深刻理解Java Class文件格式（七）

本專欄列前面的一系列博客， 對Class文件中的一部分數據項進行了介紹。 本文將會繼續介紹class文件中未講解的信息。 先回顧一下上面一篇文章。 在上一篇博客中， 咱們介紹了：

this_class    對當前類的描述
super_class    對當前類的超類的描述
interfaces_count    當前類直接實現的接口的數量或當前接口直接繼承的接口的數量
interfaces  對當前類或當前接口直接實現或繼承的全部接口的描述
 

下面繼續介紹class文件中的其餘信息。

class文件中的fields_count和fields

fields_count描述的是當前的類中定義的字段的個數， 注意， 這裏包括靜態字段， 但不包括從父類繼承的字段。 若是當前class文件是由一個接口生成的， 那麼這裏的fields_count描述的是接口中定義的字段， 咱們知道， 接口中定義的字段默認都是靜態的。此外要說明的是， 編譯器可能會自動生成字段， 也就是說， class文件中的字段的數量可能多於源文件中定義的字段的數量。 舉例來講， 編譯器會爲內部類增長一個字段， 這個字段是指向外圍類的對象的引用。
 
位於fields_count下面的數據叫作fields， 能夠把它看作一個數組， 數組中的每一項是一個field_info 。這個數組中一共有fields_count個field_info ， 每一個field_info都是對一個字段的描述。 下面咱們詳細講解field_info的結構。 每一個field_info的結構以下：

（1）access_flags
 其中access_flags佔兩個字節， 描述的是字段的訪問標誌信息。 這裏就不在詳細介紹了， 下面給出一張表格（該表格來自《深刻Java虛擬機》）：   

標誌位名稱	值	含義	設定者
ACC_PUBLIC	0x0001	字段被設爲public	類和接口
ACC_PRIVATE	0x0002	字段被設爲private	類
ACC_PROTECTED	0x0004	字段被設爲protected	類
ACC_STATIC	0x0008	字段被設爲static	類和接口
ACC_FINAL	0x0010	字段被設爲final	類和接口
ACC_VOLATILE	0x0040	字段被設爲volatile	類
ACC_TRANSIENT	0x0080	字段被設爲transient	類

（2）name_index
access_flags下面的兩個字節是name_index， 這是一個指向常量池的索引， 它描述的是當前字段的字段名。 這個索引指向常量池中的一個CONSTANT_Utf8_info數據項。 這個CONSTANT_Utf8_info數據項中存放的字符串就是當前字段的字段名。 

（3）descriptor_index
name_index下面的兩個字節叫作descriptor_index ， 它一樣是一個指向常量池的索引， 它描述的是當前字段的描述符。 這個索引指向常量池中的一個CONSTANT_Utf8_info數據項。 這個CONSTANT_Utf8_info數據項中存放的字符串就是當前字段的描述符（關於字段描述符， 在前面的博客中已經有過詳細的講解， 若是不明白， 請參考前面的博客：深刻理解Java Class文件格式（二））。 

（4）attributes_count和attributes
descriptor_index 下面是attributes_count和attributes 。 這是對當前字段所具備的屬性的描述。 這裏的屬性和源文件中的屬性不是同一個概念， 在源文件測層面中， 屬性是字段的另外一種叫法， 但願讀者不要疑惑。讀者也不要輕視class文件中的屬性， 這些屬性能夠描述不少的信息。 咱們會在後面的文章中進行介紹。 

attributes_count表示這個字段有幾個屬性。attributes 能夠當作一個數組， 數組中的每一項都是一個attribute_info ， 每一個attribute_info 表示一個屬性， 數組中一共有attributes_count個屬性。能夠出如今filed_info中的屬性有三種， 分別是ConstantValue， Deprecated， 和 Synthetic。 這些屬性會在後面的文章中進行介紹。

下面咱們以代碼的形式進行解釋， 源碼以下：

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

反編譯以後， 常量池中會有以下信息（這裏省略了大部分無關信息）：

Constant pool:
 
.........
.........
 
   #5 = Utf8               computer
   #6 = Utf8               Lcom/jg/zhang/Computer;
 
.........
.........
 
{
 
  private com.jg.zhang.Computer computer;
    flags: ACC_PRIVATE
 
.........
.........
 
}

從反編譯的結果能夠看出， 源文件中定義了一個Computer類型的字段computer， 而且是private的。 而後常量池中有這個字段的字段名和描述符。 其中常量池第五項的CONSTANT_Utf8_info是字段名， 第六項的CONSTANT_Utf8_info是該字段的描述符。這裏有一點須要說明， 在反編譯Programer.class時，因爲computer是私有的， 要加- private選項， 不然的話， 雖然常量池中有字段引用信息， 可是不會輸出字段信息， 即下面這兩行不會輸出：
  private com.jg.zhang.Computer computer;
    flags: ACC_PRIVATE

若是在javap中加入 - private選項， 那麼就會有上面兩行的輸出。 使用的命令以下：

      javap -c -v -private -classpath . com.jg.zhang.Programer

 根據反編譯的結果，能夠下面給出示意圖， 該圖說明了與computer相對應的field_info是不合引用常量池的 （ 其中虛線範圍內表示常量池）：

class文件中的methods_count和methods

fields下面的信息是methods_count和methods 。 methods_count描述的是當前的類中定義的方法的個數， 注意， 這裏包括靜態方法， 但不包括從父類繼承的方法。 若是當前class文件是由一個接口生成的， 那麼這裏的methods_count描述的是接口中定義的抽象方法的數量， 咱們知道， 接口中定義的方法默認都是公有的。此外須要說明的是， 編譯器可能會在編譯時向class文件增長額外的方法， 也就是說， class文件中的方法的數量可能多於源文件中由用戶定義的方法。 舉例來講： 若是當前類沒有定義構造方法， 那麼編譯器會增長一個無參數的構造函數<init>； 若是當前類或接口中定義了靜態變量， 而且使用初始化表達式爲其賦值， 或者定義了static靜態代碼塊， 那麼編譯器在編譯的時候會默認增長一個靜態初始化方法<clinit> 。 
 
位於methods_count下面的數據叫作methods ， 能夠把它看作一個數組， 數組中的每一項是一個method_info 。這個數組中一共有methods_count個method_info ， 每一個method_info 都是對一個方法的描述。 下面咱們詳細講解method_info 的結構。 每一個method_info 的結構以下， 幾乎和field_info的結構是同樣的：

（1）access_flags
 其中access_flags佔兩個字節， 描述的是方法的訪問標誌信息。 這裏就不在詳細介紹了， 下面給出一張表格（該表格來自《深刻Java虛擬機》）：    

標誌位名稱	標誌值	設定含義	設定者
ACC_PUBLIC	0x0001	方法設爲public	類和接口
ACC_PRIVATE	0x0002	方法設爲private	類
ACC_PROTECTED	0x0004	方法設爲protected	類
ACC_STATIC	0x0008	方法設爲static	類
ACC_FINAL	0x0010	方法設爲final	類
ACC_SYNCHRONIZED	0x0020	方法設爲sychronized	類
ACC_NATIVE	0x0100	方法設爲native	類
ACC_ABSTRACT	0x0400	方法設爲abstract	類和接口
ACC_STRICT	0x0800	方法設爲strictFP	類和接口的<clinit>方法

（2）name_index
access_flags下面的兩個字節是name_index， 這是一個指向常量池的索引， 它描述的是當前方法的方法名。 這個索引指向常量池中的一個CONSTANT_Utf8_info數據項。 這個CONSTANT_Utf8_info數據項中存放的字符串就是當前方法的方法名。 

（3）descriptor_index
name_index下面的兩個字節叫作descriptor_index ， 它一樣是一個指向常量池的索引， 它描述的是當前方法的描述符。 這個索引指向常量池中的一個CONSTANT_Utf8_info數據項。 這個CONSTANT_Utf8_info數據項中存放的字符串就是當前方法的描述符（關於方法描述符， 在前面的博客中已經有過詳細的講解， 若是不明白， 請參考前面的博客： 深刻理解Java Class文件格式（二））。 

（4）attributes_count和attributes
descriptor_index 下面是attributes_count和attributes 。 這是對當前方法所具備的屬性的描述。 這裏的屬性和源文件中的屬性不是同一個概念， 在源文件測層面中， 屬性是字段的另外一種叫法， 但願讀者不要疑惑。讀者也不要輕視class文件中的屬性， 這些屬性能夠描述不少的信息。 咱們會在後面的文章中進行介紹。 

attributes_count表示這個字段有幾個屬性。attributes 能夠當作一個數組， 數組中的每一項都是一個attribute_info ， 每一個attribute_info 表示一個屬性， 數組中一共有attributes_count個屬性。能夠出如今method_info 中的屬性有三種， 分別是Code， Deprecated， Exceptions 和Synthetic。 在這幾個屬性中， 尤爲是Code和Exceptions 很是重要， 這兩個屬性對於在class文件中完整描述一個方法起着相當重要的做用， 其中Code屬性中存放方法的字節面指令，Exceptions 屬性是對方法聲明中拋出的異常的描述 。 這兩屬性以及其餘一些屬性， 會在下一篇文章中詳細介紹， 敬請關注。

介紹完了每一個method_info的結構， 下面咱們以代碼來講明， 仍是使用上面的源碼：

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

反編譯以後， 常量池中會有以下信息（這裏省略了大部分無關信息）：

Constant pool:
 
.........
 
   #7 = Utf8               <init>
   #8 = Utf8               (Lcom/jg/zhang/Computer;)V
 
.........
 
  #12 = Utf8               ()V
 
.........
 
  #19 = Utf8               doWork
 
{
 
.........
 
  public com.jg.zhang.Programer(com.jg.zhang.Computer);
    flags: ACC_PUBLIC
 
.........
 
  public void doWork();
    flags: ACC_PUBLIC
 
.........
}

由反編譯結果能夠看出， 該類中定義了兩個方法， 其中一個是構造方法， 一個是doWork方法， 且這兩個方法都是public的。 這兩個方法的描述信息都存放在常量池。 其中第7項的CONSTANT_Utf8_info爲構造方法的方法名， 第8項的CONSTANT_Utf8_info爲構造方法的方法描述符， 第19項的CONSTANT_Utf8_info爲doWork方法的方法名， 第12項的CONSTANT_Utf8_info爲doWork方法的方法描述符。 

根據常量池中的信息， 能夠得出以下的示意圖， 該示意圖形象的說明了class文件中的method_info是如何引用常量池中的數據項來描述當前類中定義的方法的。 圖中虛線範圍內表示常量池所在的區域：

總結

到此爲止， 咱們就介紹完了class文件中的fields和methods， 進行一下總結。 

 fields是對當前類中定義的字段的描述， 其中每一個字段使用一個field_info表示， fields中有fields_count個field_info。

methods是對當前類或者接口中聲明的方法的描述， 其中每一個方法使用一個method_info表示， methods中有methods_count個method_info。 

在下一篇博客中， 將會介紹class文件中的各個屬性， 敬請關注。