深刻理解Java Class文件格式（五）

時間 2019-12-02

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（8） CONSTANT_Class_infojava

常量池中的一個CONSTANT_Class_info，能夠看作是CONSTANT_Class數據類型的一個實例。他是對類或者接口的符號引用。它描述的能夠是當前類型的信息，也能夠描述對當前類的引用，還能夠描述對其餘類的引用。也就是說，若是訪問了一個類字段，或者調用了一個類的方法，對這些字段或方法的符號引用，必須包含它們所在的類型的信息， CONSTANT_Class_info就是對字段或方法符號引用中類型信息的描述。數組

CONSTANT_Class_info的第一個字節是tag，值爲7，也就是說，當虛擬機訪問到一個常量池中的數據項，若是發現它的tag值爲7，就能夠判斷這是一個CONSTANT_Class_info 。 tag下面的兩個字節是一個叫作name_index的索引值，它指向一個CONSTANT_Utf8_info，這個CONSTANT_Utf8_info中存儲了CONSTANT_Class_info要描述的類型的全限定名。全限定名的概念在前面的博文深刻理解Java Class文件格式（二）中將結果，不熟悉的同窗能夠先閱讀這篇文章。佈局

此外要說明的是， java中數組變量也是對象，那麼數組也就有相應的類型，而且數組的類型也是使用CONSTANT_Class_info描述的，而且數組類型和普通類型的描述有些區別。普通類型的CONSTANT_Class_info中存儲的是全限定名，而數組類型對應的CONSTANT_Class_info中存儲的是數組類型相對應的描述符字符串。舉例說明：this

與Object類型對應的CONSTANT_Class_info中存儲的是： java/lang/Object
與Object[]類型對應的CONSTANT_Class_info中存儲的是： [Ljava/lang/Object; spa

下面看CONSTANT_Class_info的存儲佈局：3d

例如，若是在一個類中引用了System這個類，那麼就會在這個類的常量池中出現如下信息：code

（9） CONSTANT_Fieldref_info對象

常量池中的一個CONSTANT_Fieldref_info，能夠看作是CONSTANT_Field數據類型的一個實例。該數據項表示對一個字段的符號引用，能夠是對本類中的字段的符號引用，也能夠是對其餘類中的字段的符號引用，能夠是對成員變量字段的符號引用，也能夠是對靜態變量的符號引用, 其中ref三個字母就是reference的簡寫。以前的文章中，「符號引用」這個名詞出現了不少次，可能有的同窗一直不是很明白，等介紹完CONSTANT_Fieldref_info，就能夠很清晰的瞭解什麼是符號引用。下面分析CONSTANT_Fieldref_info中的內容都存放了什麼信息。 blog

和其餘類型的常量池數據項同樣，它的第一個字節也必然是tag，它的tag值爲9 。也就是說，當虛擬機訪問到一個常量池中的一項數據，若是發現這個數據的tag值爲9，就能夠肯定這個被訪問的數據項是一個CONSTANT_Fieldref_info，而且知道這個數據項表示對一個字段的符號引用。索引

tag值下面的兩個字節是一個叫作class_index的索引值，它指向一個CONSTANT_Class_info數據項，這個數據項表示被引用的字段所在的類型，包括接口。因此說， CONSTANT_Class_info能夠做爲字段符號引用的一部分。

class_index如下的兩個字節是一個叫作name_and_type_index的索引，它指向一個CONSTANT_NameAndType_info，這個CONSTANT_NameAndType_info前面的博客中已經解釋過了，不明白的朋友能夠先看前面的博客：深刻理解Java Class文件格式（三）。這個CONSTANT_NameAndType_info描述的是被引用的字段的名稱和描述符。咱們在前面的博客中也提到過， CONSTANT_NameAndType_info能夠做爲字段符號引用的一部分。

到此，咱們能夠說， CONSTANT_Fieldref_info就是對一個字段的符號引用，這個符號引用包括兩部分，一部分是該字段所在的類，另外一部分是該字段的字段名和描述符。這就是所謂的「對字段的符號引用」。

下面結合實際代碼來講明，代碼以下：

package com.jg.zhang;
 
public class TestInt {
    int a = 10;
    void print(){
        System.out.println(a);
    }
}

在print方法中，引用了本類中的字段a。代碼很簡單，咱們一眼就能夠看到print方法中是如何引用本類中定義的字段a的。那麼在class文件中，對字段a的引用是如何描述的呢？下面咱們將這段代碼使用javap反編譯，給出簡化後的反編譯結果：

Constant pool:
#1 = Class #2 // com/jg/zhang/TestInt
#2 = Utf8 com/jg/zhang/TestInt

......

#5 = Utf8 a
#6 = Utf8 I

......

#12 = Fieldref #1.#13 // com/jg/zhang/TestInt.a:I
#13 = NameAndType #5:#6 // a:I

......

{

void print();
flags:
Code:
stack=2, locals=1, args_size=1
0: getstatic #19 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
3: aload_0
4: getfield #12 // Field a:I
7: invokevirtual #25 // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
10: return
}

能夠看到， print方法的位置爲4的字節碼指令getfield引用了索引爲12的常量池數據項，常量池中索引爲12的數據項是一個CONSTANT_Fieldref_info，這個CONSTANT_Fieldref_info又引用了索引爲1和13的兩個數據項，索引爲1的數據項是一個CONSTANT_Class_info，這個CONSTANT_Class_info數據項又引用了索引爲2的數據項，索引爲2的數據項是一個CONSTANT_Utf8_info , 他存儲了字段a所在的類的全限定名com/jg/zhang/TestInt 。而CONSTANT_Fieldref_info所引用的索引爲13的數據項是一個CONSTANT_NameAndType_info，它又引用了兩個數據項，分別爲第5項和第6項，這是兩個CONSTANT_Utf8_info ，分別存儲了字段a的字段名a，和字段a的描述符I 。

下面給出內存佈局圖，這個圖中涉及的東西有點多，由於CONSTANT_Fieldref_info引用了CONSTANT_Class_info和CONSTANT_NameAndType_info， CONSTANT_Class_info又引用了一個CONSTANT_Utf8_info ，而CONSTANT_NameAndType_info又引用了兩個CONSTANT_Utf8_info 。

（10） CONSTANT_Methodref_info

常量池中的一個CONSTANT_Methodref_info，能夠看作是CONSTANT_Methodref數據類型的一個實例。該數據項表示對一個類中方法的符號引用，能夠是對本類中的方法的符號引用，也能夠是對其餘類中的方法的符號引用，能夠是對成員方法字段的符號引用，也能夠是對靜態方法的符號引用,可是不會是對接口中的方法的符號引用。其中ref三個字母就是reference的簡寫。在上一小節中介紹了CONSTANT_Fieldref_info，它是對字段的符號引用，本節中介紹的CONSTANT_Methodref_info和CONSTANT_Fieldref_info很類似。既然是符號「引用」，那麼只有在原文件中調用了一個方法，常量池中才有和這個被調用方法的相對應的符號引用，即存在一個CONSTANT_Methodref_info。若是隻是在類中定義了一個方法，可是沒調用它，則不會在常量池中出現和這個方法對應的CONSTANT_Methodref_info 。

和其餘類型的常量池數據項同樣，它的第一個字節也必然是tag，它的tag值爲10 。也就是說，當虛擬機訪問到一個常量池中的一項數據，若是發現這個數據的tag值爲10，就能夠肯定這個被訪問的數據項是一個CONSTANT_Methodref_info，而且知道這個數據項表示對一個方法的符號引用。

tag值下面的兩個字節是一個叫作class_index的索引值，它指向一個CONSTANT_Class_info數據項，這個數據項表示被引用的方法所在的類型。因此說， CONSTANT_Class_info能夠做爲方法符號引用的一部分。

class_index如下的兩個字節是一個叫作name_and_type_index的索引，它指向一個CONSTANT_NameAndType_info，這個CONSTANT_NameAndType_info前面的博客中已經解釋過了，不明白的朋友能夠先看前面的博客：深刻理解Java Class文件格式（三）。這個CONSTANT_NameAndType_info描述的是被引用的方法的名稱和描述符。咱們在前面的博客中也提到過， CONSTANT_NameAndType_info能夠做爲方法符號引用的一部分。

到此，咱們能夠知道， CONSTANT_Methodref_info就是對一個字段的符號引用，這個符號引用包括兩部分，一部分是該方法所在的類，另外一部分是該方法的方法名和描述符。這就是所謂的「對方法的符號引用」。下面結合實際代碼來講明，代碼以下：

package com.jg.zhang;
 
public class Programer {
 
    Computer computer;
    
    public Programer(Computer computer){
        this.computer = computer;
    }
    
    public void doWork(){
        computer.calculate();
    }
}


package com.jg.zhang;
 
public class Computer {
 
    public void calculate() {
        System.out.println("working...");
        
    }
}

上面的代碼包括兩個類，其中Programer類引用了Computer類，在Programer類的doWork方法中引用（調用）了Computer類的calculate方法。源碼中對一個方法的描述形式咱們再熟悉不過了，如今咱們就反編譯Programer，看看Programer中對Computer的doWork方法的引用，在class文件中是如何描述的。

下面給出Programer的反編譯結果，其中省去了一些不相關的信息：
Constant pool:
.........

#12 = Utf8 ()V

#20 = Methodref #21.#23 // com/jg/zhang/Computer.calculate:()V
#21 = Class #22 // com/jg/zhang/Computer
#22 = Utf8 com/jg/zhang/Computer
#23 = NameAndType #24:#12 // calculate:()V
#24 = Utf8 calculate

{

com.jg.zhang.Computer computer;
flags:

.........

public void doWork();
flags: ACC_PUBLIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: getfield #13 // Field computer:Lcom/jg/zhang/Computer;
4: invokevirtual #20 // Method com/jg/zhang/Computer.calculate:()V
7: return
}

能夠看到， doWork方法的位置爲4的字節碼指令invokevirtual引用了索引爲20的常量池數據項，常量池中索引爲20的數據項是一個CONSTANT_Methodref_info，這個CONSTANT_Methodref_info又引用了索引爲21和23的兩個數據項，索引爲21的數據項是一個CONSTANT_Class_info，這個CONSTANT_Class_info數據項又引用了索引爲22的數據項，索引爲22的數據項是一個CONSTANT_Utf8_info , 他存儲了被引用的Computer類中的calculate方法所在的類的全限定名com/jg/zhang/Computer 。而CONSTANT_Methodref_info所引用的索引爲23的數據項是一個CONSTANT_NameAndType_info，它又引用了兩個數據項，分別爲第24項和第12項，這是兩個CONSTANT_Utf8_info ，分別存儲了被引用的方法calculate的方法名calculate，和該方法的描述符()V 。

下面給出內存佈局圖，這個圖中涉及的東西一樣有點多，由於CONSTANT_Methodref_info引用了CONSTANT_Class_info和CONSTANT_NameAndType_info， CONSTANT_Class_info又引用了一個CONSTANT_Utf8_info ，而CONSTANT_NameAndType_info又引用了兩個CONSTANT_Utf8_info 。

（11） CONSTANT_InterfaceMethodref_info

常量池中的一個CONSTANT_InterfaceMethodref_info，能夠看作是CONSTANT_InterfaceMethodref數據類型的一個實例。該數據項表示對一個接口方法的符號引用，不能是對類中的方法的符號引用。其中ref三個字母就是reference的簡寫。在上一小節中介紹了CONSTANT_Methodref_info，它是對類中的方法的符號引用，本節中介紹的CONSTANT_InterfaceMethodref和CONSTANT_Methodref_info很類似。既然是符號「引用」，那麼只有在原文件中調用了一個接口中的方法，常量池中才有和這個被調用方法的相對應的符號引用，即存在一個CONSTANT_InterfaceMethodref。若是隻是在接口中定義了一個方法，可是沒調用它，則不會在常量池中出現和這個方法對應的CONSTANT_InterfaceMethodref 。

和其餘類型的常量池數據項同樣，它的第一個字節也必然是tag，它的tag值爲11 。也就是說，當虛擬機訪問到一個常量池中的一項數據，若是發現這個數據的tag值爲11，就能夠肯定這個被訪問的數據項是一個CONSTANT_InterfaceMethodref，而且知道這個數據項表示對一個接口中的方法的符號引用。

tag值下面的兩個字節是一個叫作class_index的索引值，它指向一個CONSTANT_Class_info數據項，這個數據項表示被引用的方法所在的接口。因此說， CONSTANT_Class_info能夠做爲方法符號引用的一部分。

class_index如下的兩個字節是一個叫作name_and_type_index的索引，它指向一個CONSTANT_NameAndType_info，這個CONSTANT_NameAndType_info前面的博客中已經解釋過了，不明白的朋友能夠先看前面的博客：深刻理解Java Class文件格式（三）。這個CONSTANT_NameAndType_info描述的是被引用的方法的名稱和描述符。咱們在前面的博客中也提到過， CONSTANT_NameAndType_info能夠做爲方法符號引用的一部分。

到此，咱們能夠知道， CONSTANT_InterfaceMethodref就是對一個接口中的方法的符號引用，這個符號引用包括兩部分，一部分是該方法所在的接口，另外一部分是該方法的方法名和描述符。這就是所謂的「對接口中的方法的符號引用」。

下面結合實際代碼來講明，代碼以下：

package com.jg.zhang;
 
public class Plane {
 
    IFlyable flyable;
    
    void flyToSky(){
        flyable.fly();
    }
}

package com.jg.zhang;
 
public interface IFlyable {
 
    void fly();
}

在上面的代碼中，定義可一個類Plane，在這個類中有一個IFlyable接口類型的字段flyable，而後在Plane的flyToSky方法中調用了IFlyable中的fly方法。這就是源代碼中對一個接口中的方法的引用方式，下面咱們反編譯Plane，看看在class文件層面，對一個接口中的方法的引用是如何描述的。
下面給出反編譯結果，爲了簡潔期間，省略了一些不相關的內容：

Constant pool:
.........

#8 = Utf8 ()V

#19 = InterfaceMethodref #20.#22 // com/jg/zhang/IFlyable.fly:()V
#20 = Class #21 // com/jg/zhang/IFlyable
#21 = Utf8 com/jg/zhang/IFlyable
#22 = NameAndType #23:#8 // fly:()V
#23 = Utf8 fly

{

.........

com.jg.zhang.IFlyable flyable;
flags:

.........

void flyToSky();
flags:
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: getfield #17 // Field flyable:Lcom/jg/zhang/IFlyable;
4: invokeinterface #19, 1 // InterfaceMethod com/jg/zhang/IFlyable.fly:()V
9: return

}

能夠看到， flyToSky方法的位置爲4的字節碼指令invokeinterface引用了索引爲19的常量池數據項，常量池中索引爲19的數據項是一個CONSTANT_InterfaceMethodref_info，這個CONSTANT_InterfaceMethodref_info又引用了索引爲20和22的兩個數據項，索引爲20的數據項是一個CONSTANT_Class_info，這個CONSTANT_Class_info數據項又引用了索引爲21的數據項，索引爲21的數據項是一個CONSTANT_Utf8_info , 他存儲了被引用的方法fly所在的接口的全限定名com/jg/zhang/IFlyable 。而CONSTANT_InterfaceMethodref_info所引用的索引爲22的數據項是一個CONSTANT_NameAndType_info，它又引用了兩個數據項，分別爲第23項和第8項，這是兩個CONSTANT_Utf8_info ，分別存儲了被引用的方法fly的方法名fly，和該方法的描述符()V 。

下面給出內存佈局圖，這個圖中涉及的東西一樣有點多，由於CONSTANT_InterfaceMethodref_info引用了CONSTANT_Class_info和CONSTANT_NameAndType_info， CONSTANT_Class_info又引用了一個CONSTANT_Utf8_info ，而CONSTANT_NameAndType_info又引用了兩個CONSTANT_Utf8_info 。

總結

到此爲止， class文件中的常量池部分就已經講解完了。進行一下總結。對於深刻理解Java和JVM ，理解class文件的格式相當重要，而在class文件中，常量池是一項很是重要的信息。常量池中有11種數據項，這個11種數據項存儲了各類信息，包括常量字符串，類的信息，方法的符號引用，字段的符號引用等等。常量池中的數據項經過索引來訪問，訪問形式相似於數組。常量池中的各個數據項以前會經過索引相互引用， class文件的其餘地方也會引用常量池中的數據項，如方法的字節碼指令。

在下面的文章中，會繼續介紹class文件中，位於常量池如下的其餘信息。這些信息包括：對本類的描述，對父類的描述，對實現的接口的描述，本類中聲明的字段的描述，本類彙總定義的方法的描述，還有各類屬性。