高强度学习训练第十天总结:Class文件

2019-09-30 06:55:40来源:博客园 阅读 ()

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高强度学习训练第十天总结:Class文件

今天这Class文件看的我一脸懵圈。有种当初学PE时候的感觉了。

类文件结构

如果计算机的CPU指令集只有X86一种,操作系统也只有windows,那也许Java语言就不会出现。Java在诞生之初就提出一个非常著名的口号:一次编写到处运行。

class文件的结构

Class文件是一组以8位字节为基础的二进制流,各个数据项目严格按照顺序紧凑地排列到Class文件中,中间没有添加任何分隔符,这使得整个Class文件种存储的内容几乎全部是程序与小的必要数据,没有空隙存在。当遇到需要占用8位字节以上的数据项时,则会按照高位在前低位在后的方式分割成若干个8位字节。
如果有做过逆向工程的朋友可能会知道,windows是小端存储,也就是高位在后,低位在前。
根据Java虚拟机规范的规定,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,这种伪结构中只有俩种数据类型:无符号数和表,后面的解析都要以这俩种类型为基础,所以这里要先介绍这俩个概念。

无符号数属于基本的数据类型,以u1,u2,u4,u8来分别表示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。

表是有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,所有表都习惯性的以“_info”结尾。表用于描述有层次关系的复合结构的数据,整个Class文件在本质上就是一张表,它由表6-1所示的数据项组成。

类型 名称 数量
u4 magic 1
u2 minor_version 1
u2 major_version 1
u2 constant_pool_count 1
cp_info constant_pool constant_pool_count-1
u2 access_flags 1
u2 this_class 1
u2 super_class 1
u2 interfaces_count 1
u2 interfaces interfaces_count
u2 fields_count 1
field_info fields fields_count
u2 methods methods_count
method_info methods methods_count
u2 attributes_count 1
attribute_info attributes attributes_count

无论是无符号数还是表,当需要描述同一类型但数量不定的多个数据时,经常会使用一个前置的容量计数器加若干个连续的数据项的格式,这时称这一些列连续的某一类型的数据为某一类型的集合。

魔术与class文件的版本

每个class文件的头4个字节都叫魔数
如下所示

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。很多文件存储标准中都使用魔数来进行身份识别。
紧跟着4个字节存储的是Class文件的版本号:第5和第6字节是次版本号,第7第8个字节是是主版本号。
Java版本号是从4,5开始的,JDK1.1以后的每个JDK大致版本都+1.高版本的JDK能向下兼容以前的Class文件,但不能运行以后版本的Class文件。

常量池

紧接着主版本号之后的是常量池入口,常量池可以理解为Class文件中的资源仓库,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。同时也是在Class文件中第一个出现的表类型数据项目。
由于常量池中常量的数量是不固定的,所以在常量池入口需要放置一项u2类型的数据,代表常量池容量计数器。与Java中语言习惯不一样的是,这个容量是从1开始的。

常量池中主要存放俩大类常量:字面量和符号引用,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。而符号引用则属于编译原理方面的概念,包含了下面三类常量:

  • 类和接口的全限定名。
  • 字段的名称和描述符
  • 方法的名称和描述符
    Java代码在进行Javac编译的时候,并不像C和C++那样有“连接”这一步骤,而是在虚拟机加载Class文件的时候进行动态链接。也就是说,在Class文件中不会保存各个方法、字段的最终布局信息,因此这些字段、方法的符号引用不经过运行期转化的话无法得到真正的内存入口地址,也就无法直接被虚拟机使用。当虚拟机运行时,需要从常量池获得对应的符号引用,再在类创建的时候或运行时解析、翻译到具体的内存之中。
    常量池中每一项常量都是一个表,

Javap

Oracle公司已经为我们准备好一个专门用于分析class文件字节码的工具:javap,


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