JVM之类文件结构——下篇（字段、方法和属性）

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上篇我们着重讨论了class文件中的常量池，接下来我们来看看下面的十六进制数到底是什么含义？以及它们和我们的Java源码之间有什么联系？
访问标志
常量池之后，紧接着的两个字节代表了访问标志（access_flags）,这个标志用于识别一些类或者接口层次的访问信息，后面还会有关于方法的访问标志。
下面是类或接口访问标志的一些标志值和含义

我们先看看class文件中的这个标志值为多少

0x00 21,表中没有这个值啊，这是为什么呢？其实这是因为有时候这个访问标志有可能同时满足好几种类型，所以就把他们的标志值进行了或运算了，我这个HelloWorld 类是 public 的，所以我满足 ACC_PUBLIC, 值为 0x00 01,又因为我的JDK的版本是 1.7 的，所以我满足 ACC_SUPER， 值为 0x00 20，两者相或： 0x0001 | 0x0020 = 0x0021.
我们再来看看我们的HelloWorld的源码中的类访问标志

类索引、父类索引与接口索引集合
接下来就是类索引、父类索引和接口索引集合了，类索引和父类索引都是一个U2类型[占两个字节]的数据,而接口索引集合是一组U2类型的数据的集合（相当于一个存放U2类型的数组）。Class文件中由这三项数据来确定这个类的继承关系。类索引用于确定这个类的权限定名[上篇已经介绍过了]，父类索引用于确定这个类的父类的权限定名。而对于接口索引集合，在父类所以之后的两个字节代表着接口计数器，代表着接口索引的容量（个数），这里的HelloWorld不牵扯接口，所以这个值为0
下来看看Class文件中的类索引、父类索引和接口索引集合

我们看到类索引的值是0x00 01,上面已经说过，这个类索引是确定这个类的全限定名的，那是如果“确定”的呢？很容易相当，这些全限定名是存储在常量池中的，肯定是通过这个索引去找的。如下图

在javap 反编译中的常量池中是这样的

父类索引找权限定名的方法一样，由于没有接口，所以这里不再讨论
字段表集合
接下来就是关于字段的一些信息了，字段表用于描述接口或者类中声明的变量, 我们想一想，Java中的字段的信息在Class中如何描述呢？字段的作用域（public、private、protected修饰符）、是实例变量还是类变量（是否被static修饰）等等，这些信息用标志位来描述是很自然方便的，比如说，我用0x00 08代表被static修饰。而一些字段的名字、字段的数据类型（包括自定义数据类型）等等，这些很难固定（情况很多），所以我们只用将其存到常量池中，引用常量池来描述。
下来我们看看一个字段都包含哪些东西

其中的第一项Access_flags 对应的字段访问标志表如下

第二项的name_index 和 第三项的 descriptor_index 分表代表着字段的名称索引 和 字段的描述符索引
字段的名称索引很好理解，就是指向字段的名称（在常量池中）的索引，而字段的描述符是什么？这里详细的说说
比较严谨的描述是：描述符的作用是用来描述字段的数据类型。方法的参数列表（包括数量、类型以及顺序）和返回值，这个可能不是很直观，简单来说，对于字段而言，就是字段的类型，比如 public int i = 0; 其中 int 类型就是该字段的描述符，在Class文件中 ， int 类型用 字符“I”来表示，所以字段描述符的索引就是指向了该字段的描述符（在常量池中），字段中还有可能有属性，比如说，你的代码中有final static int i = 123; 这个字段就会有一个ConstantValue属性，其值指向常量123.
我们之前写的HelloWorld没有字段，我们现在添加一个字段，如下：

然后我们在来看看Class文件有什么变化

我们可以看到，后面多了字段的一些信息了，其中的 fields_count 值为0x00 01，说明我们的字段只有一个，access_flags值为0x00 01,查表可知我们这个字段是被public修饰的，name_index的值为0x00 05，说明这个字段的名称是在常量池的第五项常量中存着，用javap反编译一下，如下图：

我们可以看到字段的名称为 i, 同时 字段的描述符为 I（int 类型的）
因为我们这里的字段没有属性，所以attributes_count的值就为0，后面就没有attribute_info了
方法表集合
方法表和字段表非常相似，上面的字段表比较简单，没有属性，接下来我们讨论的方法表有属性，稍微有点绕，但是仔细研究就清楚了。
同属性表一样，我们先来看看方法表中都有什么东西（方法表结构），如下图：

可以看到，这个表结构和字段的表结构完全一样，其含义就不再赘述了。有的读者可能会问：方法和字段不太一样啊，方法体里面还有好多代码，这些代码对应在字节码中的哪里？其实这些代码就是在方法表中的属性中，有一个“Code”属性专门存这些执行指令。
同样方法的访问标志表如下：

由于前面的HelloWorld没有声明方法，所以我们修改源代码，加上一个简单的 fun 方法
如下：

还是老方法，我们看看源码对应的字节码，以及字节码都代表什么意思？

和属性表一样，最前面的是methods_count,可以看出，Class文件中有三个方法，大家应该能猜到都要啥方法吧，构造方法、fun方法和main方法。在具体分析这个方法里的一些细节问题，我们先来看几个常用的属性
① Code属性： Java程序方法体中的代码经过Javac编译处理后,最终变为字节码指令存储在Code属性内。Code属性在方法表的属性集合之中
它的结构如下：
attribute_name_indexCode属性的名字的索引，在常量池中，值为Code，attribute_length代表Code属性的长度，注意：这里的长度不包含attribute_name_index 和 attribute_length本身的长度，也就是说整个Code属性表的长度减去attribute_name_index和attribute_length本身所占的字节数就是Code属性值的长度。
下来简单介绍一个下面各个字节的含义，这些含义在下次的执行引擎中会详细的介绍。
max_stack: 操作数栈的最大值
max_locals:局部变量表所需的存储空间
code_length: code值得长度
code：方法体中的代码编译后的字节码
exception_info: 异常信息
attribute_info: Code 属性的属性（可以看成子属性）
② LineNumberTable属性：
属性结构如下图

[稍后详细介绍]
③ LocalVariableTable属性：
属性结构如下图：

对照着方法表的结构和这些属性（主要是看占了几个字节），我们来分析一下第一个方法的字节码文件，由于WinHex软件中地方太小，我在其他软件重新画了一个图，如下：

其中的一些索引（如name_index、descriptor_index等），都是可以在常量池中查出来的。
其中Code属性在javap 中如下图：

接下来我们来详细看看LineNumberTable中的东西

上文贴的LineNumberTable属性结构中的line_number_info，这里说明一下，line_number_info 表包括了 start_pc 和 line_number 两个 u2 类型的数据项，前者是字节码行号，后者是Java源码行号，这里的字节码行号指的是code属性中code值中的字节码偏移量，也就是上面用Javap打印出Code属性中code值最左边的数字（后面有个冒号），这里要特别注意： javap 打印出来的 LineNumberTable 中 line 3 : 0,前面的是Java源码中的行号，后面对应的是字节码行号，而在字节码中的一对行号（字节码行号和Java源码行号）的顺序是：前面是字节码行号后面是Java源码行号，如下：


然后我们再来详细看看LocalVariableTable属性
将方法表中的LocalVariableTable字节码截取下来，根据LocalVariableTable的属性结构和local_variable_info项目结构（上面已经给出），可以画出下面的图

这里需要注意一个概念，Slot，Slot是局部变量中最小的单元，对于byte、char这样长度不超过32位的数据类型，在局部变量中占一个Slot，而double和long这样64位的数据类型则需要两个Slot来存放
Slot在一个线程的函数栈帧中，如下图

还有一个需要理解的就是，start_pc和length属性，start_pc指的是这个局部变量的声明周期开始的字节码偏移量，其实就是Code属性中真正的code值中的字节码偏移量，我们这个函数的start_pc的值为0x00 00，就是说我这个局部变量（this）的声明周期是从0: aload_0[这个就是前面用javap打印出来的Code属性中的code值得第一行] 处开始，然后length指的是我这个局部变量的作用范围的长度，其实就是我从字节码的开始c处，我能够作用于多长的字节码，这个构造函数的this局部变量的length为：0x00 0A,长度为10，就是整个code值中的所有指令我都可以作用得到，从0: aload_0 到 9： return，这两个合起来的意思就是这个局部变量在字节码之中的作用域范围。name_index和descriptor_index和前面所代表的的意思一样，还有一个index是局部变量在栈帧局部变量表中Slot的位置。
最后把这几个属性串起来，他们的关系如下：

最后再看一下一个小属性，也是这个Class文件的最后的东西了
老规矩，先看一下SourceFile属性的属性结构

sourcefile_index是指向常量池中CONSTANT_Utf8_info型常量的索引，常量值是源码文件的文件名。

注意：方法表之后紧跟着是属性的个数（attributes_count）
其中的Code属性会在下一篇执行引擎详细介绍

本文参考《深入理解Java虚拟机》—周志明