深刻理解Java Class文件格式（五）

（8） CONSTANT_Class_info

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。 

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。  

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：

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; 

下面看CONSTANT_Class_info的存儲佈局：

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：

（9） CONSTANT_Fieldref_info

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。 

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。 

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。