Java Class文件详解认识java的Class类

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Class 类是在Java语言中定义一个特定类的实现。一个类的定义包含成员变量，成员方法，还有这个类实现的接口，以及这个类的父类。Class类的对象用于表示当前运行的 Java 应用程序中的类和接口。比如：每个数组均属于一个 Class 类对象，所有具有相同元素类型和维数的数组共享一个Class 对象。基本的 Java 类型(boolean, byte, char, short, int, long, float 和 double) 和 void 类型也可表示为 Class 对象。

一，class类有什么用？

class类的实例表示java应用运行时的类(class ans enum)或接口(interface and annotation)（每个java类运行时都在JVM里表现为一个class对象，可通过类名.class,类型.getClass(),Class.forName("类名")等方法获取class对象）。数组同样也被映射为为class 对象的一个类，所有具有相同元素类型和维数的数组都共享该 Class 对象。基本类型boolean，byte，char，short，int，long，float，double和关键字void同样表现为 class 对象。

二，class类的特征
class类没有公有的构造方法，它由JVM自动调用（在new对象或者加载-classLoader时）。

下面的方法作用是打印出对象的class name：

void printClassName(Object obj) {
         System.out.println("The class of " + obj +
                            " is " + obj.getClass().getName());
   }
同样可以根据class literal 获得class name：
System.out.println("The name of class Foo is: "+Foo.class.getName());//你可以将Foo改为void尝试下。
三，class的主要方法

class类的方法还是挺多的。主要是用于得到运行时类的相关信息(可用于反射)。

重要的几个方法：

1， public static Class<?> forName(String className) ：natice 方法，动态加载类。非常重要。
如在sql中动态加载驱动程序:class.forName(sqlDriver);

2，public T newInstance() ：根据对象的class新建一个对象，用于反射。非常重要。
可用在反射中构建对象，调用对象方法：

class doubleClass= class.forName("java.lang.Double");

Object objDouble = doubleClass.newInstance();

如在javaBean中就应用了这个方法，因为java默认要有一个无参构造函数。

3， public ClassLoader getClassLoader() ：获得类的类加载器Bootstrap ，Extension ,System or user custom ClassLoader(一般为system classloader)。重要。

4，public String getName() ：获取类或接口的名字。记住enum为类，annotation为接口。重要

5，public native Class getSuperclass()：获取类的父类，继承了父类则返回父类，否则返回java.lang.Object。返回Object的父类为空-null。一般
6，public java.net.URL getResource(String name) ：根据字符串获得资源。

7，其他类

public boolean isEnum() ：判断是否为枚举类型。

public native boolean isArray() ：判断是否为数组类型。

public native boolean isPrimitive() ：判断是否为基本类型。
public boolean isAnnotation() ：判断是否为注解类型。

public Package getPackage() ：反射中获得package，如java.lang.Object 的package为java.lang。

public native int getModifiers() ：反射中获得修饰符，如public static void等。

public Field getField(String name)：反射中获得域成员。

public Field[] getFields() :获得域数组成员。
public Method[] getMethods() ：获得方法。

public Method getDeclaredMethod(String name, Class<?>... parameterTypes)：加个Declared代表本类，继承，父类均不包括。

public Constructor<?>[] getConstructors() ：获得所有的构造函数。

如此我们可以知道反射可以运行时动态获得类的所有信息，并新建对象（newInstance()方法）。

Class文件中包含以下信息：

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1. 通过实例来看

[+]view code

我们使用WinHex查看Sub类的.class文件：

2. 魔数

作用：确定该文件是否是虚拟机可接受的class文件。java的魔数统一为 0xCAFEBABE (来源于一款咖啡)。

区域：文件第0~3字节。

3. 版本号

作用：表示class文件的版本，由minorversion和majorversion组成。

区域：文件第4~7字节。
如

51代表，jdk为1.7.0

需要注意的是java版本号是从45开始的，大版本发布，主版本号+1.高版本的jdk能向下兼容以前版本的class文件，但不兼容以后版本的class文件。

4. 常量池

常量池的大小是不固定的，根据你的类中的常量的多少而定，所以在常量池的入口，放置了一个u2类型的表示常量池中常量个数的常量池容量计数器。计数器从1开始，第0位有特殊含义，表示指向常量池的索引值数据不引用任何一个常量池项目。池中的数据项就像数组一样是通过索引访问的。

我们可以清楚的看到，我们常量池中有63-1=62个常量。这些常量是什么呢？

要存放字面量Literal和符号引用Symbolic References。

字面量可能是文本字符串，或final的常量值。
符号引用包括以下：

类或接口全限定名 Full Qualified Name

字段名称和描述符 Descriptor

方法名称和描述符

我们使用反编译工具查看一下：

[+]view code

常量池中的项目类型如下：

CONSTANT_Utf8_info tag标志位为1, UTF-8编码的字符串

CONSTANT_Integer_info tag标志位为3，整形字面量

CONSTANT_Float_info tag标志位为4，浮点型字面量

CONSTANT_Long_info tag标志位为5，长整形字面量

CONSTANT_Double_info tag标志位为6，双精度字面量

CONSTANT_Class_info tag标志位为7，类或接口的符号引用

CONSTANT_String_info tag标志位为8，字符串类型的字面量

CONSTANT_Fieldref_info tag标志位为9, 字段的符号引用

CONSTANT_Methodref_info tag标志位为10，类中方法的符号引用

CONSTANT_InterfaceMethodref_info tag标志位为11, 接口中方法的符号引用

CONSTANT_NameAndType_info tag 标志位为12，字段和方法的名称以及类型的符号引用

5. 类或接口访问标志

表示类或者接口方面的访问信息，比如Class表示的是类还是接口，是否为public、static、final等。，下面我们就来看看TestClass的访问标示。Class的访问标志值为0x0021：

根据前面说的各种访问标示的标志位，我们可以知道：0x0021=0x0001|0x0020 也即ACC_PUBLIC 和 ACC_SUPER为真，其中ACC_PUBLIC大家好理解，ACC_SUPER是jdk1.2之后编译的类都会带有的标志。

6. 类索引、父类索引与接口索引集合

Class文件中由这3项数据来确定类的继承关系。

类索引和父类索引都是指向常量池中的常量索引：

紧接着后面是一个接口的计数器和接口描述符：

7. 字段表集合

作用：描述接口或者类中声明的类变量以及实例变量，不包括方法中的局部变量。

紧接着接口索引集合之后的2字节是字段计数器：

表示我们类中有3个字段，这里便是subInt、subString、subObject 3个字段。紧接其后的是字段表，字段表结构为：

[+]view code

access_flags项的值是用于定义字段被访问权限和基础属性的掩码标志。取值范围如下表：

描述符标识字符含义：

V 表示特殊类型void。

对于数组类型，每一个维度将使用一个前置的”["字符来描述，如一个定义的"java.lang.String[][]“类型的二维数组，将被记录为:”[[Ljava/lang/String;",一个整型数组"int[]“将被记录为”[I"

父类中的字段不会出现在子类的字段表中。

8. 方法表集合

字段表集合结束后便是方法表集合。

作用：描述该类中的方法。

和字段表一样，使用一个u2类型的方法计数器，记录该类中方法的个数。

表示我们的类中有9个方法。

方法表的结构如下图所示

其中name_index和descriptor_index表示的是方法的名称和描述符，他们分别是指向常量池的索引。这里需要结解释一下方法的描述符，方法的描述符的结构为：（参数列表）返回值，比如public int instanceMethod(int param)的描述符为：（I）I，表示带有一个int类型参数且返回值也为int类型的方法，方法java.lang.String.toString()的描述符为"()Ljava/lang/String;"，int IndexOf(char[] source,int sourceOffset,int sourceCount,char[] target int targetOffset,int targetCount,int fromIndex) 表示为([CII[CII)I。接下来就是属性数量以及属性表了，方法表和字段表虽然都有属性数量和属性表，但是他们里面所包含的属性是不同。

如果父类方法在子类中没有被重写（@Override），方法表中就不会出现来自父类的方法信息。

9. 属性表集合

上面的方法表中我们就看到<init>方法有一个Code的属性。在本节我们将阐述这些属性：

Code属性：

该属性里主要存放由javac编译器处理后得到的字节码指令。

其中attribute_name_index指向常量池中值为Code的常量，attribute_length的长度表示Code属性表的长度（这里需要注意的时候长度不包括attribute_name_index和attribute_length的6个字节的长度）。

max_stack表示最大栈深度，虚拟机在运行时根据这个值来分配栈帧中操作数的深度，而max_locals代表了局部变量表所需的存储空间。

max_locals的单位为slot，slot是虚拟机为局部变量分配内存的最小单元，在运行时，对于不超过32位类型的数据类型，比如 byte,char,int等占用1个slot，而double和Long这种64位的数据类型则需要分配2个slot，另外max_locals的值并不是所有局部变量所需要的内存数量之和，因为slot是可以重用的，当局部变量超过了它的作用域以后，局部变量所占用的slot就会被重用。方法参数、显示异常处理器的参数、方法体中定义的局部变量都要使用局部变量表来存放。

code_length代表了字节码指令的数量，而code表示的是字节码指令，从上图可以知道code的类型为u1,一个u1类型的取值为0x00-0xFF,对应的十进制为0-255，目前虚拟机规范已经定义了200多条指令。

exception_table_length以及exception_table分别代表方法对应的异常信息。

attributes_count和attribute_info分别表示了Code属性中的属性数量和属性表，从这里可以看出Class的文件结构中，属性表是很灵活的，它可以存在于Class文件，方法表，字段表以及Code属性中。

修改一下Sub中的InterB方法：

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大家不妨先猜一下这个函数的结果是什么？假如在try块中发生异常，结构又是什么？我相信对Java语言熟悉的朋友，肯定知道答案。

使用反编译工具查看：

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从 args_size=2这条反编译代码，我们可以知道，在public int interB(int i)这个方法中有6个局部变量，2个参数，可是我们的函数中明明只有一个参数么……这是因为编译器会为每一个实例函数包括构造器添加一个参数this，在JVM调用该方法的时候会该形参传递一个实参—方法所在对象的自身。

Exception table:

from to target type

2 9 14 Class java/lang/Exception

2 9 25 any

14 20 25 any

上表表头表示，当字节码在form行到to行（不包括to行）出现类型为type的异常，则转到第target行继续处理。

从方法的异常表中，我们可以看到这个函数有3条执行路径：

这里我们插入阐述一下LineNumberTable表的含义：它表示Java源码行号与字节码行号之间的对应关系。