java Class 文件解析
huisexiaochou 人气:0Class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
本文代码 ClassParserDemo
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