類文件結構與javap的使用

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一、javap的使用與類文件結構

使用過程：

java源代碼：

 1 package compile;
 2 /**
 3  * class字節碼
 4  */
 5 public class TestClass {
 6     private int m;
 7     
 8     public int inc() {
 9         return m + 1;
10     }
11 }

在硬盤上找到java源文件所在目錄（eg.E:\Java\workspaceOfMyBatis3\baseUtil\src\compile）

打開命令窗口，執行"javac -g TestClass.java"生成TestClass.class字節碼文件，而後使用"javap -c TestClass > TCC.txt"將字節碼文件的處理結果輸出到TCC.txt中。

打開TCC.txt，以下：

Compiled from "TestClass.java"
public class compile.TestClass extends java.lang.Object{
    public compile.TestClass();
      Code:
       0:    aload_0
       1:    invokespecial    #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V
       4:    return

    public int inc();
      Code:
       0:    aload_0
       1:    getfield    #2; //Field m:I
       4:    iconst_1
       5:    iadd
       6:    ireturn
}

說明：

• javac -g TestClass.java

• -g：生成全部的調試信息，包括局部變量名和行號信息。

• javap -c TestClass > TCC.txt，對於javap經常使用的參數：

• -c：輸出字節碼Code

• -l(小寫L)：輸出Code、LineNumberTable與LocalVariableTable

• -s：輸出方法簽名（方法的接收參數列表和返回值）

• -verbose：包含-c、-l以及輸出class文件的編譯版本，常量池，Stack, Locals, Args_size

• 對於javap而言，經常使用的就是-c或-verbose　　

這裏列出使用"javap -verbose TestClass > TCV.txt的結果：

Compiled from "TestClass.java"
public class compile.TestClass extends java.lang.Object
  SourceFile: "TestClass.java" /* 源文件名稱 */
  minor version: 0        /* 次版本號 */
  major version: 50        /* 主版本號，50-->jdk6 */
  Constant pool:        /* 常量池：存放全部的方法名、field名、方法簽名（方法參數+返回值）、類型名、class文件中的常量值 */
    const #1 = Method    #4.#18;    //  java/lang/Object."<init>":()V
    const #2 = Field    #3.#19;    //  compile/TestClass.m:I
    const #3 = class    #20;    //  compile/TestClass    
    const #4 = class    #21;    //  java/lang/Object    
    const #5 = Asciz    m;                                /*field名*/
    const #6 = Asciz    I;                                /*類型名*/
    const #7 = Asciz    <init>;                            /*方法名（構造器）*/
    const #8 = Asciz    ()V;                             /*方法簽名（方法參數+返回值）*/
    const #9 = Asciz    Code;
    const #10 = Asciz    LineNumberTable;                /*class文件中的常量值:Java源碼的行號與字節碼指令對應關係*/
    const #11 = Asciz    LocalVariableTable;                /*class文件中的常量值:局部變量表*/
    const #12 = Asciz    this;
    const #13 = Asciz    Lcompile/TestClass;;            /*當前類的類型"Lxxx;"表示xxx引用類型*/
    const #14 = Asciz    inc;                            /*方法名*/
    const #15 = Asciz    ()I;                            /*方法簽名（方法參數+返回值）*/
    const #16 = Asciz    SourceFile;                        /*class文件中的常量值:源文件名稱*/
    const #17 = Asciz    TestClass.java;                    /*class文件中的常量值:源文件名稱*/
    const #18 = NameAndType    #7:#8;//  "<init>":()V
    const #19 = NameAndType    #5:#6;//  m:I
    const #20 = Asciz    compile/TestClass;                /*類型名*/
    const #21 = Asciz    java/lang/Object;                /*類型名*/

{
    public compile.TestClass();
      Code:    /* 方法字節碼 */
       /* Stack:操做數棧的深度（這個值就是類加載階段爲操做數棧分配的深度）
        * Locals:局部變量的分配空間（單位是slot，不是個數），對於double和long這兩個64bit的，須要兩個slot，對於其餘<=32bit的，只須要一個slot
        * Args_size:方法參數的個數，包括方法參數、this（this只針對實例方法，static方法不會自動添加this）
        */
       Stack=1, Locals=1, Args_size=1 
       0:    aload_0    /*將第0個Slot中的引用類型的本地變量推到操做數棧頂，這裏就是LocalVariableTable的this*/
       1:    invokespecial    #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V  /* invokespecial #1：調用#1常量表明的方法，這裏就是super(),當前棧頂的元素做爲該方法#1的接收者 */
       4:    return    /*返回該方法，該方法的返回值爲Void，執行了return指令，方法結束*/
       
      LineNumberTable: /* Java源碼的行號與字節碼指令對應關係 */
       line 5: 0

      LocalVariableTable: /* 局部變量表 */
       Start  Length  Slot  Name   Signature
       0      5      0    this       Lcompile/TestClass;


    public int inc();
      Code:
       Stack=2, Locals=1, Args_size=1
       0:    aload_0                            /*將第0個Slot中的引用類型的本地變量推到操做數棧頂，這裏就是LocalVariableTable的this*/
       1:    getfield    #2; //Field m:I        /*getfield #2:獲取常量表中定義的#2實例（即實例m）,而後將m推到操做數棧頂*/
       4:    iconst_1                        /*向棧頂壓入一個int常量1*/
       5:    iadd                            /*將棧頂的兩個元素相加（這裏是1和m），而後將結果壓入棧頂*/
       6:    ireturn                            /*從當前方法返回棧頂的int型數值結果*/
      LineNumberTable: 
       line 9: 0

      LocalVariableTable: 
       Start  Length  Slot  Name   Signature
       0      7      0    this       Lcompile/TestClass;
}

說明：

• 上述文件中/*xxx*/這樣的註釋是我添加的，//這樣的註釋是javap本身生成的

• 須要知道的是，上述的文件並不是是生成的*.class文件，*.class文件的內容是一串接近於機器碼的十六進制字符，開頭是一個魔數"0xCAFEBABE"，該魔數是肯定一個文件是不是class文件的標準。以後就是class編譯版本（minor version，major version），而後下邊的順序與TCV.txt的順序同樣了。

• 在TCV.txt文件中，多了一個無參構造器方法，該無參構造器調用的是TestClass的父類Object的無參構造器（即執行了super()方法），這個無參構造器是在javac變異的第三步"語義分析"的時候添加的，具體的查看第二章 Javac編譯原理 

注意：

• 常量池的存放內容

• 存放全部的方法名

• field名

• 方法簽名（方法參數+返回值）

• 類型名

• class文件中的常量值

• 常量池的前四部分能夠稱做是符號引用（即只有一些名稱，但沒有實際的地址，在運行期進行類的加載事後，會爲這些東西分配實際的內存，到時候符號引用就會轉化爲直接引用，就能被JVM用了）

• 常量池的組成：符號引用、常量（這個常量包含咱們代碼中定義的常量，eg、字符串常量，也包括class文件中的常量，eg.SourceFile）。

• 主版本號的對應（eg.50對應jdk6，51對應jdk7），查看《深刻理解java虛擬機（第二版）》P167

• Stack：操做數棧的深度（這個值就是類加載階段爲操做數棧分配的深度）

• Locals：局部變量的分配空間（單位是slot，不是個數），對於double和long這兩個64bit的，須要兩個slot，對於其餘<=32bit的，只須要一個slot

• Args_size：方法參數的個數，包括方法參數、this（this只針對實例方法，static方法不會自動添加this）

• inc()方法：我詳細註釋了該方法的執行過程，這也就是JVM執行一個方法的基本流程（基於棧）

提醒：

• Code部分是咱們主要關注的部分，這一部分中關鍵的部分就是每一條字節碼指令的意義是什麼。具體的能夠查看《深刻分析Java Web技術內幕（修訂版）》P124-P135

總結：

• 掌握類文件結構，有利於咱們理解類加載機制，而瞭解了類加載機制，最直接的好處，就是咱們能夠本身編寫類加載工具，例如，smarty框架就是本身編寫了一個類加載器

• 讀懂執行javap以後的字節碼指令有利於咱們理解java代碼的執行流程，對咱們定位問題也有必定的好處（雖然我在開發中尚未用這種方式定位過問題）

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