Java字节码（class）文件结构解析

 

字节码

 

字节码文件

 

文件格式

Java编译后的字节码文件格式，其文件结构定义如下：

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];

}

 

以下面一个最简单的一个类为例，在下面这个类中，只通过class修饰定义了一个类，其中没有定义任何常亮，变量以及方法：

 

class SimpleClass {

}

编译

反汇编如下：

>javap -c SimpleC

lass

Compiled from "SimpleClass.java"

class SimpleClass {

  SimpleClass();

    Code:

       0: aload_0

       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":

()V

       4: return

}

以16进制文件打开生成的class文件如下：

 
 
 

 

魔数（magic）：

4bytes， 0xCAFEBABE 

版本（version）：

包括主版本号和小版本号

小版本号（minor version）：

2bytes，0x0000

主版本号（major version）：

2bytes，0x0034

常量池：

常量池通过一个数组来保存各个常量，数组的大小-1就是常量池常量个数。针对不同类型的常量通过tag来表示。

常量池常量个数（constant pool count）：

0x000D，转换为10进制就是13，

常量池（constant pool）：

常量tag：

0x0A，表示一个CONSTANT_Methodref类型的常量

class_index：

0x0003，

name_and_type_index：

0x000A

常量tag：

0x07，表示一个CONSTANT_Class类型的常量

name_index：

0x000B，

常量tag：

0x07，表示一个CONSTANT_Class类型的常量

name_index：

0x000C

常量tag：

0x01, 表示一个CONSTANT_Utf8类型的常量

length:

0x0006, 表示字符串长度

bytes[length]：

0x3C696E69743E，表示字符串“<init>”

常量tag：

0x01，表示一个CONSTANT_Utf8类型的常量

length:

0x0003，表示字符串长度

bytes[length]：

0x282956，表示字符串“()V”

常量tag：

0x01，表示一个CONSTANT_Utf8类型的常量

length:

0x0004，表示字符串长度

bytes[length]：

0x436F6465，表示字符串“Code”

常量tag：

0x01，表示一个CONSTANT_Utf8类型的常量

length:

0x000F，表示字符串长度

bytes[length]：

0x4C696E654E756D6265725461626C65，表示字符串“LineNumberTable”

常量tag：

0x01，表示一个CONSTANT_Utf8类型的常量

length:

0x000A，表示字符串长度

bytes[length]：

0x536F7572636546696C65，表示字符串“SourceFile”

常量tag：

0x01，表示一个CONSTANT_Utf8类型的常量

length:

0x0010，表示字符串长度

bytes[length]：

0x53696D706C65436C6173732E6A617661，表示字符串“SimpleClass.java”

常量tag：

0x0C，表示一个CONSTANT_NameAndType类型的常量

name_index:

0x0004,

descriptor_index:

0x0005,

常量tag：

0x01，表示一个CONSTANT_Utf8类型的常量

length:

0x000B, 表示字符串长度

bytes[length]：

0x53696D706C65436C617373，表示字符串“SimpleClass”

常量tag：

0x01，表示一个CONSTANT_Utf8类型的常量

length:

0x0010，表示字符串长度

bytes[length]：

0x6A6176612F6C616E672F4F626A656374，表示字符串“java/lang/Object”

访问控制修饰标志（access_flags）：

0x0020

this_class：

0x0002

super_class：

0x0003

interfaces_count：

0x0000

interfaces[interfaces_count]：

fields_count：

0x0000

fields[fields_count]：

methods_count：

0x0001

methods[methods_count]：

方法：

access_flags：

0x0000

name_index：

0x0004

descriptor_index：

0x0005

attributes_count：

0x0001

attributes[attributes_count]：

attribute_name_index：

0x0006

attribute_length：

0x0000001D，表示29

info[attribute_length]：

0x00010001000000052AB70001B100000001000700000006000100000001

对info[attribute_length]的说明：Code_attribute

attribute_name_index：

就是上面对应的attribute_name_index：0x0006

attribute_length：

就是上面对应的attribute_length：0x0000001D，表示29

max_stack：

0x0001

max_locals：

0x0001

code_length：

0x00000005

code[code_length]：

0x2AB70001B1

从这里可以看出这个方法对应的代码指令就是：0x2AB70001B1，具体是些什么指令呢？

经过分析的结果就是：

 

0: aload_0
1: invokespecial #1
4: return

前面的数字表示对应的指令所占用的字节数，加起来正好5个字节。

aload_0对应0x2A, aload_0表示将this压入到操作栈的栈顶。

 

invokespecial #1对应0xB70001，其中0xB7就表示invokespecial指令。后面的0001用于计算出调用的方法在常量池中的索引：(indexbyte1 << 8) | indexbyte2， 经过计算后为1，表示java/lang/Object的<init> ()V，也就是父类Object的无参构造方法。

 

return对应0xB1，表示返回。

 

这里主要就是调用了Object的无参构造方法，然后返回。

 

参考：https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-6.html#jvms-6.5

 

exception_table_length：

0x0000

{   u2 start_pc;

    u2 end_pc;

    u2 handler_pc;

    u2 catch_type;

} exception_table[exception_table_length]：

attributes_count：

0x0001

attributes[attributes_count]：

attribute_name_index：

0x0007

attribute_length：

0x00000006

info[attribute_length]：

0x000100000001

 

 

 

attributes_count：

0x0001

attributes[attributes_count]：

attribute_name_index：

0x0008

attribute_length：

0x00000002

info[attribute_length]：

0x0009

到这里整个字节码class文件就全部分析完了。

 

另一个例子：

http://dl.iteye.com/topics/download/9ce78296-1257-311e-b4e2-faa0bd211e14

 

Java反编译出汇编代码可参考另一篇文章：https://lobin.iteye.com/blog/1578849

 

参考文章：Chapter 4. The class File Format，https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-4.html