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简要说明 Java 中 .class 文件的内部结构

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了解 .class 的文件结构,有助于加深对 Java 语言的理解和程序的优化。特别是深入了解之后,可以从原理上理解 Java 语言的很多底层的技术。
针对上一次利用 ASM 修改字节码的内容,以下的内容可能更难理解一些,也需要一些虚拟机字节码方面的知识。

Java 编译后的 .class 文件主要分为以下五个部分(个人理解):
1、魔数和版本号信息
2、常量池信息,包括池中常量的数量和每个常量的描述
3、类信息,包括本身类、父类和接口描述
4、类中声明的属性和方法信息,包括属性和方法的数量和描述,方法中还包括实际执行的虚拟机字节码
5、类本身属性的信息,例如 SourceFile 属性显示类的源文件名称

以下面的 Java 源文件为例,按照上面五个部分说明一下编译后的 .class 文件的格式。
public class PrintString {
	
	private String str = "";
	
	public void setString(String s) {
		this.str = s;
	}
	
	public String getString() {
		return this.str;
	}
	
    public void print(){  
    		System.out.println(getString());
    }
    
}  

注意:以下使用的数字如无特别说明均为 十六进制。
第一部分占用 8 个字节:
00000000h: CA FE BA BE 00 00 00 32                         ; 漱壕...2

前面 4 个字节是魔数,所有 .class 文件都是一样的,为了虚拟机更方便的识别是否为类文件
后面 4 个字节分别是主版本号和次版本号,每个版本 JDK 的编译出的类会有所不同

第二部分占用的字节数取决的常量池的数量和常量的类型:
00000008h: 00 29 07 00 02 01 00 10 74 65 73 74 2F 50 72 69 ; .)......test/Pri
00000018h: 6E 74 53 74 72 69 6E 67 07 00 04 01 00 10 6A 61 ; ntString......ja
00000028h: 76 61 2F 6C 61 6E 67 2F 4F 62 6A 65 63 74 01 00 ; va/lang/Object..
00000038h: 03 73 74 72 01 00 12 4C 6A 61 76 61 2F 6C 61 6E ; .str...Ljava/lan
00000048h: 67 2F 53 74 72 69 6E 67 3B 01 00 06 3C 69 6E 69 ; g/String;...<ini
00000058h: 74 3E 01 00 03 28 29 56 01 00 04 43 6F 64 65 0A ; t>...()V...Code.
00000068h: 00 03 00 0B 0C 00 07 00 08 08 00 0D 01 00 00 09 ; ................
00000078h: 00 01 00 0F 0C 00 05 00 06 01 00 0F 4C 69 6E 65 ; ............Line
00000088h: 4E 75 6D 62 65 72 54 61 62 6C 65 01 00 12 4C 6F ; NumberTable...Lo
00000098h: 63 61 6C 56 61 72 69 61 62 6C 65 54 61 62 6C 65 ; calVariableTable
000000a8h: 01 00 04 74 68 69 73 01 00 12 4C 74 65 73 74 2F ; ...this...Ltest/
000000b8h: 50 72 69 6E 74 53 74 72 69 6E 67 3B 01 00 09 73 ; PrintString;...s
000000c8h: 65 74 53 74 72 69 6E 67 01 00 15 28 4C 6A 61 76 ; etString...(Ljav
000000d8h: 61 2F 6C 61 6E 67 2F 53 74 72 69 6E 67 3B 29 56 ; a/lang/String;)V
000000e8h: 01 00 01 73 01 00 09 67 65 74 53 74 72 69 6E 67 ; ...s...getString
000000f8h: 01 00 14 28 29 4C 6A 61 76 61 2F 6C 61 6E 67 2F ; ...()Ljava/lang/
00000108h: 53 74 72 69 6E 67 3B 01 00 05 70 72 69 6E 74 09 ; String;...print.
00000118h: 00 1B 00 1D 07 00 1C 01 00 10 6A 61 76 61 2F 6C ; ..........java/l
00000128h: 61 6E 67 2F 53 79 73 74 65 6D 0C 00 1E 00 1F 01 ; ang/System......
00000138h: 00 03 6F 75 74 01 00 15 4C 6A 61 76 61 2F 69 6F ; ..out...Ljava/io
00000148h: 2F 50 72 69 6E 74 53 74 72 65 61 6D 3B 0A 00 01 ; /PrintStream;...
00000158h: 00 21 0C 00 17 00 18 0A 00 23 00 25 07 00 24 01 ; .!.......#.%..$.
00000168h: 00 13 6A 61 76 61 2F 69 6F 2F 50 72 69 6E 74 53 ; ..java/io/PrintS
00000178h: 74 72 65 61 6D 0C 00 26 00 15 01 00 07 70 72 69 ; tream..&.....pri
00000188h: 6E 74 6C 6E 01 00 0A 53 6F 75 72 63 65 46 69 6C ; ntln...SourceFil
00000198h: 65 01 00 10 50 72 69 6E 74 53 74 72 69 6E 67 2E ; e...PrintString.
000001a8h: 6A 61 76 61                                     ; java

前面两个字节 0029 表示常量池的大小 40 个,常量池的内容会被后面所有部分使用到。
第1个常量 07 是一个 constant_Class 类型,后面的 2 个字节属于它,name_index=0002,查看 2 个常量
第2个常量 01 是一个 constant_UTF8 类型,后面的 2 个字节表示它占用的字节数,0010 说明占用后面的 16 个字节。内容为 test/PrintString
第3个常量 07 是一个 constant_Class 类型,后面的 2 个字节属于它,name_index=0004,查看 4 号常量
第4个常量 01 是一个 constant_UTF8 类型,后面的 2 个字节表示它占用的字节数,0010 说明占用后面的 16 个字节。内容为 java/lang/Object
第5个常量 01 是一个 constant_UTF8 类型,后面的 2 个字节表示它占用的字节数,0003 说明占用后面的 3 个字节。内容为 str
第6个常量 01 是一个 constant_UTF8 类型,后面的 2 个字节表示它占用的字节数,0012 说明占用后面的 18 个字节。内容为 Ljava/lang/String;
第7个常量 01 是一个 constant_UTF8 类型,后面的 2 个字节表示它占用的字节数,0006 说明占用后面的 6 个字节。内容为 <init>
第8个常量 01 是一个 constant_UTF8 类型,后面的 2 个字节表示它占用的字节数,0003 说明占用后面的 4 个字节。内容为 ()V
第9个常量 01 是一个 constant_UTF8 类型,后面的 2 个字节表示它占用的字节数,0004 说明占用后面的 4 个字节。内容为 Code
第10个常量 0A 是一个 constant_methodref 类型,后面的 4 个字节属于它,class_index=0003,name_and_type_index=000B。内容为 java/lang/Object 的 init 方法
第11个常量 0C 是一个 constant_nameAndType 类型,后面的 4 个字节属于它,name_index=0007,descriptor_index=0008,内容为<init>()V
第12个常量 08 是一个 constant_String  类型,后面的 2 个字节属于它,000D 查看13号常量池
第13个常量 01 是一个 constant_UTF8 类型,后面的 2 个字节表示它占用的字节数,00 00 说明占用后面的 0 个字节。内容为空
第14个常量 09 是一个 constant_Fieldref 类型,后面的 4 个字节表示它占用的字节数,class_index=0001 , name_and_type_index =000F。内容为 test/PrintString 的 str
第15个常量 0C 是一个 constant_nameAndType 类型,后面的 4 个字节属于它,name_index=0005,descriptor_index=0006,。内容为 Ljava/lang/String; str
第16个常量 01 是一个 constant_UTF8 类型,后面的 2 个字节表示它占用的字节数,000F 说明占用后面的 15 个字节。内容为 LineNumberTable
第17个常量 01 是一个 constant_UTF8 类型,后面的 2 个字节表示它占用的字节数,0012 说明占用后面的 18个字节。内容为 LocalVariableTable
第18个常量 01 是一个 constant_UTF8 类型,后面的 2 个字节表示它占用的字节数,0004 说明占用后面的 4个字节。内容为 this
第19个常量 01 是一个 constant_UTF8 类型,后面的 2 个字节表示它占用的字节数,0012 说明占用后面的 18个字节。内容为 Ltest/PrintString;
第20个常量 01 是一个 constant_UTF8 类型,后面的 2 个字节表示它占用的字节数,0009 说明占用后面的 9个字节。内容为 setString;)
第21个常量 01 是一个 constant_UTF8 类型,后面的 2 个字节表示它占用的字节数,0015 说明占用后面的 21个字节。内容为 (Ljava/lang/String;)V
第22个常量 01 是一个 constant_UTF8 类型,后面的 2 个字节表示它占用的字节数,0001 说明占用后面的 1个字节。内容为 s
第23个常量 01 是一个 constant_UTF8 类型,后面的 2 个字节表示它占用的字节数,0009 说明占用后面的 9个字节。内容为 getString
第24个常量 01 是一个 constant_UTF8 类型,后面的 2 个字节表示它占用的字节数,0014 说明占用后面的 20个字节。内容为 ()Ljava/lang/String;
第25个常量 01 是一个 constant_UTF8 类型,后面的 2 个字节表示它占用的字节数,0005 说明占用后面的 20个字节。内容为 print
第26个常量 09 是一个 constant_Fieldref  类型,根据它的定义后面四个字节属于它,class_index=001B  查看27号常量, name_and_type_index =  001D 查看29号常量
第27个常量 07 是一个 constant_Class 类型,后面的 2 个字节属于它,name_index=001C,查看28号常量
第28个常量 01 是一个 constant_UTF8 类型,后面的 2 个字节表示它占用的字节数,0010 说明占用后面的 16个字节。内容为 java/lang/System
第29个常量 0C 是一个 constant_nameAndType 类型,根据它的定义后面的4个字节属于它,name_index=001E 查看30号常量,descriptor_index=001F 查看31号常量
第30个常量 01 是一个 constant_UTF8 类型,后面的 2 个字节表示它占用的字节数,00 03 说明占用后面的 3个字节。内容为 out
第31个常量 01 是一个 constant_UTF8 类型,后面的 2 个字节表示它占用的字节数,00 15 说明占用后面的 21个字节。内容为Ljava/io/PrintStream;
第32个常量 0A 是一个 constant_methodref 类型,后面的 4 个字节属于它,class_index=0001,name_and_type_index=0021
第33个常量 0C 是一个 constant_nameAndType 类型,根据它的定义后面的4个字节属于它,name_index=0017 查看23号常量,descriptor_index=0018 查看24号常量
第34个常量 0A 是一个 constant_methodref 类型,后面的 4 个字节属于它,class_index=0023 查看35号常量,name_and_type_index=0025 查看37号常量
第35个常量 07 是一个 constant_Class 类型,后面的 2 个字节属于它,name_index=00 24,查看36号常量
第36个常量 01 是一个 constant_UTF8 类型,后面的 2 个字节表示它占用的字节数,00 13 说明占用后面的 19个字节。内容为 java/io/PrintStream
第37个常量 0C 是一个 constant_nameAndType 类型,根据它的定义后面的4个字节属于它,name_index=0026 查看38号常量,descriptor_index=0015 查看21号常量
第38个常量 01 是一个 constant_UTF8 类型,后面的 2 个字节表示它占用的字节数,0007 说明占用后面的 7个字节。内容为 println
第39个常量 01 是一个 constant_UTF8 类型,后面的 2 个字节表示它占用的字节数,000A 说明占用后面的 10个字节。内容为 SourceFile
第40个常量 01 是一个 constant_UTF8 类型,后面的 2 个字节表示它占用的字节数,00 10 说明占用后面的 16个字节。内容为 PrintString.java

第三部分占用 8 个字节:
000001ach: 00 21 00 01 00 03 00 00                         ; .!......

前面 2 个字节 0021 表示类本身的修饰符
中间 2 个字节 0001 表示类本身的常量表索引,内容为 test/PrintString
下面 2 个字节 0003 表示父类的常量表索引,内容为 java/lang/Object
最后 2 个字节 0000 表示类实现的接口数量,此类未实现接口

第四部分是类文件是比较复杂的部分,它分为两个部分:属性区和方法区。
先看属性区:
000001b4h: 00 01 00 02 00 05 00 06 00 00                   ; ..........

前面 2 个字节 0001 表示类声明了一个属性
下面 2 个字节 0002 表示后面 2 个字节是属性的描述
下面 2 个字节 0005 表示属性名称的常量池索引,5号常量的信息 str
下面 2 个字节 0006 表示属性描述的常量池索引,6号常量的信息 Ljava/lang/String;
最后 2 个字节 0000 表示属性本身的属性的数量

再看方法区:
000001beh: 00 04 00 01 00 07 00 08 00 01 00 09 00 00 00 3D ; ...............=
000001ceh: 00 02 00 01 00 00 00 0B 2A B7 00 0A 2A 12 0C B5 ; ........*?.*..?
000001deh: 00 0E B1 00 00 00 02 00 10 00 00 00 0E 00 03 00 ; ..?............
000001eeh: 00 00 03 00 04 00 05 00 0A 00 03 00 11 00 00 00 ; ................
000001feh: 0C 00 01 00 00 00 0B 00 12 00 13 00 00 
// 此处为第一个方法和第二个方法的交界
                                                                                                  00 01 00 ; ................
0000020eh: 14 00 15 00 01 00 09 00 00 00 3E 00 02 00 02 00 ; ..........>.....
0000021eh: 00 00 06 2A 2B B5 00 0E B1 00 00 00 02 00 10 00 ; ...*+?.?......
0000022eh: 00 00 0A 00 02 00 00 00 08 00 05 00 09 00 11 00 ; ................
0000023eh: 00 00 16 00 02 00 00 00 06 00 12 00 13 00 00 00 ; ................
0000024eh: 00 00 06 00 16 00 06 00 01 00 01 00 17 00 18 00 ; ................
0000025eh: 01 00 09 00 00 00 2F 00 01 00 01 00 00 00 05 2A ; ....../........*
0000026eh: B4 00 0E B0 00 00 00 02 00 10 00 00 00 06 00 01 ; ?.?...........
0000027eh: 00 00 00 0C 00 11 00 00 00 0C 00 01 00 00 00 05 ; ................
0000028eh: 00 12 00 13 00 00 00 01 00 19 00 08 00 01 00 09 ; ................
0000029eh: 00 00 00 39 00 02 00 01 00 00 00 0B B2 00 1A 2A ; ...9........?.*
000002aeh: B6 00 20 B6 00 22 B1 00 00 00 02 00 10 00 00 00 ; ? ?"?........
000002beh: 0A 00 02 00 00 00 10 00 0A 00 11 00 11 00 00 00 ; ................
000002ceh: 0C 00 01 00 00 00 0B 00 12 00 13 00 00          ; .............

前面 2 个字节 0004 表示类声明四个方法(注意:包含一个隐含的构造方法 init)
下面 2 个字节 0001 表示是一个ACC_PUBLIC 的方法
下面 2 个字节 0007 表示 name_index,表示常量池中第7个常量为<init>,
下面 2 个字节 0008 表示desciptor_index,表示常量池第8个常量为 ()V
下面 2 个字节 0001 表示attribute_count,表示有1个attribute
下面 2 个字节 0009 表示code_attribute,查看第9号常量池为Code
下面4 个字节 0000003D 表示后面的 61 个字节属于这个属性
下面 2 个字节 0002 表示 max_stack 该方法执行的时候操作数栈最大的长度,这里表示操作数栈的长度为1
下面 2 个字节 0001 表示 max_locals 该方法局部变量所需要的空间的长度
下面 4 个字节 00 00 00 0B 表示code_length 即后面的 11 个字节为虚拟机字节码内容
代码的 11 个字节:2A B7 00 0A 2A 12 0C B5 00 0E B1
2A :aload_0 表示将第一个引用类型本地变量推送至栈顶
B7 :invokespecial   调用超类方法,后面的 000A,查看10号常量池 表示调用超类的init方法
2A :aload_0 表示将第一个引用类型本地变量推送至栈顶
12  :ldc 表示将一个常量池压入操作栈,后面的 0C 便是这个操作数,查看第13号常量池,为空
B5 :putfield 将操作栈的值赋给类变量,后面2个字节 000E 代表类变量的常量池索引,为 Ljava/lang/String; str
B1 : return ;返回void
这里我们可以知道类变量的初始化位置。
代码的 11 个字节以后
下面 2 个字节 0000 表示exception_table_length=0;也就是说没有异常处理
下面 2 个字节 0002 表示attributes_count=2,接下来有两个attribute_info 的结构
下面 2 个字节 0010 表示  attribute_name_index,查看10号常量池,为 LineNumberTable
下面 4 个字节 00 00 00 0E 表示attribute_length=14
下面 14 个字节是 LineNumberTable 的属性
下面 2 个字节 0011 表示  attribute_name_index,查看10号常量池,为 LocalVariableTable
下面 4 个字节 00 00 00 0C 表示attribute_length=12
下面 12 个字节是 LocalVariableTable 的属性
以上只是第一个方法的说明,后面的方法不再详细说明。

第五部分通常不是很重要,大概了解一下:
000002dbh: 00 01 00 27 00 00 00 02 00 28                   ; ...'.....(

前面 2 个字节 0001 表示接下去有一个 attributes_info 结构,该结构占用 8 个字节
下面 2 个字节 0027 表示属性的名称的常量池索引,39 号常量的信息(属性的名称)为 SourceFile
下面 4 个字节 00000002 表示属性的长度,因为格式固定,所长度为 2
最后 2 个字节 0028 表示 sourcefile_index 的常量池索引, 40 号常量的信息(源文件的名称)为 PrintString.java

以上只是对一个结构简单的类作了一个简要说明,实际情况会复杂很多。详细内容大家可以参考《深入 Java 虚拟机(第二版)》


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    内容概要:本文深入介绍了HarmonyOS文件系统及其在万物互联时代的重要性。HarmonyOS自2019年发布以来,逐步覆盖多种智能设备,构建了庞大的鸿蒙生态。文件系统作为其中的“数字管家”,不仅管理存储资源,还实现多设备间的数据协同。文章详细介绍了常见的文件系统类型,如FAT、NTFS、UFS、EXT3和ReiserFS,各自特点和适用场景。特别强调了HarmonyOS的分布式文件系统(hmdfs),它通过分布式软总线技术,打破了设备界限,实现了跨设备文件的无缝访问。此外,文章对比了HarmonyOS与Android、iOS文件系统的差异,突出了其在架构、跨设备能力和安全性方面的优势。最后,从开发者视角讲解了开发工具、关键API及注意事项,并展望了未来的技术发展趋势和对鸿蒙生态的影响。 适合人群:对操作系统底层技术感兴趣的开发者和技术爱好者,尤其是关注物联网和多设备协同的用户。 使用场景及目标:①理解HarmonyOS文件系统的工作原理及其在多设备协同中的作用;②掌握不同文件系统的特性和应用场景;③学习如何利用HarmonyOS文件系统进行应用开发,提升跨设备协同和数据安全。 阅读建议:本文内容详实,涵盖了从基础概念到高级开发技巧的多个层次,建议读者结合自身需求,重点关注感兴趣的部分,并通过实践加深理解。特别是开发者可参考提供的API示例和开发技巧,尝试构建基于HarmonyOS的应用。

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    三电平有源电力滤波器仿真:基于瞬时无功功率理论的双闭环控制与SVPWM调制技术

    内容概要:本文详细介绍了基于瞬时无功功率理论的三电平有源电力滤波器(APF)仿真研究。主要内容涵盖并联型APF的工作原理、三相三电平NPC结构、谐波检测方法(ipiq)、双闭环控制策略(电压外环+电流内环PI控制)以及SVPWM矢量调制技术。仿真结果显示,在APF投入前后,电网电流THD从21.9%降至3.77%,显著提高了电能质量。 适用人群:从事电力系统研究、电力电子技术开发的专业人士,尤其是对有源电力滤波器及其仿真感兴趣的工程师和技术人员。 使用场景及目标:适用于需要解决电力系统中谐波污染和无功补偿问题的研究项目。目标是通过仿真验证APF的有效性和可行性,优化电力系统的电能质量。 其他说明:文中提到的仿真模型涉及多个关键模块,如三相交流电压模块、非线性负载、信号采集模块、LC滤波器模块等,这些模块的设计和协同工作对于实现良好的谐波抑制和无功补偿至关重要。

    基于环比增长的销售统计分析——2019年中青杯全国数学建模竞赛C题.pdf

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    基于Matlab的小电流接地系统单相故障仿真分析及其应对策略研究

    内容概要:本文探讨了小电流接地系统在配电网络中的应用,特别是在单相故障情况下的仿真分析。文中介绍了小电流接地系统的背景和发展现状,重点讨论了两种常见的接地方式——中性点不接地和中性点经消弧线圈接地。利用Matlab作为仿真工具,作者构建了详细的电路模型,模拟了单相故障的发生过程,并通过多个结果图表展示了故障电流、电压波形及系统运行状态。此外,文章还包括了详细的设计说明书和PPT介绍,帮助读者全面理解仿真过程和技术细节。 适合人群:从事电力系统研究、维护的技术人员,尤其是关注配电网络安全和稳定的工程师。 使用场景及目标:适用于希望深入了解小电流接地系统的工作原理和故障处理机制的专业人士。通过本研究,读者可以掌握如何使用Matlab进行电力系统仿真,评估不同接地方式的效果,优化配电网络的安全性能。 其他说明:随文附带完整的仿真工程文件、结果图、设计说明书及PPT介绍,便于读者进一步探索和实践。

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    嵌入式八股文面试题库资料知识宝典-小米嵌入式软件工程师笔试题目解析.zip

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    车辆主动避撞技术:紧急制动与紧急转向策略及其临界安全距离分析

    内容概要:本文详细探讨了车辆主动避撞技术中的两种常见策略——纵向紧急制动避撞和横向紧急转向避撞。首先介绍了这两种避撞策略的基本概念,接着深入分析了临界纵向安全距离的概念及其对避撞模式选择的影响。文中特别强调了五次多项式换道轨迹模型在计算横向紧急转向避撞安全距离中的应用。最后,通过一个简化的程序实现了避撞策略的模拟和可视化展示,帮助读者更好地理解不同避撞方式的应用场景和技术细节。 适合人群:汽车工程技术人员、交通安全研究人员、自动驾驶开发者。 使用场景及目标:适用于研究和开发车辆主动避撞系统的专业人士,旨在提高对避撞策略的理解,优化避撞算法的设计,提升行车安全性。 其他说明:文章不仅提供了理论分析,还结合了具体的数学模型和程序实现,使读者能够从多个角度全面掌握车辆避撞技术的关键要素。

    基于MPPSK调制的数字对讲机系统.pdf

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    嵌入式八股文面试题库资料知识宝典-Nec试题回忆二.zip

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