深入理解Java Class文件格式（七）

2021-06-27 06:29:12

本专栏列前面的一系列博客，对Class文件中的一部分数据项进行了介绍。本文将会继续介绍class文件中未讲解的信息。先回顾一下上面一篇文章。在上一篇博客中，我们介绍了：

this_class 对当前类的描述
super_class 对当前类的超类的描述
interfaces_count 当前类直接实现的接口的数量或当前接口直接继承的接口的数量
interfaces 对当前类或当前接口直接实现或继承的所有接口的描述

详细信息请移步至上一篇博客深入理解Java Class文件格式（六）。更多关于Java Class文件和JVM的文章请关注我的专栏深入理解Java语言。

下面继续介绍class文件中的其他信息。

class文件中的fields_count和fields

fields_count描述的是当前的类中定义的字段的个数，注意，这里包括静态字段，但不包括从父类继承的字段。如果当前class文件是由一个接口生成的，那么这里的fields_count描述的是接口中定义的字段，我们知道，接口中定义的字段默认都是静态的。此外要说明的是，编译器可能会自动生成字段，也就是说， class文件中的字段的数量可能多于源文件中定义的字段的数量。举例来说，编译器会为内部类增加一个字段，这个字段是指向外围类的对象的引用。

位于fields_count下面的数据叫做fields，可以把它看做一个数组，数组中的每一项是一个field_info 。这个数组中一共有fields_count个field_info ，每个field_info都是对一个字段的描述。下面我们详细讲解field_info的结构。每个field_info的结构如下：

（1）access_flags

其中access_flags占两个字节，描述的是字段的访问标志信息。这里就不在详细介绍了，下面给出一张表格（该表格来自《深入Java虚拟机》）：

标志位名称	值	含义	设定者
ACC_PUBLIC	0x0001	字段被设为public	类和接口
ACC_PRIVATE	0x0002	字段被设为private	类
ACC_PROTECTED	0x0004	字段被设为protected	类
ACC_STATIC	0x0008	字段被设为static	类和接口
ACC_FINAL	0x0010	字段被设为final	类和接口
ACC_VOLATILE	0x0040	字段被设为volatile	类
ACC_TRANSIENT	0x0080	字段被设为transient	类

（2）name_index

access_flags下面的两个字节是name_index，这是一个指向常量池的索引，它描述的是当前字段的字段名。这个索引指向常量池中的一个CONSTANT_Utf8_info数据项。这个CONSTANT_Utf8_info数据项中存放的字符串就是当前字段的字段名。

（3）descriptor_index

name_index下面的两个字节叫做descriptor_index ，它同样是一个指向常量池的索引，它描述的是当前字段的描述符。这个索引指向常量池中的一个CONSTANT_Utf8_info数据项。这个CONSTANT_Utf8_info数据项中存放的字符串就是当前字段的描述符（关于字段描述符，在前面的博客中已经有过详细的讲解，如果不明白，请参考前面的博客：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 。这是对当前字段所具有的属性的描述。这里的属性和源文件中的属性不是同一个概念，在源文件测层面中，属性是字段的另一种叫法，希望读者不要疑惑。读者也不要轻视class文件中的属性，这些属性可以描述很多的信息。我们会在后面的文章中进行介绍。

attributes_count表示这个字段有几个属性。attributes 可以看成一个数组，数组中的每一项都是一个attribute_info ，每个attribute_info 表示一个属性，数组中一共有attributes_count个属性。可以出现在filed_info中的属性有三种，分别是ConstantValue， Deprecated，和 Synthetic。这些属性会在后面的文章中进行介绍。

下面我们以代码的形式进行解释，源码如下：

package com.jg.zhang;

public class Programer extends Person{

	
	private Computer computer;
	
	public Programer(Computer computer){
		this.computer = computer;
	}
	
	public void doWork(){
		computer.calculate();
	}
}

反编译之后，常量池中会有如下信息（这里省略了大部分无关信息）：

Constant pool:

.........
.........

   #5 = Utf8               computer
   #6 = Utf8               Lcom/jg/zhang/Computer;

.........
.........

{

  private com.jg.zhang.Computer computer;
    flags: ACC_PRIVATE

.........
.........

}

从反编译的结果可以看出，源文件中定义了一个Computer类型的字段computer，并且是private的。然后常量池中有这个字段的字段名和描述符。其中常量池第五项的CONSTANT_Utf8_info是字段名，第六项的CONSTANT_Utf8_info是该字段的描述符。这里有一点需要说明，在反编译Programer.class时，由于computer是私有的，要加- private选项，否则的话，虽然常量池中有字段引用信息，但是不会输出字段信息，即下面这两行不会输出：

  private com.jg.zhang.Computer computer;
    flags: ACC_PRIVATE

如果在javap中加入 - private选项，那么就会有上面两行的输出。使用的命令如下：

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

根据反编译的结果，可以下面给出示意图，该图说明了与computer相对应的field_info是不合引用常量池的（其中虚线范围内表示常量池）：

class文件中的methods_count和methods

fields下面的信息是methods_count和methods 。 methods_count描述的是当前的类中定义的方法的个数，注意，这里包括静态方法，但不包括从父类继承的方法。如果当前class文件是由一个接口生成的，那么这里的methods_count描述的是接口中定义的抽象方法的数量，我们知道，接口中定义的方法默认都是公有的。此外需要说明的是，编译器可能会在编译时向class文件增加额外的方法，也就是说， class文件中的方法的数量可能多于源文件中由用户定义的方法。举例来说：如果当前类没有定义构造方法，那么编译器会增加一个无参数的构造函数<init>；如果当前类或接口中定义了静态变量，并且使用初始化表达式为其赋值，或者定义了static静态代码块，那么编译器在编译的时候会默认增加一个静态初始化方法<clinit> 。

位于methods_count下面的数据叫做methods ，可以把它看做一个数组，数组中的每一项是一个method_info 。这个数组中一共有methods_count个method_info ，每个method_info 都是对一个方法的描述。下面我们详细讲解method_info 的结构。每个method_info 的结构如下，几乎和field_info的结构是一样的：

（1）access_flags

其中access_flags占两个字节，描述的是方法的访问标志信息。这里就不在详细介绍了，下面给出一张表格（该表格来自《深入Java虚拟机》）：

标志位名称	标志值	设定含义	设定者
ACC_PUBLIC	0x0001	方法设为public	类和接口
ACC_PRIVATE	0x0002	方法设为private	类
ACC_PROTECTED	0x0004	方法设为protected	类
ACC_STATIC	0x0008	方法设为static	类
ACC_FINAL	0x0010	方法设为final	类
ACC_SYNCHRONIZED	0x0020	方法设为sychronized	类
ACC_NATIVE	0x0100	方法设为native	类
ACC_ABSTRACT	0x0400	方法设为abstract	类和接口
ACC_STRICT	0x0800	方法设为strictFP	类和接口的<clinit>方法

（2）name_index

access_flags下面的两个字节是name_index，这是一个指向常量池的索引，它描述的是当前方法的方法名。这个索引指向常量池中的一个CONSTANT_Utf8_info数据项。这个CONSTANT_Utf8_info数据项中存放的字符串就是当前方法的方法名。

（3）descriptor_index

name_index下面的两个字节叫做descriptor_index ，它同样是一个指向常量池的索引，它描述的是当前方法的描述符。这个索引指向常量池中的一个CONSTANT_Utf8_info数据项。这个CONSTANT_Utf8_info数据项中存放的字符串就是当前方法的描述符（关于方法描述符，在前面的博客中已经有过详细的讲解，如果不明白，请参考前面的博客：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 。这是对当前方法所具有的属性的描述。这里的属性和源文件中的属性不是同一个概念，在源文件测层面中，属性是字段的另一种叫法，希望读者不要疑惑。读者也不要轻视class文件中的属性，这些属性可以描述很多的信息。我们会在后面的文章中进行介绍。

attributes_count表示这个字段有几个属性。attributes 可以看成一个数组，数组中的每一项都是一个attribute_info ，每个attribute_info 表示一个属性，数组中一共有attributes_count个属性。可以出现在method_info 中的属性有三种，分别是Code， Deprecated， Exceptions 和Synthetic。在这几个属性中，尤其是Code和Exceptions 非常重要，这两个属性对于在class文件中完整描述一个方法起着至关重要的作用，其中Code属性中存放方法的字节面指令，Exceptions 属性是对方法声明中抛出的异常的描述。这两属性以及其他一些属性，会在下一篇文章中详细介绍，敬请关注。

介绍完了每个method_info的结构，下面我们以代码来说明，还是使用上面的源码：

package com.jg.zhang;

public class Programer extends Person{

	
	private Computer computer;
	
	public Programer(Computer computer){
		this.computer = computer;
	}
	
	public void doWork(){
		computer.calculate();
	}
}

反编译之后，常量池中会有如下信息（这里省略了大部分无关信息）：

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

.........
}

由反编译结果可以看出，该类中定义了两个方法，其中一个是构造方法，一个是doWork方法，且这两个方法都是public的。这两个方法的描述信息都存放在常量池。其中第7项的CONSTANT_Utf8_info为构造方法的方法名，第8项的CONSTANT_Utf8_info为构造方法的方法描述符，第19项的CONSTANT_Utf8_info为doWork方法的方法名，第12项的CONSTANT_Utf8_info为doWork方法的方法描述符。

根据常量池中的信息，可以得出如下的示意图，该示意图形象的说明了class文件中的method_info是如何引用常量池中的数据项来描述当前类中定义的方法的。图中虚线范围内表示常量池所在的区域：

总结

到此为止，我们就介绍完了class文件中的fields和methods，进行一下总结。

fields是对当前类中定义的字段的描述，其中每个字段使用一个field_info表示， fields中有fields_count个field_info。

methods是对当前类或者接口中声明的方法的描述，其中每个方法使用一个method_info表示， methods中有methods_count个method_info。

在下一篇博客中，将会介绍class文件中的各个属性，敬请关注。

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class文件中的fields_count和fields

（1）access_flags

（2）name_index

（3）descriptor_index

（4）attributes_count和attributes

class文件中的methods_count和methods

（1）access_flags

（2）name_index

（3）descriptor_index

（4）attributes_count和attributes

总结

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