java class 文件格式解析

Z时代
2024-01-10
分类：综合

java

前言

大约5年前，想研究javaassistant，cglib等字节码操作的相关类库，来对class进行增强，当要到要操作字节码的时候，发现无法继续下去了，只能放弃。

学习jvm字码，需要理解class的组成方式，对汇编，操作栈比较了解，无奈，只好重新学习编译原理，汇编等知识，再来看jvm规范，现在理解起来，容易很多了。

class文件规范">Class文件规范

编译后被 Java 虚拟机所执行的代码使用了一种平台中立（不依赖于特定硬件及操作系统的）

的二进制格式来表示，并且经常（但并非绝对）以文件的形式存储，因此这种格式被称为 Class

文件格式。Class 文件格式中精确地定义了类与接口的表示形式，包括在平台相关的目标文件格

式中一些细节上的惯例

相关文档
https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se15/html/jvms-4.html

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];
}

下面，我们开始解析每个字段是如何标识出来的

其中 u4, u2 代表什么意思

u 表示无符号数后面的数字表示占用多少字节

u4 占用4个字节

u2 占用2个字节

magic 占用4个字节，（ca fe ba be ）

minor_version 子版本号，2个字节数字

major_version 主版本好 2个字节的数字

constant_pool_count 常量池数目 2个字节的数字

constant_pool[constant_pool_count-1] 常量池数组

access_flags 访问标识 2个字节数字

this_class class名称的索引，

super_class 超类的名称索引

interfaces_count 接口的数目

interfaces[interfaces_count] 接口的数组

fields_count 字段数目

fields[fields_count] 字段的数组

methods_count 方法的数目

methods[methods_count] 方法的数组

attributes_count 属性的数目

attributes[attributes_count] 属性的数组

如何自己动手解一个class文件

相信大部分第一样看到上面的协议时候，能看弄，但是要自己动手解析出每个字段的含义出来，

就无法下手了，

读取class文件

 FileInputStream in= new FileInputStream("d:/my.class");

读取 magic ，（magic u4 占用4个字节）

 byte[] bytes=new byte[4];
       in.read(bytes);

读取 minor_version u2 占用2个字节

 byte[] minorByte=new byte[2];
       in.read(minorByte);

读取 major_version u2 占用2个字节

 byte[] majorVersion=new byte[2];
       in.read(majorVersion);

看到上面的解析，是否明白了，其实还是很有规律的，只要你认真看协议文档（要看好多遍才行）

最终解析class 文档就是这样的

ClassFile classFile = new ClassFile();
        PcBufferInputStream in = new PcBufferInputStream(new FileInputStream(fileName));
        classFile.setMagic(readMagic(in));
        classFile.setMinorVersion(readMinorVersion(in));
        classFile.setMajorVersion(readMajorVersion(in));
        classFile.setConstantPoolCount(readConstantPoolCount(in));
        classFile.setCpInfo(readCpInfo(in));
        classFile.setAccessFlags(readAccessFlags(in));
        classFile.setThisClass(readThisClass(in));
        classFile.setSuperClass(readSuperClass(in));
        classFile.setInterfacesCount(readInterfacesCount(in));
        // u2 interfaces interfaces_count
        classFile.setInterfaces(readInterfaces(in));
        // u2 fields_count
        classFile.setFieldsCount(readFieldsCount(in));
        // field_info fields fields_count
        classFile.setFields(readFields(in));
        // u2 methods_count 1
        // method_info methods methods_count
        classFile.setMethodsCount(readMethodsCount(in));
        classFile.setMethods(readMethods(in));
        // u2 attribute_count 1
        classFile.setAttributeCount(readAttributeCount(in));
        // attribute_info attributes attributes_count
        classFile.setAttributes(readAttributes(in));
        classFile.setPcRecord(recordMap);
        return classFile;