1 class文件介绍

Class文件是一组以8个字节为基础单位的二进制流；

各个数据项目严格按照顺序紧凑地排列在文件之中，中间没有添加任何分隔符;

采用一种类似C语言结构体的伪结构来存储数据，只要两种数据类型：“无符号数”和“表”。

无符号数属于基本的数据类型，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。

表是由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，为了便于区分，所有表的命名都习惯以“_info”结尾。整个Class文件本质上也可以视作一张表。

类型	名称	含义	数量
u4	magic	魔数	1
u2	minor_version	次版本号	1
u2	major_version	主版本号	1
u2	constant_pool_count	常量池容量计数值	1
cp_info	constant_pool	常量池	constant_pool_count-1
u2	access_flags	访问标志	1
u2	this_class	类索引	1
u2	super_class	父类索引	1
u2	interfaces_count	接口数量	1
u2	interfaces	接口索引集合	interfaces_count
u2	fields_count	字段数量	1
field_info	fields	字段表集合	fields_count
u2	methods_count	方法数量	1
method_info	methods	方法表集合	methods_count
u2	attributes_count	属性数量	1
attribute_info	attributes	属性表集合	attributes_count

表 Class文件格式

2 魔数与Class文件的版本

2.1 魔数

每个Class文件的头4个字节被称为魔数，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。

图 class的魔术值cafebabe

2.2 次版本号与主版本号

第5和第6个字节是次版本号(Minor Version);

第7和第8个字节是主版本号(Major Version);

3 常量池

紧接着主、次版本号之后的是常量池入口，常量池是Class文件结构中与其他项目关联最多的数据，通常也是占用Class文件空间最大的数据项目之一。还是Class文件中第一个出现的表类型数据项目。

3.1 常量池容量计数值constant_pool_count

代表常量池数量。从1而不是0开始。

设计者将第0项空出来有特殊考虑：如果后面某些指向常量池的索引值的数据在特殊情况下需要表达“不引用任何一个常量池项目”的含义，可以把索引值设置为0来表示。

class文件结构中只有常量池的容量是从1开始。

3.2 常量池的项目类型

截止JDK13，常量池表中分别有17种不同类型的常量。这些都有一个共同特点，表结构起始位置的第一位是一个u1类型的标志位，代表着当前常量属于哪种常量类型。

常量	项目	类型	描述
CONSTANT_Utf8_info UTF-8编码的字符串	tag	u1	值为1
	length	u2	UTF-8编码的字符串占用了字节数
	bytes	u1	长度为length的UTF-8编码的字符串
CONSTANT_Integer_info 整型字面量	tag	u1	值为3
CONSTANT_Integer_info 整型字面量	bytes	u4	按照高位在前存储的int值
CONSTANT_Float_info 浮点型字面量	tag	u1	值为4
CONSTANT_Float_info 浮点型字面量	bytes	u4	按照高位在前存储的float值
CONSTANT_Long_info 长整型字面量	tag	u1	值为5
CONSTANT_Long_info 长整型字面量	bytes	u8	按照高位在前存储的long值
CONSTANT_Double_info 双精度浮点型字面量	tag	u1	值为6
CONSTANT_Double_info 双精度浮点型字面量	bytes	u8	按照高位在前存储的double值
CONSTANT_Class_info 类或接口的符号引用	tag	u1	值为7
CONSTANT_Class_info 类或接口的符号引用	index	u2	指向全限定名常量项的索引
CONSTANT_String_info 字符串类型的字面量	tag	u1	值为8
CONSTANT_String_info 字符串类型的字面量	index	u2	指向字符串字面量的索引
CONSTANT_Fieldref_info 字段的符号引用	tag	u1	值为9
	index	u2	指向声明字段的类或者接口描述符CONSTANT_Class_info的索引项
	index	u2	指向字段描述符CONSTANT_NameAndType_info的索引项
CONSTANT_Methodref_info 类中方法的符号引用	tag	u1	值为10
	index	u2	指向声明方法的类描述符CONSTANT_Class_info的索引项
	index	u2	指向名称及类型描述符CONSTANT_NameAndType_info的索引项
CONSTANT_InterfaceMethodref_info 接口中方法的符号引用	tag	u1	值为11
	index	u2	指向声明方法的类描述符CONSTANT_Class_info的索引项
	index	u2	指向名称及类型描述符CONSTANT_NameAndType_info的索引项
CONSTANT_NameAndType_info 字段或方法的部分符号引用	tag	u1	值为12
	index	u2	指向该字段或方法名称常量项的索引
	index	u2	指向该字段或方法描述符常量项的索引
CONSTANT_MethodHandle_info 方法句柄	tag	u1	值为15
	reference_kind	u2	值必须在1-9之间（包括1和9），它决定了方法句柄的类型。方法句柄类型的值表示方法句柄的字节码行为。
	reference_kind	u2	值必须是对常量池的有效索引
CONSTANT_MethodType_info 方法类型	tag	u1	值为16
CONSTANT_MethodType_info 方法类型	descriptor_index	u2	值必须是对常量池的有效索引，常量池在该索引处的项必须是CONSTANT_Utf8_info结构，表示方法的描述符
CONSTANT_Dynamic_info 表示一个动态计数常量	tag	u1	值为17
	bootstrap_method_attrindex	u2	值必须是对当前Class文件中引导方法表的bootstrap_methods[]数组的有效索引
	name_and_type_index	u2	值必须是对当前常量池的有效索引，常量池在该索引处的项必须是CONSTANT_NameAndType_info结构，表示方法名和方法描述符
CONSTANT_InvokeDynamic_info 表示一个动态方法调用点	tag	u1	值为18
	bootstrap_method_attrindex	u2	值必须是对当前Class文件中引导方法表的bootstrap_methods[]数组的有效索引
	name_and_type_index	u2	值必须是对当前常量池的有效索引，常量池在该索引处的项必须是CONSTANT_NameAndType_info结构，表示方法名和方法描述符
CONSTANT_Module_info 表示一个模块	tag	u1	值为19
CONSTANT_Module_info 表示一个模块	name_index	u2	值必须是对常量池的有效索引，常量池在该索引处的项必须是CONSTANT_Utf8_info结构，表示模块名字。
CONSTANT_Package_info 一个模块中开放或者导出的包	tag	u1	值为20
CONSTANT_Package_info 一个模块中开放或者导出的包	name_index	u2	值必须是对常量池的有效索引，常量池在该索引处的项必须是CONSTANT_Utf8_info接口，表示包名称

表常量池中的17种数据类型的结构总表

4 访问标志

在常量池结束后，紧接着的2个字节代表访问标志（access_flags）,这个标志用于识别一些类或者接口层次的访问信息。

标志名称	标志值	含义
ACC_PUBLIC	0x0001	是否为public类型
ACC_FINAL	0x0010	是否被声明为final，只有类可设置
ACC_SUPER	0x0020	是否允许使用invokespecial字节码指令的新语义
ACC_INTERFACE	0x0200	标识这是一个接口
ACC_ABSTRACT	0x0400	是否为abstract类型
ACC_SYNTHETIC	0x1000	标识这个类并非由用户代码产生的
ACC_ANNOTATION	0x2000	标识这是一个注解
ACC_ENUM	0x4000	标识这是一个枚举
ACC_MODULE	0x8000	标识这是一个模块

图访问标志

5 类索引、父类索引与接口索引集合

类索引、父类索引和接口索引集合都按顺序排列在访问标志之后，类索引和父类索引用两个u2类型的索引值表示，它们各自指向一个类型为CONSTANT_Class_info的类描述符常量。

接口索引集合是一组u2类型的数据的集合。入口的第一项u2类型的数据为接口计数器，表示索引表的容量。如果该类没有实现任何接口，则该计数器值为0。

6 字段表与方法表集合

字段表用于描述接口或类中声明的变量（不包括在方法内部声明的局部变量）。

类型	名称	数量	类型	名称	数量
u2	access_flags	1	u2	attributes_count	1
u2	name_index	1	attribute_info	attributes	attributes_count
u2	descriptor_index	1

表字段表与方法表结构

6.1 描述符

描述符的作用是用来描述字段的数据类型、方法的参数列表（包括数量、类型以及顺序）和返回值。

标识字符	含义	标识字符	含义
B	byte	J	long
C	char	S	short
D	double	Z	boolean
F	float	V	void
I	int	L	对象类型，如Ljava/lang/Object

表描述符标识字符含义

基本数据类型以及代表无返回值的void类型都用一个大写字符来表示，而对象类型则用字符L加对象的全限定名来表示。

6.1.1 描述数组

对于数组类型，每一维度将使用一个前置的“[”字符来描述，如一个定义为java.lang.String[][]类型的二维数组将被记录成“[[Ljava/lang/String;”

6.1.2 描述方法

按照先参数列表、后返回值的顺序描述。参数列表按照参数的严格顺序放在一组小括号“()”之内。方法 int indexOf(char[] source,int sourceOffset)的描述符为([CI)I。

7 属性表集合

属性表集合的限制稍微宽松一些，不再要求各个属性表具有严格顺序。

属性名称	含义	使用位置
Code	Java代码编译成的字节码指令	方法表
ConstantValue	由final关键字定义的常量值	字段表
Deprecated	被声明为deprecated的方法和字段	类、方法表、字段表
Exceptions	方法抛出的异常列表	方法表
EnclosingMethod	仅当一个类为局部类或者匿名类时才能拥有这个属性，这个属性用于标示这个类所在的外围方法	类文件
InnerClasses	内部类列表	类文件
LineNumberTable	Java源码的行号与字节码指令的对应关系	Code属性
LocalVariableTable	方法的局部变量描述	Code属性
StackMapTable	JDK6中新增的属性，供新的类型检查验证器(Type Checker)检查和处理目标方法的局部变量和操作数栈所需的类型是否匹配	Code属性
Signature	JDK5中新增的属性，用于支持泛型情况下的方法签名。	类、方法表、字段表
SourceFile	记录源文件名称	类文件
SourceDebugExtension	JDK5中新增的属性，用于存储额外的调试信息	类文件
Synthetic	标识方法或字段为编译器自动生成的	类、方法表、字段表
LocalVariableTypeTable	JDK5中新增的属性。它使用特征签名代替描述符，是为引入泛型语法之后能描述泛型参数化类型而添加	类
RuntimeVisibleAnnotations	JDK5中新增的属性，为动态注解提供支持。该属性用于指明哪些注解是运行时(实际上运行时就是进行反射调用)可见的。	类、方法表、字段表