分析一个Java Class文件

Java源码文件TestClass.java：

package jvm.chapter6;
//P166
public class TestClass {
	private int m;
	public int inc(){
		return m+1;
	}
}

展示这个Class文件的16进制内容：

从头开始分析=>
ca fe ba be ：magic number;
00 00 00 34 : 版本号是1.8.0;
00 16: 说明常量池有21个常量，1-21， index留做他用；接下来就是分别这21个常量的描述：
07/00 02 ：CONSTANT_Class_info 常量，类名索引是该常量池的第2项；
01/00 16/6a 76 6d 2f 63 68 61 70  74 65 72 36 2f 54 65 73 74 43 6c 61 73 73 ：这是该常量池的第2项，CONSTANT_Utf8_info常量，长度是22（0x0016）,正是字符串常量“jvm/chapter6/TestClass”；
07/00  04：CONSTANT_Class_info 常量，类名索引是该常量池的第4项；
01/00 10/6a 61 76 61 2f 6c 61 6e 67 2f 4f 62 6a 65 63 74:这是该常量池的第4项，CONSTANT_Utf8_info常量，长度是16（0x0010）,正是字符串常量“java/lang/Object”；
01/00 01/6d :CONSTANT_Utf8_info常量，是字符串常量"m";
01/00 01/49 :CONSTANT_Utf8_info常量，是字符串常量"m";
01/00 06/3c  69 6e 69 74 3e :CONSTANT_Utf8_info常量，是字符串常量"<init>";
01/00 03/28 29 56 :CONSTANT_Utf8_info常量，是字符串常量"()V";
01/00 04/43 6f  64 65 :CONSTANT_Utf8_info常量，是字符串常量"Code";
0a/00 03/00 0b: tag=10,表示CONSTANT_Methodref_info常量，声明该方法的类名称位于常量池的第3项，即java/lang/Object，方法名和类型NameAndType="<init>":()V；
0c/00 07/00 08： 接下来tag=12就是上面刚说道的CONSTANT_NameAndType_info类型，接下来的两个索引分别指向方法名和描述符即"<init>"和“()V”，
01/00 0f/4c 69 6e 65 4e 75 6d 62 65 72 54 61 62 6c 65 :CONSTANT_Utf8_info常量，是字符串常量"LineNumberTable";
01/00 12/4c 6f 63 61 6c 56 61 72 69 61 62 6c 65 54 61  62 6c 65 :CONSTANT_Utf8_info常量，是字符串常量"LocalVariableTable";
01/00 04/74 68  69 73 :CONSTANT_Utf8_info常量，是字符串常量"this";
01/00 18/4c 6a 76 6d 2f 63 68 61 70 74 65 72 36 2f 54 65 73 74 43 6c 61 73 73 3b:CONSTANT_Utf8_info常量，是字符串常量"Ljvm/chapter6/TestClass;";
01/00 03 69 6e 63 :CONSTANT_Utf8_info常量，是字符串常量"inc";
01/00 03 28 29 49 :CONSTANT_Utf8_info常量，是字符串常量"()I";
09/00 01/00 13:代表Fieldref常量，然后接下来两个u2分别表示声明该字段的类和NameAndType的索引；
0c/00 05/00 06：就是上面刚使用的NameAndType常量；
01/00 0a/53 6f 75 72 63 65 46 69 6c 65 ：CONSTANT_Utf8_info常量，是字符串常量"SourceFile";
01 00 0e 54 65 73 74 43  6c 61 73 73 2e 6a 61 76 61：：CONSTANT_Utf8_info常量，是字符串常量"TestClass.java";


上面就分析完了常量池中的字段，
00 21 : access_flags= ACC_PUBLIC | ACC_SUPER = 0x0021;
00 01 00 03 00  00:类索引 父类索引 和接口索引，常量池第3项表示的是Object，说明了默认的父类就是Object,没有实现接口，所以interfaces_count=0;
00 01/00 02/00 05/00 06/00 00: 接下来的是字段表集合(fields_info)，fields_count=1,access_flags=0x0002=ACC_PRIVATE, 代表字段名称的name_index=5（常量池的第5项是CONSTANT_Utf8_info类型的字符串m），字段描述符descriptor_index=0x0006(常量池的第5项是CONSTANT_Utf8_info类型的字符串I),最后atributes_count=0,说明不包含额外的信息。总上这些信息正是为了说明定义的字段“private int m”；


00 02/00 01/00  07/00 08/00 01/00 09/00 00 00 2f/00 01/00 01/00  00 00 05/2a b7 00 0a b1：接下来的是方法集合(methods_info)，有两个方法，第一个方法的访问标志是0x0001=ACC_PUBLIC，名称索引是0x0007，指向常量池中的<init>，描述符索引值是0x0008，指向常量池中的"()V"，接下来属性表计数器attributes_count=1,属性名称索引是0x0009对应的是“Code”，接下来就是Code属性表的结构：属性值的长度attribute_length=0x2f;操作数栈的最大深度和本地变量表的容量都是0x0001；字节码指令长度是5，翻译“2a b7 00 0a b1”的过程是：
1）读入2a，对应的是aload_0 ，将第一个引用类型的本地变量推送到操作数栈顶；
2）读入b7，对应的是invokespecial,作用是调用以栈顶的reference类型所指向的对象的构造器方法 实例初始化方法 私有方法，接下来有一个u2类型的参数说明具体调用哪个方法，它指向常量池中一个CONSTANT_Methodref_info的常量，即那个方法的符号引用；
3)00 0a正是上面invokespecial的参数，指向常量池中的一个Methodref常量，对应的应该是Object.init()方法；
4)b1,对应的指令是return,并且返回类型是oid，当前方法对应的指令结束。


继续上面的分析，
00 00/00 02/00 0c/00 00 00 06/00 01/00 00/00 03|00 0d/00 00 00 0c/00 01|00 00/00 05/00 0e/00 0f/00 00：exception_table_length=0,该方法没有抛出异常，然后attributes_count=2，该Code属性有俩属性：0x000c指向常量池中的“LineNumberTable”，attribute_length=6,line_number_table_length=1,就是记录了一对java源码行号和字节码行号的对应关系（3：0）；0x000d指向常量池中的“LocalVariableTable”，attribute_length=12,local_variable_table_length=1(代表了一个栈帧和程序中的局部变量关联关系)，start_pc=0x0000,length=0x0005表征该局部变量在字节码中的作用范围（就是这个方法内），name_index=0x000e, descriptor_index=0x000f表示该局部变量的名称及其描述符，即为“this”, "Ljvm/chapter6/TestClass";通过javap的输出都可以一目了然。index=0x0000代表该局部变量在栈帧局部变量表中Slot的位置。


接下来看第二个方法，
00 01/00 10/00 11/00 01/00 09/00 00 00 31/00 02/00 01/00 00 00 07/2a b4 00 12 04 60 ac/：方法的访问标志是0x0001=ACC_PUBLIC，名称索引是16，指向常量池中的“inc”，描述符索引值是0x0011，指向常量池中的"()I"，接下来属性表计数器attributes_count=1,属性名称索引是0x0009对应的是“Code”，接下来就是Code属性表的结构：属性值的长度attribute_length=0x31;操作数栈的最大深度是2，本地变量表的容量是1；字节码指令长度是7，翻译“2a b4 00 12 04 60 ac”的过程是：
1）读入2a，对应的是aload_0 ，将第一个引用类型的本地变量推送到操作数栈顶；
2）读入b4，对应的指令是getfield,获得实例域，并压入栈顶，他需要参数用来说明把哪个变量入栈，即下面；
3）读入00 12，用来指明getfield 哪个字段，指向常量池中的一个Fieldref常量，“jvm/chapter6/TestClass.m:I”；
4）读入04，对应的指令是iconst_1,将int类型的1推至栈顶；
5）读入60，对应的指令是iadd,将栈顶两个int类型的数值相加并把结果压入栈顶；
6)读入ac,对应的指令是ireturn,从当前方法返回int，结束。
后面的俩属性就和分析第一个方法类似。


至此，就分析完了一个简单的Class文件的结构，清晰了很多。

附：

Javap TestClass.class的结果：$ javap -verbose TestClass.class 

Classfile /home/vonzhou/GitHub/JavaProject/learning-java/bin/jvm/chapter6/TestClass.class
  Last modified Apr 29, 2015; size 379 bytes
  MD5 checksum 70a67e773b621619d03f9d1b5ac91af6
  Compiled from "TestClass.java"
public class jvm.chapter6.TestClass
  SourceFile: "TestClass.java"
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
Constant pool:
   #1 = Class              #2;            //  jvm/chapter6/TestClass
   #2 = Utf8               jvm/chapter6/TestClass;
   #3 = Class              #4;            //  java/lang/Object
   #4 = Utf8               java/lang/Object;
   #5 = Utf8               m;
   #6 = Utf8               I;
   #7 = Utf8               <init>;
   #8 = Utf8               ()V;
   #9 = Utf8               Code;
  #10 = Methodref          #3.#11;        //  java/lang/Object."<init>":()V
  #11 = NameAndType        #7:#8;         //  "<init>":()V
  #12 = Utf8               LineNumberTable;
  #13 = Utf8               LocalVariableTable;
  #14 = Utf8               this;
  #15 = Utf8               Ljvm/chapter6/TestClass;;
  #16 = Utf8               inc;
  #17 = Utf8               ()I;
  #18 = Fieldref           #1.#19;        //  jvm/chapter6/TestClass.m:I
  #19 = NameAndType        #5:#6;         //  m:I
  #20 = Utf8               SourceFile;
  #21 = Utf8               TestClass.java;
{
  public jvm.chapter6.TestClass();
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0       
         1: invokespecial #10;                // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: return        
      LineNumberTable:
        line 3: 0
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
        0       5       0    this   Ljvm/chapter6/TestClass;


  public int inc();
    flags: ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=2, locals=1, args_size=1
         0: aload_0       
         1: getfield      #18;                // Field m:I
         4: iconst_1      
         5: iadd          
         6: ireturn       
      LineNumberTable:
        line 6: 0
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
         0       7      0     this   Ljvm/chapter6/TestClass;
}