Java Class类文件结构

Love The Way You Lie 2022-03-27 05:38 330阅读 0赞

感谢原作者: http://blog.csdn.net/zhy05/article/details/1800309

Class文件格式

Class文件格式ClassFile结构体的C语言描述如下：

struct ClassFile

u4 magic; //识别Class文件格式，具体值为0xCAFEBABE，

u2 minor\_version; // Class文件格式副版本号，

u2 major\_version; // Class文件格式主版本号，

u2 constant\_pool\_count; // 常数表项个数，

cp\_info \*\*constant\_pool;// 常数表，又称变长符号表，

u2 access\_flags;  //Class的声明中使用的修饰符掩码，

u2 this\_class; //常数表索引，索引内保存类名或接口名，

u2 super\_class; //常数表索引，索引内保存父类名，

u2 interfaces\_count; //超接口个数，

u2 \*interfaces; //常数表索引，各超接口名称，

u2 fields\_count; //类的域个数，

field\_info \*\*fields; //域数据，包括属性名称索引，

//域修饰符掩码等，

u2 methods\_count;  //方法个数，

method\_info \*\*methods;//方法数据，包括方法名称索引，方法修饰符掩码等，

u2 attributes\_count;  //类附加属性个数，

attribute\_info \*\*attributes; //类附加属性数据，包括源文件名等。

\};

其中u2为unsigned short，u4为unsigned long：

typedef unsigned char  u1;

typedef unsigned short  u2;

typedef unsigned long  u4;

cp\_info \*\*constant\_pool是常量表的指针数组，指针数组个数为constant\_pool\_count，结构体cp\_info为

struct cp\_info

u1 tag; //常数表数据类型

u1 \*info; //常数表数据

\};

常数表数据类型Tag定义如下：

\#defineCONSTANT\_Class 7

\#define CONSTANT\_Fieldref 9

\#define CONSTANT\_Methodref 10

\#define CONSTANT\_InterfaceMethodref 11

\#define CONSTANT\_String 8

\#define CONSTANT\_Integer 3

\#define CONSTANT\_Float 4

\#define CONSTANT\_Long 5

\#define CONSTANT\_Double 6

\#define CONSTANT\_NameAndType 12

\#define CONSTANT\_Utf8 1

每种类型对应一个结构体保存该类型数据，例如CONSTANT\_Class 的info指针指向的数据类型应为CONSTANT\_Class\_info

struct CONSTANT\_Class\_info

u1 tag;

u2 name\_index;

\};

![tu2.JPG][]

图2

CONSTANT\_Utf8的info指针指向的数据类型应为CONSTANT\_Utf8\_info

struct CONSTANT\_Utf8\_info

u1 tag;

u2 length;

u1 \*bytes;

\};

Tag和info的详细说明参考《Java虚拟机规范》第四章4.4节。

access\_flags为类修饰符掩码，域与方法都有各自的修饰符掩码。

\#define ACC\_PUBLIC 0x0001

\#define ACC\_PRIVATE 0x0002

\#define ACC\_PROTECTED 0x0004

\#define ACC\_STATIC 0x0008

\#define ACC\_FINAL 0x0010

\#define ACC\_SYNCHRONIZED 0x0020

\#define ACC\_SUPER 0x0020

\#define ACC\_VOLATILE 0x0040

\#define ACC\_TRANSIENT 0x0080

\#define ACC\_NATIVE 0x0100

\#define ACC\_INTERFACE 0x0200

\#define ACC\_ABSTRACT 0x0400

\#define ACC\_STRICT 0x0800

例如类的修饰符为public abstract则access\_flags的值为ACC\_PUBLIC | ACC\_ABSTRACT=0x0401。

this\_class的值是常数表的索引，索引的info内保存类或接口名。例如类名为com.sum.java.swing.SwingUtitlities2在info保存为com/sum/java/swing/SwingUtitlities2

super\_class的值是常数表的索引，索引的info内保存超类名，在info内保存形式和类名相同。

interfaces是数组，数组个数为interfaces\_count，数组内的元素为常数表的索引，索引的info内保存超接口名，在info内保存形式和类名相同。

field\_info \*\*fields是类域数据的指针数组，指针数组个数为fields\_count，结构体field\_info定义如下：

struct field\_info

u2 access\_flags;  //域修饰符掩码

u2 name\_index; //域名在常数表内的索引

u2 descriptor\_index; //域的描述符，其值是常数表内的索引

u2 attributes\_count; //域的属性个数

attribute\_info \*\*attributes; //域的属性数据，即域的值

\};

例如一个域定义如下：

private final static byte UNSET=127;

则该域的修饰符掩码值为：ACC\_PRIVATE | ACC\_STATIC | ACC\_FINAL=0x001A

常数表内name\_index索引内保存数据为UNSET，常数表内descriptor\_index索引内保存的数据为B（B表示byte, 其他类型参考《Java虚拟机规范》第四章4.3.2节）。attributes\_count的值为1，其中attributes是指针数组。指针数组个数为attributes\_count，在此为1，attribute\_info结构体如下：

struct attribute\_info

u2 attribute\_name\_index; //常数表内索引

u4 attribute\_length; //属性长度

u1 \*info; //根据属性类型不同而值不同

\};

attribute\_info可以转换(cast)为多种类型ConstantValue\_attribute，Exceptions\_attribute，LineNumberTable\_attribute，LocalVariableTable\_attribute，Code\_attribute等。

因为域的属性只有一种：ConstantValue\_attribute，因此此结构体转换为

struct ConstantValue\_attribute

u2 attribute\_name\_index; //常数表内索引

u4 attribute\_length; //属性长度值，永远为2

u2 constantvalue\_index;  //常数表内索引，保存域的值

//在此例中，常数表内保存的值为127

\};

method\_info \*\*methods是方法数据的指针数组，指针数组个数为methods\_count，结构体method\_info定义如下：

struct method\_info

u2 access\_flags; //方法修饰符掩码

u2 name\_index; //方法名在常数表内的索引

u2 descriptor\_index; //方法描述符，其值是常数表内的索引

u2 attributes\_count; //方法的属性个数

attribute\_info \*\*attributes; //方法的属性数据，

//保存方法实现的Bytecode和异常处理

\};

例如一个方法定义如下：

public static boolean canAccessSystemClipboard()\{

...

则access\_flags的值为 ACC\_PUBLIC | ACC\_STATIC =0x0009，常数表内name\_index索引内保存数据为canAccessSystemClipboard，常数表内descriptor\_index索引内保存数据为()Z；(括号表示方法参数，Z表示返回值为布尔型，详细说明参照《Java虚拟机规范》第四章4.3.2节)。attribute\_info \*\*attributes是方法的属性指针数组，个数为attributes\_count，数组内保存的是常数表索引，info为Code\_attribute或Exceptions\_attribute。

本文不解析方法内容，因此忽略Code\_attribute和Exceptions\_attribute的内容。

ClassFile结构体中的attribute\_info \*\*attributes是附加属性数组指针，个数为attributes\_count，本文只识别SourceFile属性。

struct SourceFile\_attribute

u2 attribute\_name\_index; //常数表内索引

u4 attribute\_length; //属性长度值，永远为2

u2 sourcefile\_index; //常数表内索引，info保存源文件名

\};

例如com.sum.java.swing.SwingUtitlities2类的源文件名为SwingUtitlities2.java。

以上是本文需要解析的Class文件格式。

2.1.2 读取数据

定义CJavaClass类完成解析Class文件，生成Java源程序字符串。使用VC++的MFC类CFile从Class文件读取数据。例如：用16进制编辑器打开Class文件，如图3，前4个byte分别是CA FE BA BE，使用CFile::Read(tmp,sizeof(u4))读取后，tmp的值为0xBEBAFECA，所以需要位转换。定义以下方法从文件读取定长数据：

void readu1(u1 \*buff);

void readu2(u2 \*buff);

void readu4(u4 \*buff);

定义如下方法读取变长数据。

void readun(void \*buff,u4 len)；

读取的u2和u4的数据需要位转换：

调用void readu4(u4 \*buff);后buff的值为0xCAFEBABE，该值为ClassFile的magic，识别该文件是Java Class文件。

![tu3.JPG][]

图3

magic的后面是Class格式的版本号，图3的版本为0x00000030=0.48。版本后面是常数表的元素个数，图3的常数表的元素个数为0xD2=210个。常数表的元素个数之后如ClassFile结构体定义的常数表，类信息，接口信息，域信息，方法信息和附加属性等。

### 2.2 生成Java源文件 ###

解析Class文件后，生产ClassFile结构体。遍历该结构体数据，则可根据Java语言规范生成Java源文件。例如根据ClassFile的access\_flags值获得Java类的修饰符，其中access是CArray<CString,CString&>，保存类所有的修饰符：

if((flag & ACC\_PUBLIC )==ACC\_PUBLIC)

access.Add(CString("public"));

if((flag & ACC\_PRIVATE)==ACC\_PRIVATE)

access.Add(CString("private"));

if((flag & ACC\_PROTECTED)==ACC\_PROTECTED)

access.Add(CString("protected"));

…

### 2.3显示视图 ###

将获得的Java源代码显示在MFC的CScrollView视图非常简单，可以添加一些关键字颜色，例如注释显示为草绿色等，如图4。

![tu4.JPG][]

图4

[tu2.JPG]: /images/20220327/c5e98bb040d34914aaee134006031bf9.png
[tu3.JPG]: /images/20220327/e4be4b62c3b747928bac0f0a1b6e1545.png
[tu4.JPG]: /images/20220327/32f77844761448ffa0bad60c678e4737.png