Class文件詳解(二)

前情回顧

在上一章我們介紹了jvm、class文件和class文件中的魔數、版本號和常量池計數值(見Class文件結構(一))。本章我們來具體介紹常量池。

 

class文件特殊字符串

在介紹常量池之前，我們得先介紹一下在class文件中出場率較高的一些特殊字符串。

1、簡單名稱

沒有類型和參數修飾的方法或字段名稱

2、全限定名

假設一個類的全名是com.example.demo,那麼它在class文件中的全限定名就是將"."替換爲"/"。例如Object的類全名爲java.lang.Object,那麼它的全限定名就是java/lang/Object

3、描述符

描述符得分爲3種類型的描述符

(1)基本類型的描述符

基本數據類型和void類型	類型對應字符
byte	B
char	C
double	D
float	F
int	I
long	J
short	S
boolean	Z
void	V

只要記住除了long對應J和boolean對應Z以外，其他都是對應自己的大寫字母

(2)引用類型(類和接口)的描述符

"L"+類型低的全限定名+";"

比如Object的描述符是

Ljava/lang/Object;

com.example.demo對應的就是

Lcom/example/demo;

(3)數組類型的描述符

數組類型中的每一個維度都用一個"["表示,因此整個類型對應字符串就是

若干個"["+數組中元素類型對應的字符串

比如Object[][]的描述符是

[[Ljava/lang/Object;

(4)方法描述符

格式：

(參數類型1參數類型2...)返回值類型

方法描述符	方法聲明
()I	int getSize()
()Ljava/lang/String;	String toString()
([Ljava/lang/String;)V	void  main(String[] args)
([BII)I	int  read(byte[]  b,int  off,int  len)

---

常量池

常量池是Class文件中的資源倉庫，主要存放兩大類常量，分別是字面量和符號引用。字面量大家可以類比爲Java語言層面的常量,而符號引用則包括下面三類常量：

• 類和接口的全限定名
• 字段的名稱和描述符
• 方法的名稱和描述符

                                         

類型	名稱	數量
u2	constant_pool_count	1
cp_info	constant_pool	constant_pool_count-1

如上表所示，常量池由一個無符號數和一張表組成。無符號數constant_pool_count代表常量池容量計數值，是常量池入口參數，由於該數是從1開始計數，因此常量池實際數量是該數-1。接下來的就是常量池中的具體數據項了。

常量池的項目類型

類型	標誌	描述
CONSTANT_Utf8_info	1	UTF-8編碼的字符串
CONSTANT_Integer_info	3	整型字面量
CONSTANT_Float_info	4	浮點型字面量
CONSTANT_Long_info	5	長整型字面量
CONSTANT_Double_info	6	雙精度浮點型字面量
CONSTANT_Class_info	7	類或接口的符號引用
CONSTANT_String_info	8	字符串類型字面量
CONSTANT_Fieldref_info	9	字段的符號引用
CONSTANT_Methodref_info	10	類中方法的的符號引用
CONSTANT_InterfaceMethodref_info	11	接口中方法的符號引用
CONSTANT_NameAndType_info	12	字段或方法的部分符號引用
CONSTANT_MethodHandle_info	15	表示方法句柄
CONSTANT_MethodType_info	16	標識方法句柄
CONSTANT_InvokeDynamic_info	18	表示一個動態方法調用點

上表中表示了常量池中的14種不同類型的常量，這十四種常量各自都有自己的結構。

---

CONSTANT_Utf8_info的結構：

CONSTANT_Utf8_info的結構

類型	名稱	數量
u1	tag	1
u2	length	1
u1	bytes	length

tag是標誌位，用於標誌該常量的類型，比如該常量爲CONSTANT_Utf8_info，它的tag值就爲1，CONSTANT_Class_info就爲7。

length表明該字符串的長度是多少字節，而length字節後的連續數據是一個字符串。下面給出一個實例說明該常量的結構。

Comments.java

package com.zust.bean;

public class Comments {
    private String comments_no;
    private String comments_name;
    private String comments_context;
    private String news_no;

    public String getComments_name() {
        return comments_name;
    }

    public void setComments_name(String comments_name) {
        this.comments_name = comments_name;
    }

    public String getComments_context() {
        return comments_context;
    }

    public void setComments_context(String comments_context) {
        this.comments_context = comments_context;
    }

    public String getNews_no() {
        return news_no;
    }

    public void setNews_no(String news_no) {
        this.news_no = news_no;
    }

    public String getComments_no() {
        return comments_no;
    }

    public void setComments_no(String comments_no) {
        this.comments_no = comments_no;
    }
}

用winhex打開Comments.class

第9個和第10個字節說明常量池中有38個常量，我們從第11個字節開始，這個字節是07,表明這個常量是CONSTANT_Class_info,這個類型的常量有3個字節，我們先跳過這個常量(因爲還沒介紹過它的結構QAQ),我們來到第14個字節，它是01，表明這個常量是CONSTANT_Utf8_info,接下來的2個字節是00 16說明它的長度是22，於是我們可以確定從第17個字節開始到第38個字節中儲存的是我們想要的字符串。

這裏用藍色字符標記了第17-38的字節，我們在右側可以看到這個字符串是com/zust/bean/Comments,是這個類的全限定名,可以驗證上述推論是正確的。

---

下面我們介紹一個符號引用的常量：

CONSTANT_Class_info結構：

CONSTANT_Class_info型常量的結構

類型	名稱	數量
u1	tag	1
u2	name_index	1

tag和CONSTANT_Utf8_info中的一樣都是標誌位。name_index是一個索引值，表示指向常量池中的第幾個常量，由於當前常量是類或接口的符號引用，所以name_index是指向一個字符串，而常量池中存放字符串的就是CONSTANT_Utf8_info,所以這裏的name_index實際上就是指向CONSTANT_Utf8_info的。

下面我們用一個專門分析Class文件字節碼的工具javap來分析上文中的Comments.class。

我們敲入javap -verbose Comments.class命令，得到以下內容，下面只截取了部分需要用到的。

 Last modified 2019-7-4; size 1166 bytes
  MD5 checksum f7b9e128edcf563d8216d36602fda343
  Compiled from "Comments.java"
public class com.zust.bean.Comments
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
   #1 = Class              #2             // com/zust/bean/Comments
   #2 = Utf8               com/zust/bean/Comments
   #3 = Class              #4             // java/lang/Object
   #4 = Utf8               java/lang/Object
   #5 = Utf8               comments_no
   #6 = Utf8               Ljava/lang/String;
   #7 = Utf8               comments_name
   #8 = Utf8               comments_context
   #9 = Utf8               news_no
  #10 = Utf8               <init>
  #11 = Utf8               ()V
  #12 = Utf8               Code
  #13 = Methodref          #3.#14         // java/lang/Object."<init>":()V
  #14 = NameAndType        #10:#11        // "<init>":()V
  #15 = Utf8               LineNumberTable
  #16 = Utf8               LocalVariableTable
  #17 = Utf8               this
  #18 = Utf8               Lcom/zust/bean/Comments;
  #19 = Utf8               getComments_name
  #20 = Utf8               ()Ljava/lang/String;
  #21 = Fieldref           #1.#22         // com/zust/bean/Comments.comments_name:Ljava/lang/String;
  #22 = NameAndType        #7:#6          // comments_name:Ljava/lang/String;
  #23 = Utf8               setComments_name
  #24 = Utf8               (Ljava/lang/String;)V
  #25 = Utf8               getComments_context
  #26 = Fieldref           #1.#27         // com/zust/bean/Comments.comments_context:Ljava/lang/String;
  #27 = NameAndType        #8:#6          // comments_context:Ljava/lang/String;
  #28 = Utf8               setComments_context
  #29 = Utf8               getNews_no
  #30 = Fieldref           #1.#31         // com/zust/bean/Comments.news_no:Ljava/lang/String;
  #31 = NameAndType        #9:#6          // news_no:Ljava/lang/String;
  #32 = Utf8               setNews_no
  #33 = Utf8               getComments_no
  #34 = Fieldref           #1.#35         // com/zust/bean/Comments.comments_no:Ljava/lang/String;
  #35 = NameAndType        #5:#6          // comments_no:Ljava/lang/String;
  #36 = Utf8               setComments_no
  #37 = Utf8               SourceFile
  #38 = Utf8               Comments.java

前情回顧

在上一章我們介紹了jvm、class文件和class文件中的魔數、版本號和常量池計數值。本章我們來具體介紹常量池。

 

class文件特殊字符串

在介紹常量池之前，我們得先介紹一下在class文件中出場率較高的一些特殊字符串。

1、簡單名稱

沒有類型和參水修飾的方法或字段名稱

2、全限定名

假設一個類的全名是com.example.demo,那麼它在class文件中的全限定名就是將"."替換爲"/"。例如Object的類全名爲java.lang.Object,那麼它的全限定名就是java/lang/Object

3、描述符

描述符得分爲3種類型的描述符

(1)基本類型的描述符

基本數據類型和void類型	類型對應字符
byte	B
char	C
double	D
float	F
int	I
long	J
short	S
boolean	Z
void	V

只要記住除了long對應J和boolean對應Z以外，其他都是對應自己的大寫字母

(2)引用類型(類和接口)的描述符

"L"+類型低的全限定名+";"

比如Object的描述符是

Ljava/lang/Object;

com.example.demo對應的就是

Lcom/example/demo;

(3)數組類型的描述符

數組類型中的每一個維度都用一個"["表示,因此整個類型對應字符串就是

若干個"["+數組中元素類型對應的字符串

比如Object[][]的描述符是

[[Ljava/lang/Object;

(4)方法描述符

格式：

(參數類型1參數類型2...)返回值類型

方法描述符	方法聲明
()I	int getSize()
()Ljava/lang/String;	String toString()
([Ljava/lang/String;)V	void  main(String[] args)
([BII)I	int  read(byte[]  b,int  off,int  len)

---

常量池

常量池是Class文件中的資源倉庫，主要存放兩大類常量，分別是字面量和符號引用。字面量大家可以類比爲Java語言層面的常量,而符號引用則包括下面三類常量：

• 類和接口的全限定名
• 字段的名稱和描述符
• 方法的名稱和描述符

                                         

類型	名稱	數量
u2	constant_pool_count	1
cp_info	constant_pool	constant_pool_count-1

如上表所示，常量池由一個無符號數和一張表組成。無符號數constant_pool_count代表常量池容量計數值，是常量池入口參數，由於該數是從1開始計數，因此常量池實際數量是該數-1。接下來的就是常量池中的具體數據項了。

常量池的項目類型

類型	標誌	描述
CONSTANT_Utf8_info	1	UTF-8編碼的字符串
CONSTANT_Integer_info	3	整型字面量
CONSTANT_Float_info	4	浮點型字面量
CONSTANT_Long_info	5	長整型字面量
CONSTANT_Double_info	6	雙精度浮點型字面量
CONSTANT_Class_info	7	類或接口的符號引用
CONSTANT_String_info	8	字符串類型字面量
CONSTANT_Fieldref_info	9	字段的符號引用
CONSTANT_Methodref_info	10	類中方法的的符號引用
CONSTANT_InterfaceMethodref_info	11	接口中方法的符號引用
CONSTANT_NameAndType_info	12	字段或方法的部分符號引用
CONSTANT_MethodHandle_info	15	表示方法句柄
CONSTANT_MethodType_info	16	標識方法句柄
CONSTANT_InvokeDynamic_info	18	表示一個動態方法調用點

上表中表示了常量池中的14種不同類型的常量，這十四種常量各自都有自己的結構。

---

CONSTANT_Utf8_info的結構：

CONSTANT_Utf8_info的結構

類型	名稱	數量
u1	tag	1
u2	length	1
u1	bytes	length

tag是標誌位，用於標誌該常量的類型，比如該常量爲CONSTANT_Utf8_info，它的tag值就爲1，CONSTANT_Class_info就爲7。

length表明該字符串的長度是多少字節，而length字節後的連續數據是一個字符串。下面給出一個實例說明該常量的結構。

Comments.java

package com.zust.bean;

public class Comments {
    private String comments_no;
    private String comments_name;
    private String comments_context;
    private String news_no;

    public String getComments_name() {
        return comments_name;
    }

    public void setComments_name(String comments_name) {
        this.comments_name = comments_name;
    }

    public String getComments_context() {
        return comments_context;
    }

    public void setComments_context(String comments_context) {
        this.comments_context = comments_context;
    }

    public String getNews_no() {
        return news_no;
    }

    public void setNews_no(String news_no) {
        this.news_no = news_no;
    }

    public String getComments_no() {
        return comments_no;
    }

    public void setComments_no(String comments_no) {
        this.comments_no = comments_no;
    }
}

用winhex打開Comments.class

第9個和第10個字節說明常量池中有38個常量，我們從第11個字節開始，這個字節是07,表明這個常量是CONSTANT_Class_info,這個類型的常量有3個字節，我們先跳過這個常量(因爲還沒介紹過它的結構QAQ),我們來到第14個字節，它是01，表明這個常量是CONSTANT_Utf8_info,接下來的2個字節是00 16說明它的長度是22，於是我們可以確定從第17個字節開始到第38個字節中儲存的是我們想要的字符串。

這裏用藍色字符標記了第17-38的字節，我們在右側可以看到這個字符串是com/zust/bean/Comments,是這個類的全限定名,可以驗證上述推論是正確的。

---

下面我們介紹一個符號引用的常量：

CONSTANT_Class_info結構：

CONSTANT_Class_info型常量的結構

類型	名稱	數量
u1	tag	1
u2	name_index	1

tag和CONSTANT_Utf8_info中的一樣都是標誌位。name_index是一個索引值，表示指向常量池中的第幾個常量，由於當前常量是類或接口的符號引用，所以name_index是指向一個字符串，而常量池中存放字符串的就是CONSTANT_Utf8_info,所以這裏的name_index實際上就是指向CONSTANT_Utf8_info的。

下面我們用一個專門分析Class文件字節碼的工具javap來分析上文中的Comments.class。

我們敲入javap -verbose Comments.class命令，得到以下內容，下面只截取了部分需要用到的。

 

 Last modified 2019-7-4; size 1166 bytes
  MD5 checksum f7b9e128edcf563d8216d36602fda343
  Compiled from "Comments.java"
public class com.zust.bean.Comments
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
   #1 = Class              #2             // com/zust/bean/Comments
   #2 = Utf8               com/zust/bean/Comments
   #3 = Class              #4             // java/lang/Object
   #4 = Utf8               java/lang/Object
   #5 = Utf8               comments_no
   #6 = Utf8               Ljava/lang/String;
   #7 = Utf8               comments_name
   #8 = Utf8               comments_context
   #9 = Utf8               news_no
  #10 = Utf8               <init>
  #11 = Utf8               ()V
  #12 = Utf8               Code
  #13 = Methodref          #3.#14         // java/lang/Object."<init>":()V
  #14 = NameAndType        #10:#11        // "<init>":()V
  #15 = Utf8               LineNumberTable
  #16 = Utf8               LocalVariableTable
  #17 = Utf8               this
  #18 = Utf8               Lcom/zust/bean/Comments;
  #19 = Utf8               getComments_name
  #20 = Utf8               ()Ljava/lang/String;
  #21 = Fieldref           #1.#22         // com/zust/bean/Comments.comments_name:Ljava/lang/String;
  #22 = NameAndType        #7:#6          // comments_name:Ljava/lang/String;
  #23 = Utf8               setComments_name
  #24 = Utf8               (Ljava/lang/String;)V
  #25 = Utf8               getComments_context
  #26 = Fieldref           #1.#27         // com/zust/bean/Comments.comments_context:Ljava/lang/String;
  #27 = NameAndType        #8:#6          // comments_context:Ljava/lang/String;
  #28 = Utf8               setComments_context
  #29 = Utf8               getNews_no
  #30 = Fieldref           #1.#31         // com/zust/bean/Comments.news_no:Ljava/lang/String;
  #31 = NameAndType        #9:#6          // news_no:Ljava/lang/String;
  #32 = Utf8               setNews_no
  #33 = Utf8               getComments_no
  #34 = Fieldref           #1.#35         // com/zust/bean/Comments.comments_no:Ljava/lang/String;
  #35 = NameAndType        #5:#6          // comments_no:Ljava/lang/String;
  #36 = Utf8               setComments_no
  #37 = Utf8               SourceFile
  #38 = Utf8               Comments.java

                                                                                          圖(一)

 

                                                                             圖(二)

圖(一)和圖(二)中的#+數字代表第幾個常量，我們可以看到第一個常量是Class,是類的符號引用，字節是 07 00 02,意爲指向第二個常量，因此在圖(一)中後方會跟上一個#2,後面的註釋就是它指向的字符串的字面量。第二個常量是utf8類型，圖二中用#2標註了出來。第三個依然是Class類型，07 00 04,指向第四個常量，第四個是utf8...，依此類推即可。

---

常量池中的常量類型我們已經介紹了兩個，其餘的類型我們皆可通過類似的方法推算，不再詳述，下面給出常量池中的14種常量項的結構總表。

 

 

總結

本章詳述了Class文件中常用的特殊字符串、常量池中的兩類數據項CONSTANT_utf8_info和CONSTANT_Class_info。下篇博客我們將講述Class文件的訪問標誌，類索引、父類索引和接口索引。