深入理解Java Class文件格式(七) 原

本專欄列前面的一系列博客, 對Class文件中的一部分數據項進行了介紹。 本文將會繼續介紹class文件中未講解的信息。 先回顧一下上面一篇文章。 在上一篇博客中, 我們介紹了:

this_class    對當前類的描述
super_class    對當前類的超類的描述
interfaces_count    當前類直接實現的接口的數量或當前接口直接繼承的接口的數量
interfaces  對當前類或當前接口直接實現或繼承的所有接口的描述
 

下面繼續介紹class文件中的其他信息。

class文件中的fields_count和fields

fields_count描述的是當前的類中定義的字段的個數, 注意, 這裏包括靜態字段, 但不包括從父類繼承的字段。 如果當前class文件是由一個接口生成的, 那麼這裏的fields_count描述的是接口中定義的字段, 我們知道, 接口中定義的字段默認都是靜態的。此外要說明的是, 編譯器可能會自動生成字段, 也就是說, class文件中的字段的數量可能多於源文件中定義的字段的數量。 舉例來說, 編譯器會爲內部類增加一個字段, 這個字段是指向外圍類的對象的引用。
 
位於fields_count下面的數據叫做fields, 可以把它看做一個數組, 數組中的每一項是一個field_info 。這個數組中一共有fields_count個field_info , 每個field_info都是對一個字段的描述。 下面我們詳細講解field_info的結構。 每個field_info的結構如下:


(1)access_flags
 其中access_flags佔兩個字節, 描述的是字段的訪問標誌信息。 這裏就不在詳細介紹了, 下面給出一張表格(該表格來自《深入Java虛擬機》):   

標誌位名稱 含義 設定者
ACC_PUBLIC 0x0001 字段被設爲public  類和接口
ACC_PRIVATE 0x0002 字段被設爲private
ACC_PROTECTED 0x0004 字段被設爲protected
ACC_STATIC 0x0008 字段被設爲static 類和接口
ACC_FINAL  0x0010 字段被設爲final 類和接口
ACC_VOLATILE 0x0040 字段被設爲volatile
ACC_TRANSIENT 0x0080 字段被設爲transient

(2)name_index
access_flags下面的兩個字節是name_index, 這是一個指向常量池的索引, 它描述的是當前字段的字段名。 這個索引指向常量池中的一個CONSTANT_Utf8_info數據項。 這個CONSTANT_Utf8_info數據項中存放的字符串就是當前字段的字段名。 


(3)descriptor_index
name_index下面的兩個字節叫做descriptor_index , 它同樣是一個指向常量池的索引, 它描述的是當前字段的描述符。 這個索引指向常量池中的一個CONSTANT_Utf8_info數據項。 這個CONSTANT_Utf8_info數據項中存放的字符串就是當前字段的描述符(關於字段描述符, 在前面的博客中已經有過詳細的講解, 如果不明白, 請參考前面的博客:深入理解Java Class文件格式(二))。 


(4)attributes_count和attributes
descriptor_index 下面是attributes_count和attributes 。 這是對當前字段所具有的屬性的描述。 這裏的屬性和源文件中的屬性不是同一個概念, 在源文件測層面中, 屬性是字段的另一種叫法, 希望讀者不要疑惑。讀者也不要輕視class文件中的屬性, 這些屬性可以描述很多的信息。 我們會在後面的文章中進行介紹。 

attributes_count表示這個字段有幾個屬性。attributes 可以看成一個數組, 數組中的每一項都是一個attribute_info , 每個attribute_info 表示一個屬性, 數組中一共有attributes_count個屬性。可以出現在filed_info中的屬性有三種, 分別是ConstantValue, Deprecated, 和 Synthetic。 這些屬性會在後面的文章中進行介紹。


下面我們以代碼的形式進行解釋, 源碼如下:

package com.jg.zhang;
 
public class Programer extends Person{
 
    
    private Computer computer;
    
    public Programer(Computer computer){
        this.computer = computer;
    }
    
    public void doWork(){
        computer.calculate();
    }
}


反編譯之後, 常量池中會有如下信息(這裏省略了大部分無關信息):

Constant pool:
 
.........
.........
 
   #5 = Utf8               computer
   #6 = Utf8               Lcom/jg/zhang/Computer;
 
.........
.........
 
{
 
  private com.jg.zhang.Computer computer;
    flags: ACC_PRIVATE
 
.........
.........
 
}

從反編譯的結果可以看出, 源文件中定義了一個Computer類型的字段computer, 並且是private的。 然後常量池中有這個字段的字段名和描述符。 其中常量池第五項的CONSTANT_Utf8_info是字段名, 第六項的CONSTANT_Utf8_info是該字段的描述符。這裏有一點需要說明, 在反編譯Programer.class時,由於computer是私有的, 要加- private選項, 否則的話, 雖然常量池中有字段引用信息, 但是不會輸出字段信息, 即下面這兩行不會輸出:
  private com.jg.zhang.Computer computer;
    flags: ACC_PRIVATE

如果在javap中加入 - private選項, 那麼就會有上面兩行的輸出。 使用的命令如下:

      javap -c -v -private -classpath . com.jg.zhang.Programer

 根據反編譯的結果,可以下面給出示意圖, 該圖說明了與computer相對應的field_info是不合引用常量池的 ( 其中虛線範圍內表示常量池):

class文件中的methods_count和methods

fields下面的信息是methods_count和methods 。 methods_count描述的是當前的類中定義的方法的個數, 注意, 這裏包括靜態方法, 但不包括從父類繼承的方法。 如果當前class文件是由一個接口生成的, 那麼這裏的methods_count描述的是接口中定義的抽象方法的數量, 我們知道, 接口中定義的方法默認都是公有的。此外需要說明的是, 編譯器可能會在編譯時向class文件增加額外的方法, 也就是說, class文件中的方法的數量可能多於源文件中由用戶定義的方法。 舉例來說: 如果當前類沒有定義構造方法, 那麼編譯器會增加一個無參數的構造函數<init>; 如果當前類或接口中定義了靜態變量, 並且使用初始化表達式爲其賦值, 或者定義了static靜態代碼塊, 那麼編譯器在編譯的時候會默認增加一個靜態初始化方法<clinit> 。 
 
位於methods_count下面的數據叫做methods , 可以把它看做一個數組, 數組中的每一項是一個method_info 。這個數組中一共有methods_count個method_info , 每個method_info 都是對一個方法的描述。 下面我們詳細講解method_info 的結構。 每個method_info 的結構如下, 幾乎和field_info的結構是一樣的:


(1)access_flags
 其中access_flags佔兩個字節, 描述的是方法的訪問標誌信息。 這裏就不在詳細介紹了, 下面給出一張表格(該表格來自《深入Java虛擬機》):    

標誌位名稱 標誌值 設定含義 設定者
ACC_PUBLIC 0x0001  方法設爲public   類和接口
ACC_PRIVATE  0x0002 方法設爲private
ACC_PROTECTED 0x0004 方法設爲protected
ACC_STATIC 0x0008  方法設爲static
ACC_FINAL 0x0010 方法設爲final
ACC_SYNCHRONIZED  0x0020  方法設爲sychronized
ACC_NATIVE 0x0100 方法設爲native
ACC_ABSTRACT  0x0400 方法設爲abstract  類和接口
ACC_STRICT  0x0800 方法設爲strictFP 類和接口的<clinit>方法


(2)name_index
access_flags下面的兩個字節是name_index, 這是一個指向常量池的索引, 它描述的是當前方法的方法名。 這個索引指向常量池中的一個CONSTANT_Utf8_info數據項。 這個CONSTANT_Utf8_info數據項中存放的字符串就是當前方法的方法名。 


(3)descriptor_index
name_index下面的兩個字節叫做descriptor_index , 它同樣是一個指向常量池的索引, 它描述的是當前方法的描述符。 這個索引指向常量池中的一個CONSTANT_Utf8_info數據項。 這個CONSTANT_Utf8_info數據項中存放的字符串就是當前方法的描述符(關於方法描述符, 在前面的博客中已經有過詳細的講解, 如果不明白, 請參考前面的博客: 深入理解Java Class文件格式(二))。 


(4)attributes_count和attributes
descriptor_index 下面是attributes_count和attributes 。 這是對當前方法所具有的屬性的描述。 這裏的屬性和源文件中的屬性不是同一個概念, 在源文件測層面中, 屬性是字段的另一種叫法, 希望讀者不要疑惑。讀者也不要輕視class文件中的屬性, 這些屬性可以描述很多的信息。 我們會在後面的文章中進行介紹。 

attributes_count表示這個字段有幾個屬性。attributes 可以看成一個數組, 數組中的每一項都是一個attribute_info , 每個attribute_info 表示一個屬性, 數組中一共有attributes_count個屬性。可以出現在method_info 中的屬性有三種, 分別是Code, Deprecated, Exceptions 和Synthetic。 在這幾個屬性中, 尤其是Code和Exceptions 非常重要, 這兩個屬性對於在class文件中完整描述一個方法起着至關重要的作用, 其中Code屬性中存放方法的字節面指令,Exceptions 屬性是對方法聲明中拋出的異常的描述 。 這兩屬性以及其他一些屬性, 會在下一篇文章中詳細介紹, 敬請關注。


介紹完了每個method_info的結構, 下面我們以代碼來說明, 還是使用上面的源碼:

package com.jg.zhang;
 
public class Programer extends Person{
 
    
    private Computer computer;
    
    public Programer(Computer computer){
        this.computer = computer;
    }
    
    public void doWork(){
        computer.calculate();
    }
}

反編譯之後, 常量池中會有如下信息(這裏省略了大部分無關信息):

Constant pool:
 
.........
 
   #7 = Utf8               <init>
   #8 = Utf8               (Lcom/jg/zhang/Computer;)V
 
.........
 
  #12 = Utf8               ()V
 
.........
 
  #19 = Utf8               doWork
 
{
 
.........
 
  public com.jg.zhang.Programer(com.jg.zhang.Computer);
    flags: ACC_PUBLIC
 
.........
 
  public void doWork();
    flags: ACC_PUBLIC
 
.........
}

由反編譯結果可以看出, 該類中定義了兩個方法, 其中一個是構造方法, 一個是doWork方法, 且這兩個方法都是public的。 這兩個方法的描述信息都存放在常量池。 其中第7項的CONSTANT_Utf8_info爲構造方法的方法名, 第8項的CONSTANT_Utf8_info爲構造方法的方法描述符, 第19項的CONSTANT_Utf8_info爲doWork方法的方法名, 第12項的CONSTANT_Utf8_info爲doWork方法的方法描述符。 

根據常量池中的信息, 可以得出如下的示意圖, 該示意圖形象的說明了class文件中的method_info是如何引用常量池中的數據項來描述當前類中定義的方法的。 圖中虛線範圍內表示常量池所在的區域:

總結

到此爲止, 我們就介紹完了class文件中的fields和methods, 進行一下總結。 

 fields是對當前類中定義的字段的描述, 其中每個字段使用一個field_info表示, fields中有fields_count個field_info。

methods是對當前類或者接口中聲明的方法的描述, 其中每個方法使用一個method_info表示, methods中有methods_count個method_info。 

在下一篇博客中, 將會介紹class文件中的各個屬性, 敬請關注。

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