HelloWorld.class 文件的解读

编程技术  /  houtizong 发布于 3年前   71

这一篇主要针对最简单的HelloWorld的class文件进行分析，按照上一篇文章的结构去实例化的分析一个class文件。

下面是java源文件

 

 

public class HelloWorld{public static void main(String [] arvgs){  System.out.println("hello world");}}

 

 运行 javac HelloWorld.java 得到的class 文件如下：

 

00000000h: CA FE BA BE 00 00 00 2E 00 1D 0A 00 06 00 0F 09 ; 漱壕............00000010h: 00 10 00 11 08 00 12 0A 00 13 00 14 07 00 15 07 ; ................00000020h: 00 16 01 00 06 3C 69 6E 69 74 3E 01 00 03 28 29 ; .....<init>...()00000030h: 56 01 00 04 43 6F 64 65 01 00 0F 4C 69 6E 65 4E ; V...Code...LineN00000040h: 75 6D 62 65 72 54 61 62 6C 65 01 00 04 6D 61 69 ; umberTable...mai00000050h: 6E 01 00 16 28 5B 4C 6A 61 76 61 2F 6C 61 6E 67 ; n...([Ljava/lang00000060h: 2F 53 74 72 69 6E 67 3B 29 56 01 00 0A 53 6F 75 ; /String;)V...Sou00000070h: 72 63 65 46 69 6C 65 01 00 0F 48 65 6C 6C 6F 57 ; rceFile...HelloW00000080h: 6F 72 6C 64 2E 6A 61 76 61 0C 00 07 00 08 07 00 ; orld.java.......00000090h: 17 0C 00 18 00 19 01 00 0B 68 65 6C 6C 6F 20 77 ; .........hello w000000a0h: 6F 72 6C 64 07 00 1A 0C 00 1B 00 1C 01 00 0A 48 ; orld...........H000000b0h: 65 6C 6C 6F 57 6F 72 6C 64 01 00 10 6A 61 76 61 ; elloWorld...java000000c0h: 2F 6C 61 6E 67 2F 4F 62 6A 65 63 74 01 00 10 6A ; /lang/Object...j000000d0h: 61 76 61 2F 6C 61 6E 67 2F 53 79 73 74 65 6D 01 ; ava/lang/System.000000e0h: 00 03 6F 75 74 01 00 15 4C 6A 61 76 61 2F 69 6F ; ..out...Ljava/io000000f0h: 2F 50 72 69 6E 74 53 74 72 65 61 6D 3B 01 00 13 ; /PrintStream;...00000100h: 6A 61 76 61 2F 69 6F 2F 50 72 69 6E 74 53 74 72 ; java/io/PrintStr00000110h: 65 61 6D 01 00 07 70 72 69 6E 74 6C 6E 01 00 15 ; eam...println...00000120h: 28 4C 6A 61 76 61 2F 6C 61 6E 67 2F 53 74 72 69 ; (Ljava/lang/Stri00000130h: 6E 67 3B 29 56 00 21 00 05 00 06 00 00 00 00 00 ; ng;)V.!.........00000140h: 02 00 01 00 07 00 08 00 01 00 09 00 00 00 1D 00 ; ................00000150h: 01 00 01 00 00 00 05 2A B7 00 01 B1 00 00 00 01 ; .......*?.?...00000160h: 00 0A 00 00 00 06 00 01 00 00 00 01 00 09 00 0B ; ................00000170h: 00 0C 00 01 00 09 00 00 00 25 00 02 00 01 00 00 ; .........%......00000180h: 00 09 B2 00 02 12 03 B6 00 04 B1 00 00 00 01 00 ; ..?...?.?....00000190h: 0A 00 00 00 0A 00 02 00 00 00 03 00 08 00 04 00 ; ................000001a0h: 01 00 0D 00 00 00 02 00 0E                      ; .........

 

 

接下去开始分析每一个自己的含义：

 

  1.  0X CA FE BA BE  四个字节：表示魔数（magic），作用在于区分是否是class 文件；
  2.  0X 00 00 两个字节：表示此版本号（minor_version），
  3.  0X 00 2E 两个字节：表示主版本号（major_version）,可以发现jdk 1.6.0_24 的主版本号为 46，

  4.  0X 00 1D 两个字节：表示常量池的个数（constant_pool_count），这里说明共有28个常量（要减1），常量池列表的索引从1开始，没有索引为0的常量，但是0索引也被计数在数量中，所有需要减1；接下去开始是常量池的信息了，还记得cp_info 的结构吗？第一个字节为tag，后面根据tag值不一样而不一样；

  5. 第一个常量：tag=0X 0A 为一个 constant_methodref 类型(对一个类中申明的方法的符号引用)，根据它的定义，后面四个字节属于它，class_index=0X00 06,name_and_type_index=0X00 0F ; 
         （1）、首先看class_index,顾名思义，表示这个方法所属于的类在常量池中的索引，查看第6号常量池，是一个constant_class,正是我们想要的，根据constant_class的定义；跟踪到22号常量池，可以看到这个方法属于Object类；
          （2）、第二个name_and_type_index:表示这个方法所对应的name_and_type类型在常量池中的索引；查看第15号常量池，正好是我们需要的constant_namdAndType类型的定义，继续查看constant_namdAndType的定义，发现名字和描述符，分别指向第7号和8号常量池，即 void init();方法。

  6. 第二个常量：tag=0X 09为一个constant_Fieldref 类型（对一个字段的符号的引用），根据它的定义后面四个字节属于它，class_index=0X00 10 , name_and_type_index = 0X 00 11
         （1）、同样先看class_index：表示这个字段所属的类，跟踪到16号常量池为constant_Class类型，并且指向第23号常量池，看23号常量池，表示这个字段属于 java/lang/System方法；
         （2）、name_and_type_index ：表示name_and_type类型在常量池中的索引；查看17号常量池为constant_namdAndType类型，指向24、25号常量，表示字段名字为out，类型为 Ljava/io/PrintStream
     
  7. 第三个常量：tag=0X 08, 为一个constant_String 类型（String 类型的字符串），根据它的定义后面的两个字节属于它，String_index=0X00 12，查看第18号常量池 为“hello world” 正是我们想要的输出的内容；

  8. 第四个常量：tag=0X 0A, 为一个 constant_methodref 类型(对一个类中申明的方法的符号引用)，根据它的定义，后面四个字节属于它，class_index=0X00 13,name_and_type_index=0X00 14
         （1）、首先看class_index,顾名思义，表示这个方法所属于的类在常量池中的索引，查看第19号常量池，是一个constant_class,正是我们想要的，根据constant_class的定义；跟踪到26号常量池，可以看到这个方法属于java/io/PrintStream类；
          （2）、第二个name_and_type_index:表示这个方法所对应的name_and_type类型在常量池中的索引；查看第20号常量池，正好是我们需要的constant_namdAndType类型的定义，继续查看constant_namdAndType的定义，发现名字和描述符，分别指向第27号和28号常量池，即 void println( (Ljava/lang/String;)方法。

  9. 第五个常量：tag=OX 07,为一个constant_Class类型（对类或者接口的符号引用），根据它的定义后面的2个字节属于它，name_index=0X00 15，查看第21号常量，为HelloWorld ，表示我们写的类HelloWorld；

  10. 第六个常量：tag=0X 07,为一个constant_Class类型（对类或者接口的符号引用），根据它的定义后面的2个字节属于它，name_index=0X00 16，查看第22号常量，为 java/lang/Object ，表示object类；

  11. 第七个常量：tag=0X 01,为一个constant_UTF8类型（utf8编码的字符串），根据它的定义后面的长度可变，length=0X00 06 表示后面有6个字节属于它的内容：bytes=0X 3C 69 6E 69 74  3E 即是：<init>；由前面可以知道为object的intit方法；

  12. 第八个常量：tag=0X 01,为一个constant_UTF8类型（utf8编码的字符串），根据它的定义后面的长度可变，length=0X00 03 表示后面有3个字节属于它的内容：bytes=0X 28 29 56  即是： ()V；由前面可以知道，这个表示object的intit方法的描述符：表示没有参数，返回值为void；

  13. 第九个常量：tag=0X 01,为一个constant_UTF8类型（utf8编码的字符串），根据它的定义后面的长度可变，length=0X00 04 表示后面有4个字节属于它的内容：bytes=0X  43 6F 64 65  即是： Code， 

  14. 第10个常量：tag=0X 01,为一个constant_UTF8类型（utf8编码的字符串），根据它的定义后面的长度可变，length=0X00 0F 表示后面有15个字节属于它的内容：bytes=0X 4C 69 6E 65 4E 75 6D 62 65 72 54 61 62 6C 65  即是： LineNumberTable  ； 

  15. 第11个常量：tag=0X 01,为一个constant_UTF8类型（utf8编码的字符串），根据它的定义后面的长度可变，length=0X00 04表示后面有4个字节属于它的内容：bytes=0X 6D 61 69 6E 即是： main ;表示main()方法；

  16. 第12个常量：tag=0X 01,为一个constant_UTF8类型（utf8编码的字符串），根据它的定义后面的长度可变，length=0X00 16表示后面有22个字节属于它的内容：bytes=0X 28 5B 4C 6A 61 76 61 2F 6C 61 6E 67 2F 53 74 72  69 6E 67 3B 29 56   即是：  ([Ljava/lang/String;)V；有前面可以这个这个表示main方法的描述符，即返回值为void，参数为 string[] （[Ljava/lang/String; 中的第一个[表示一维数组），

  17. 第13个常量：tag=0X 01,为一个constant_UTF8类型（utf8编码的字符串），根据它的定义后面的长度可变，length=0X00 0A表示后面有10个字节属于它的内容：bytes=0X 53 6F 75 72 63 65 46 69 6C 65              即是： SourceFile ；

  18. 第14个常量：tag=0X 01,为一个constant_UTF8类型（utf8编码的字符串），根据它的定义后面的长度可变，length=0X00 0F表示后面有15个字节属于它的内容：bytes=0X  48 65 6C 6C 6F 57 6F 72 6C 64 2E 6A 61 76 61  即是： HelloWorld.java，可以知道这个是我们的文件名字；

  19. 第15个常量：tag=0X 0C,为一个constant_namdAndType类型（字段方法的部分符号引用），根据它的定义后面的4个字节属于它，name_index=0X00 07，descriptor_index=00 08；由前面可以知道，这个是对object的intit方法的总体描述，包含名字和描述符；

  20. 第16个常量：tag=0X 07,为一个constant_Class类型（对类或者接口的符号引用），根据它的定义后面的2个字节属于它，name_index=0X00 17，查看23号常量池，表示java/lang/System类；

  21. 第17个常量：tag=0X 0C,为一个constant_namdAndType类型（字段方法的部分符号引用），根据它的定义后面的4个字节属于它，name_index=0X00 18，descriptor_index=00 19，由前面可以知道，这个是对 Ljava/io/PrintStream类型的out字段的描述；

  22. 第18个常量：tag=0X 01,为一个constant_UTF8类型（utf8编码的字符串），根据它的定义后面的长度可变，length=0X00 0B表示后面有11个字节属于它的内容：bytes=0X 68 65 6C 6C 6F 20 77 6F 72 6C 64         即是： hello world，我们想要输出的常量

  23. 第19个常量：tag=0X 07,为一个constant_Class类型（对类或者接口的符号引用），根据它的定义后面的2个字节属于它，name_index=0X00 1A，查看26号常量池，表示java/io/PrintStream类；

  24. 第20个常量：tag=0X 0C,为一个constant_namdAndType类型（字段方法的部分符号引用），根据它的定义后面的4个字节属于它，name_index=0X00 1B，descriptor_index=00 1C，查看27、28号常量，是对println  方法的描述，表示返回值为void，参数为一个String;

  25. 第21个常量：tag=0X 01,为一个constant_UTF8类型（utf8编码的字符串），根据它的定义后面的长度可变，length=0X00 0A表示后面有10个字节属于它的内容：bytes=48 65 6C 6C 6F 57 6F 72 6C 64  
     即是： HelloWorld ;表示我们的类名
           
  26. 第22个常量：tag=0X 01,为一个constant_UTF8类型（utf8编码的字符串），根据它的定义后面的长度可变，length=0X00 10表示后面有16个字节属于它的内容：bytes= 6A 61 76 61 2F 6C 61 6E 67 2F 4F 62 6A 65 63 74  即是：  java/lang/Object ， 

  27. 第23个常量：tag=0X 01,为一个constant_UTF8类型（utf8编码的字符串），根据它的定义后面的长度可变，length=0X00 10表示后面有16个字节属于它的内容：bytes=  6A 61 76 61 2F 6C 61 6E 67 2F 53 79 73 74 65 6D  即是：  java/lang/System

  28. 第24个常量：tag=0X 01,为一个constant_UTF8类型（utf8编码的字符串），根据它的定义后面的长度可变，length=0X00 03表示后面有3个字节属于它的内容：bytes=   6F 75 74    即是：out 

  29. 第25个常量：tag=0X 01,为一个constant_UTF8类型（utf8编码的字符串），根据它的定义后面的长度可变，length=0X00 15表示后面有21个字节属于它的内容：bytes=  4C 6A 61 76 61 2F 69 6F 2F 50 72 69 6E 74 53 74 72 65 61 6D 3B    即是： Ljava/io/PrintStream;

  30. 第26个常量：tag=0X 01,为一个constant_UTF8类型（utf8编码的字符串），根据它的定义后面的长度可变，length=0X00 13表示后面有19个字节属于它的内容：bytes=6A 61 76 61 2F 69 6F 2F 50 72 69 6E 74 53 74 72  65 61 6D    即是：  java/io/PrintStream

  31. 第27个常量：tag=0X 01,为一个constant_UTF8类型（utf8编码的字符串），根据它的定义后面的长度可变，length=0X00 07表示后面有7个字节属于它的内容：bytes=00000116h: 70 72 69 6E 74 6C 6E   即是： println   

  32. 第28个常量：tag=0X 01,为一个constant_UTF8类型（utf8编码的字符串），根据它的定义后面的长度可变，length=0X00 15表示后面有7个字节属于它的内容：bytes= 28 4C 6A 61 76 61 2F 6C 61 6E 67 2F 53 74 72 69  6E 67 3B 29 56 即是：  (Ljava/lang/String;)V，至此常量池的解析就结束了。

  33. 0X 00 21 两个字节： 表示 access_flags，这里为0x0021。根据access_flags表可以查到，该值是0x0020和0x0001两者的和，即该类的修饰符为ACC_PUBLIC+ACC_SUPER，前者表示该类是public类型，后者表示采用invokespecial指令特殊处理对超类的调用
  34. 0X 00 05 两个字节：表示this_class；它是一个对常量池表项的索引，指向5号常量池;查看5号常量池正是HelloWorld
  35.  0X 00 06 两个字节：表示 super_class:它也是一个对常量池表象的索引，指向6号常量池；表示为object类；

  36. 0X 00 00 两个字节：表示interfaces_count,表示直接实现或者该解决扩展的超接口为0个；没有实现任何接口

  37. 0X 00 00 两个字节：表示feild_count,表示该类没有申明字段；

  38. 0X 00 02 两个字节：表示method_count,表示该类申明了2个方法，接下去是这两个方法的相信信息

  39. 第一个method_info的结构：根据上一章节的内容，接下去的2个字节表示
     （1）、access_flags=0X 00 01,表示是一个ACC_PUBLIC 的方法，
     （2）、在两个字节0X 00 07 表示 name_index,表示常量池中第7个常量为<init>，即是 <init>方法，
     （3）、在接下两个字节 0X00 08 表示desciptor_index,表示常量池第8个常量为 ()V ，即是没有参数，返回值为void；，
     （4）、在接下去两个字节0X 00 01 表示attribute_count,表示有1个attribute，
     （5）、接下去表示一个attribute_info 的结构；查看attribute_info 的结构定义：

  40. attribute_info {         u2 attribute_name_index; u4 attribute_length; u1 info[attribute_length];    }
       1）、所以 在接下去的两个字节 0X 00 09，查看第9好常量池为Code,然后code_attribute的定义：


    Code_attribute {                u2 attribute_name_index;         u4 attribute_length;         u2 max_stack;         u2 max_locals;         u4 code_length;         u1 code[code_length];         u2 exception_table_length;         {       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];    }
         
    在看这个结构体 attribute_name_index =0X 00 09,然后4个字节0X 00 00 00 1D表示长度 为29个字节说明接下去的29个字节属于这个属性，这里不暂时不展开。 

  41. 第二个method_info的结构：去掉前面的29个字节，
    （1）、接下去的2个字节表示access_flags=0X 00 09,表示是一个ACC_PUBLIC和ACC_STATIC 的方法，
    （2）、在两个字节0X 00 0B表示 name_index,表示常量池中第11个常量为main ，即是 main 方法，
    （3）、在接下两个字节 0X00 0C 表示desciptor_index,表示常量池第12个常量为([Ljava/lang/Str ing;)V，即是参数为String []，返回值为void；
    （4）、在接下去两个字节0X 00 01 表示attribute_count,表示有1个attribute，索引接下去表示一个attribute_info 的结构；所有查看attribute_info 的结构定义：
     
    attribute_info {         u2 attribute_name_index; u4 attribute_length; u1 info[attribute_length];    }
     1）、所以 在接下去的两个字节 0X 00 09，查看第9好常量池为Code,然后code_attribute的定义：

    Code_attribute {         u2 attribute_name_index;         u4 attribute_length;         u2 max_stack;         u2 max_locals;         u4 code_length;         u1 code[code_length];         u2 exception_table_length;         {       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];    }
     在看这个结构体 attribute_name_index =0X 00 09,然后4个字节0X 00 00 00 25表示长度 为37个字节说明接下去的37个字节属于这个属性，这里不暂时不展开。


  42. 去掉前面的37个字节，接下去的两个字节0X 00 01 表示接下去有一个attributes_info结构，参照前面的定义，（1）、0X 00 0D表示 attribute_name_index，13号常量为 SourceFile，表示属性名字为SourceFile； 该属性是一个可选的定长属性，并且在class文件中只有一个sourcefile_atrribute存在，对于给定的ClassFile结构的attributes列表中不能有多于一的SourceFile属性；查阅SourceFile_attribute表可知，
     
    sourceFile_attribute{   U2  attribute_name_index ;   U4  attribute_length;   U2   sourcefile_index;}
     
     （1）、下面的    4个字节为attribute_length项，其值为0x00 00 00 02，它表示在该项后面还有2个字节的信息，这个长度永远为2。
      （2）、根据SourceFile_attribute表，最后的这两个字节是sourcefile_index项，该项的值是一个对CONSTANT_Utf8_info结构的常量池表项的索引，其信息表示的是该Class文件的源文件名称。在这里值为0x00 0E,第14号常量池表项存储的信息可解析为“HelloWorld.java”，这是该Class文件的源文件名称(不包括路径)。

到此整个 HelloWord.class 解析结束。。下一节。我们将通过几个例子说明怎么利用读懂的class文件的格式。

 

 

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