class文件格式解析

什么是class文件

当我们写个开发一个java程序后，通过通过javac(编译工具)将其编译成.class格式的字节码文件，在交给JVM通过字节码解释器或JIT即时编辑器混合执行,class文件其实就是一个二进制字节流文件，他有固定的格式。下面我们来详细介绍一个class文件的格式与组成。

编写一个简单的java类文件

这里我们写一个简单的java类，没有加构造方法。

生成class文件

通过javac工具生成class文件，通过相关反编译工具我们可以看到class文件会自动增加一个无参构造方法。

查看16进制的class文件

利用sublinetext文本工具或者idea的插件bined 可以查看class字节码文件，如下图所示：

class文件组成

下图为class文件的组成部分。注:U代表无符号数，2代表占位两个字节。info为一个数据集合

下图为对上图每个构成部分的解释。

通过以上的组成我们来分析一下我们生成的class文件。
1.magic number
文件头4个字节定义的一个class文件的标准格式符，非该格式的文件将不被jvm识别为class文件。的cafebabe(可以理解为咖啡宝贝)也可能是java之父的低级乐趣。

2.minor_version
占位两个字节，代表的是编译class文件的jdk的次要版本号，我们可以看到该class文件的小版本号为0

3.major_version
占位两个字节，代表的是编译class文件的jdk的主要版本号，我们可以看到该class文件的大版本号16进制是34(十进制是52)
由于我的本地环境是1.8版本，所以我们得知1.8版本在class文件标识的是52，

次要本号和主要版本号共同协定了class文件格式的版本，组合在一起(majornminor) ，所以我们编译生成的class文件的jdk版本为52.0
对于主要版本和次要版本，java虚拟机说明文档中有详细的介绍。
主要版本不同的jdk版本的版本号不同，同时jvm虚拟机高版本支持低版本jdk编译的class文件解析和执行。低版本不支持高版本jdk编译的class文件解析和执行。具体各个版本的在class文件中的主要版本号如下图所示：

次要版本取值范围对于jdk版本有写区别，jdk1.0.1(主要版本45)范围为[0-3],在jdk1.2(主要版本45)范围为[0-65535],在jdk1.2以后的版本(46-55)唯一支持的次要版本是0，jdk12以后支持的次要版本只能是0和65535。

4.constant_pool_count
占位2个字节，标识该class文件常量池中的数量，该class文件的常量池中的常量数量为16个，但实际上常量池中的索引是从[1-(constant_pool_count-1)]。

5.constant_pool
常量池集合，该内容是整个class文件的重中之重。各个字符串常量、类名、接口名称、字段名称、方法名称，以及classFile结构以及字结构中引用的其他常量都在这个集合中标识。常量池中每个条目的结构如下：

集合中每个条目的格式有第一个字节来标识(目前理解为标签)。每个标识后面跟着两个或者更多字节提供特定常量的信息，下图为常量池支持的常量格式类型。

我们已测试class文件为例。常量池中第一个条目的tag(标签)为0A(十进制为10)，在上图中找tag为10的常量类型。

tag为10的是CONSTANT_Methodref_info，该常量信息指向常量池中索引标记分别为03和13的常量条目，我们来看一下第一个条目指向的第三个常量池索引中的内容

常量池中第一个条目指向的第三个条目中的标签为07，常量标签为07，对应的是类型为CONSTANT_Class_Info,对应指向的是索引下表为15的常量条目，我们以此类推找到第15个条目，看一下第15个条目的内容

条目15的标签类型为01，对应的类型为CONSTANT_Utf8_info,该条目类型比较特殊。内容有两部分，u2(无符号整数两个字节)代表该条目字节长度。后面为具体条目内容，我们可以看到第15个条目的长度为15个字节，将其转换成utf-8的字符串内容为 “java/lang/Object”。
每个常量类型的格式都不相同，为了更好的区分，我将jvm中最权威的介绍引入此，大家感兴趣可以查看jvm文档(jdk19)，链接如下：
https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se19/html/jvms-4.html#jvms-4.4.1
6.access_flags
标识该class的访问修饰符，占位两个字节，该字段是按位标识的，每一位代表一个修饰标志(可以有多个修饰标志)，对于该字段jvm也有明确的规则，如下图所示：

我们在看我们的class文件中access_flags标志位的内容，0021代表该类标志为ACC_PUBLIC，ACC_SUPER,说明该类是可以从保外访问的，并且在可以调用超类方法做处理。如下所示：
7.this_class
两个字节，标识的是该类的全限定名，该信息也标志在常量池中，此处标记的是常量池中的条目下标。此处不多赘述，大家可以参考上述查看常量池信息的步骤进行查阅。

8.super_class
两个字节，标识的是父类的全限定名，该信息也标志在常量池中，此处标记的是常量池中的条目下标。此处不多赘述，大家可以参考上述查看常量池信息的步骤进行查阅，有次我们可以看到为什么java对于父类来说是单继承的关系了。

9.interfaces_count
代表该类实现的接口的数量，两个字节。从该信息我们可以看出，一个类可以实现的接口最多为2^16-1个。
该class文件中实现的接口为0个。对于实现了接口的情况。我们抽时间会对次进行详细说明。

10.interfaces
class实现的接口的全限定名，该信息也标志在常量池中，u2*interfaces_count个字节。此处标识的是常量池中的条目下标。
11.fields_count
class的成员变量数量，两个字节，从该信息中我们可以看到，一个类最多可以有2^16-1个成员变量。
该class的成员变量为0个。对于成员变量的情况。我们抽时间会对次进行详细说明。

12.fields
class类中成员变量信息。结构如下：

13.methods_count
class类中方法的数量，两个字节标识，由此我们可以看到一个类的方法最多也是2^16-1个。

14.methods_info
方法的详细信息，此信息的结构如下。

在method_info中的7个属性对于classJava虚拟机正确解释文件至关重要。

15.attributes_count
class中额外属性的数量，两个字节。
16.attributes_info 该机构可复用在fields_info methods_info 中的attibute_info信息中。
class中额外属性的信息，结构如下。

由于methods 和attributes 两处的结构较为复杂，此次现将整体结构展现给大家，后期再对此处做详细解析。