Java解析class_Class文件解析

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Class文件结构

整体结构

ClassFile {

u4 magic;

u2 minor_version;

u2 major_version;

u2 constant_pool_count;

cp_info constant_pool[constant_pool_count-1];

u2 access_flags;

u2 this_class;

u2 super_class;

u2 interfaces_count;

u2 interfaces[interfaces_count];

u2 fields_count;

field_info fields[fields_count];

u2 methods_count;

method_info methods[methods_count];

u2 attributes_count;

attribute_info attributes[attributes_count];

}

从结构上看可以分为几大块 文件头、常量池、接口、字段、函数、属性

文件头

u4 magic; //固定值 0xCAFEBABE

u2 minor_version;

u2 major_version;

u2 access_flags; //访问修饰

u2 this_class; //类名 常量池下标

u2 super_class; //父类名 常量池下标 如果是0 就是java/lang/Object;

我把这几个描述了类基本信息的字段称为文件头

major_version.minor_version表示该class文件的版本号,由编译器版本决定，然而不同版本的虚拟机只会支持一定版本范围内的class文件，如果不在则会拒绝解析。

例如 openJDK中的实现

// Check version numbers - we check this even with verifier off

if (!is_supported_version(major_version, minor_version)) {

if (name == NULL) {

Exceptions::fthrow(

THREAD_AND_LOCATION,

vmSymbols::java_lang_UnsupportedClassVersionError(),

"Unsupported major.minor version %u.%u",

major_version,

minor_version);

}

常量池

常量池包含了class文件中使用到的例如 函数标识/类型信息/字符串等等，运行时加载到内存中形成运行时常量池

常量项中文件中使用变长结构描述

cp_info {

u1 tag; //表示常量的类型

u1 info[]; //具体常量的内容结构 不同类型常量有不同的结构

}

/*常量类型*/

Constant Type Value

CONSTANT_Class 7

CONSTANT_Fieldref 9

CONSTANT_Methodref 10

CONSTANT_InterfaceMethodref 11

CONSTANT_String 8

CONSTANT_Integer 3

CONSTANT_Float 4

CONSTANT_Long 5

CONSTANT_Double 6

CONSTANT_NameAndType 12

CONSTANT_Utf8 1

CONSTANT_MethodHandle 15

CONSTANT_MethodType 16

CONSTANT_InvokeDynamic 18

例如：Utf8_info常量,更多的可以查看规范

CONSTANT_Utf8_info {

u1 tag;

u2 length; //字符串长度

u1 bytes[length]; //字符串数据(utf-8编码)

}

解析常量池的时候要注意：常量池长度为 constant_pool_count -1 但是 下标从1开始

属性表

attribute_info {

u2 attribute_name_index;

u4 attribute_length;

u1 info[attribute_length];

}

属性项可以包含在class、method、field、code中，作为具体信息项

在class中可以描述文件信息，在method中可以描述字节码内容，函数栈信息，在code中可以描述行号等 所以attribute_info同样是具备不同类型的变长结构。但是attribute_info并没有tag这样的专门标记去标识类型，而是使用名字attribute_name。

//一部分Attribute Name

Attribute Section class file Java SE

ConstantValue §4.7.2 45.3 1.0.2

Code §4.7.3 45.3 1.0.2

StackMapTable §4.7.4 50.0 6

Exceptions §4.7.5 45.3 1.0.2

InnerClasses §4.7.6 45.3 1.1

//.......

Code_attribute结构

Code_attribute {

u2 attribute_name_index;

u4 attribute_length;

u2 max_stack; //最大栈深度

u2 max_locals; //局部变量数量

u4 code_length; //字节码内容长度

u1 code[code_length]; //字节码内容

u2 exception_table_length; //异常处理表 由try,catch/finaly 产生

{ u2 start_pc;

u2 end_pc;

u2 handler_pc;

u2 catch_type;

} exception_table[exception_table_length];

u2 attributes_count;

attribute_info attributes[attributes_count];

}

函数表/字段表

method_info {

u2 access_flags;

u2 name_index;

u2 descriptor_index;

u2 attributes_count;

//一定会包含一个code属性项

attribute_info attributes[attributes_count];

}

field_info {

u2 access_flags;

u2 name_index;

u2 descriptor_index;

u2 attributes_count;

attribute_info attributes[attributes_count];

}

可以看到函数/字段中的内容具体有属性来描述

字节码解析

对于class文件解析，我们最关心的可能就两个 常量池和字节码

一条字节码由操作码，操作数组成,不同的字节码操作数的长度/表示意义可能不一样，对着规范翻译就好

例如invokevirtual字节码就是 0xb6 u2 2字节的操作数在运行时指向的是一个instance method ref

参考文档

JVM规范-Class文件结构

JVM规范-字节码

本文代码

ClassParserDemo

原文链接:https://segmentfault.com/a/1190000020887540

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