 29 个字节都是属性值。

9.4、另一个方法

前面 9.2 和 9.3 加在一起，翻译完了默认的构造方法。下面快速翻译一下另一个方法。

方法2：access_flags[00,01] –> public，name_index[00,0b] –> 常量11 –> add，descriptor[00,0c] –> 常量12 –> ()I。最终得到的结果是。

属性表计数器 [00,01]，属性名称 [00,09] –> Code，属性值长度 [00,00,00,1f] –> 31。

10、附加属性集合

方发表结合之后，就剩最后一部分附加属性集合了。

附加属性计数器 [00,01] 表示这里只有一个附加属性。接下来是一个 u2 类型的数据 [00,0d] –> 常量13 –> SourceFile，SourceFile 属性的结构为 u2(attribute_name_index) + u4(attribute_length) + u2(sourcefile_index)，第一个 u2 已经翻译了是 SourceFile，第二个 u4[00,00,00,02] 表示长度是 2，第三个 u2[00,0e] –> 常量14 –> Test.java。

11、总结

最后贴一张图，总结以上的翻译过程：

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