《Java虛擬機原理圖解》五、class文件中的字段表集合--field字段在class文件中是怎樣組織的

0.前言

         瞭解JVM虛擬機原理是每個Java程序員修煉的必經之路。可是因爲JVM虛擬機中有不少的東西講述的比較寬泛，在當前接觸到的關於JVM虛擬機原理的教程或者博客中，絕大部分都是充斥的文字性的描述，很難給人以形象化的認知，看完以後感受仍是稀裏糊塗的。

         感於以上的種種，我打算把我在學習JVM虛擬機的過程當中學到的東西，結合本身的理解，總結成《Java虛擬機原理圖解》 這個系列，以圖解的形式，將抽象的JVM虛擬機的知識具體化，但願可以對想了解Java虛擬機原理的的Java程序員 提供點幫助。

讀完本文，你將會學到：

一、類中定義的field字段是如何在class文件中組織的

二、不一樣的數據類型在class文件中是如何表示的

三、static final類型的field字段的初始化賦值問題

1.概述

     字段表集合是指由若干個字段表（field_info）組成的集合。對於在類中定義的若干個字段，通過JVM編譯成class文件後，會將相應的字段信息組織到一個叫作字段表集合的結構中，字段表集合是一個類數組結構，以下圖所示：

注意：這裏所講的字段是指在類中定義的靜態或者非靜態的變量，而不是在類中的方法內定義的變量。請注意區別。

好比，若是某個類中定義了5個字段，那麼，JVM在編譯此類的時候，會生成5個字段表（field_info）信息,而後將字段表集合中的字段計數器的值設置成5，將5個字段表信息依次放置到字段計數器的後面。

2. 字段表集合在class文件中的位置

字段表集合緊跟在class文件的接口索引集合結構的後面，以下圖所示：

3. Java中的一個Field字段應該包含那些信息？------字段表field_info結構體的定義    

  

    針對上述的字段表示，JVM虛擬機規範規定了field_info結構體來描述字段，其表示信息以下：

下面我將一一講解FIeld_info的組成元素：訪問標誌（access_flags）、名稱索引（name_index）、描述索引（descriptor_index）、屬性表集合

 4. field字段的訪問標誌

     如上圖所示定義的field_info結構體，field字段的訪問標誌(access_flags)佔有兩個字節，它可以表述的信息以下所示：

舉例：若是咱們在某個類中有定義field域：private static String str;，那麼在訪問標誌上，第15位ACC_PRIVATE和第13位ACC_STATIC標誌位都應該爲1。field域str的訪問標誌信息應該是以下所示：

如上圖所示，str字段的訪問標誌的值爲0x000A，它由兩個修飾符ACC_PRIVATE和ACC_STATIC組成。

根據給定的訪問標誌（access_flags），咱們能夠經過如下運算來獲得這個域有哪些修飾符：

上面列舉的str字段的訪問標誌的值爲000A，那麼分別域上述的標誌符的特徵值取&，結果爲1的只有ACC_PRIVATE和ACC_STATIC，因此該字段的標誌符只有有ACC_PRIVATE和ACC_STATIC。

5. 字段的數據類型表示和字段名稱表示

class文件對數據類型的表示以下圖所示：

field字段名稱，咱們定義了一個形如private static String str的field字段，其中"str"就是這個字段的名稱。

class文件將字段名稱和field字段的數據類型表示做爲字符串存儲在常量池中。在field_info結構體中，緊接着訪問標誌的，就是字段名稱索引和字段描述符索引，它們分別佔有兩個字節，其內部存儲的是指向了常量池中的某個常量池項的索引，對應的常量池項中存儲的字符串，分別表示該字段的名稱和字段描述符。

6.屬性表集合-----靜態field字段的初始化

在定義field字段的過程當中，咱們有時候會很天然地對field字段直接賦值，以下所示：

  
  
  
  

  
 
 
   
 
    
 
     
 
    
 
    
 
     
 
      public 
      static 
      final 
      int MAX= 
      100; 
     
 
    
 
 
   
 
    
 
     
 
    
 
    
 
     
 
      public 
      int count= 
      0; 
     
 
    
 

  

對於虛擬機而言，上述的兩個field字段賦值的時機是不一樣的：

•        對於非靜態（即無static修飾）的field字段的賦值將會出如今實例構造方法<init>()中
•        對於靜態的field字段，有兩個選擇：一、在靜態構造方法<cinit>()中進行；2 、使用ConstantValue屬性進行賦值

Sun javac編譯器對於靜態field字段的初始化賦值策略

目前的Sun javac編譯器的選擇是：若是使用final和static同時修飾一個field字段，而且這個字段是基本類型或者String類型的，那麼編譯器在編譯這個字段的時候，會在對應的field_info結構體中增長一個ConstantValue類型的結構體，在賦值的時候使用這個ConstantValue進行賦值；若是該field字段並無被final修飾，或者不是基本類型或者String類型，那麼將在類構造方法<cinit>()中賦值。

對於上述的public static final init MAX=100;   javac編譯器在編譯此field字段構建field_info結構體時，除了訪問標誌、名稱索引、描述符索引外，會增長一個ConstantValue類型的屬性表。

7.實例解析：

定義以下一個簡單的Simple類，而後經過查看Simple.class文件內容並結合javap -v Simple 生成的常量池內容，分析str field字段的結構：

  
  
  
  

  
 
 
   
 
    
 
     
 
    
 
    
 
     
 
      package com.louis.jvm; 
     
 
    
 
 
   
 
    
 
     
 
    
 
    
 
     
 
     
 
    
 
 
   
 
    
 
     
 
    
 
    
 
     
 
      public 
      class Simple { 
     
 
    
 
 
   
 
    
 
     
 
    
 
    
 
     
 
     
 
    
 
 
   
 
    
 
     
 
    
 
    
 
     
 
      private 
      transient 
      static 
      final String str = 
      "This is a test"; 
     
 
    
 
 
   
 
    
 
     
 
    
 
    
 
     

       } 
     
 
    
 

  

注：

1. 字段計數器中的值爲0x0001,表示這個類就定義了一個field字段
2. 字段的訪問標誌是0x009A,二進制是00000000 10011010，即第九、十二、1三、15位標誌位爲1，這個字段的標誌符有：ACC_TRANSIENT、ACC_FINAL、ACC_STATIC、ACC_PRIVATE;

3. 名稱索引中的值爲0x0005,指向了常量池中的第5項，爲「str」,代表這個field字段的名稱是str；

4. 描述索引中的值爲0x0006,指向了常量池中的第6項，爲"Ljava/lang/String;"，代表這個field字段的數據類型是java.lang.String類型；

5.屬性表計數器中的值爲0x0001,代表field_info還有一個屬性表；

6.屬性表名稱索引中的值爲0x0007,指向常量池中的第7項，爲「ConstantValue」,代表這個屬性表的名稱是ConstantValue，即屬性表的類型是ConstantValue類型的；

7.屬性長度中的值爲0x0002，由於此屬性表是ConstantValue類型，它的值固定爲2；

8.常量值索引 中的值爲0x0008,指向了常量池中的第8項，爲CONSTANT_String_info類型的項，表示「This is a test」 的常量。在對此field賦值時，會使用此常量對field賦值。

8.您還須要瞭解什麼

簡單地說，對於一個類而言，它有兩部分組成：field字段和 method方法。本文主要介紹了field字段，那還剩些一個method方法method方法啦。method方法但是說是class文件中最爲重要的一部分了，它包含了方法的實現代碼，即機器指令，機器指令是整個class文件的核心，

本文源自  http://blog.csdn.net/luanlouis/