class文件分析

本文通过分析一个简单java类文件的字节码，希望借此能快速了解java类文件格式

为了分析字节码，必须有一个整体的格式如下：

以上面的表作为分析的基础，开始行动！

一段简单的java代码

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package org.kaka.clazz; public class TestClass { private int m; public int inc(){ return m+1; } }

查看字节码

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00000000 ca fe ba be 00 00 00 32 00 13 0a 00 04 00 0f 09 |.......2........| 00000010 00 03 00 10 07 00 11 07 00 12 01 00 01 6d 01 00 |.............m..| 00000020 01 49 01 00 06 3c 69 6e 69 74 3e 01 00 03 28 29 |.I...<init>...()| 00000030 56 01 00 04 43 6f 64 65 01 00 0f 4c 69 6e 65 4e |V...Code...LineN| 00000040 75 6d 62 65 72 54 61 62 6c 65 01 00 03 69 6e 63 |umberTable...inc| 00000050 01 00 03 28 29 49 01 00 0a 53 6f 75 72 63 65 46 |...()I...SourceF| 00000060 69 6c 65 01 00 0e 54 65 73 74 43 6c 61 73 73 2e |ile...TestClass.| 00000070 6a 61 76 61 0c 00 07 00 08 0c 00 05 00 06 01 00 |java............| 00000080 18 6f 72 67 2f 6b 61 6b 61 2f 63 6c 61 7a 7a 2f |.org/kaka/clazz/| 00000090 54 65 73 74 43 6c 61 73 73 01 00 10 6a 61 76 61 |TestClass...java| 000000a0 2f 6c 61 6e 67 2f 4f 62 6a 65 63 74 00 21 00 03 |/lang/Object.!..| 000000b0 00 04 00 00 00 01 00 02 00 05 00 06 00 00 00 02 |................| 000000c0 00 01 00 07 00 08 00 01 00 09 00 00 00 1d 00 01 |................| 000000d0 00 01 00 00 00 05 2a b7 00 01 b1 00 00 00 01 00 |......*.........| 000000e0 0a 00 00 00 06 00 01 00 00 00 03 00 01 00 0b 00 |................| 000000f0 0c 00 01 00 09 00 00 00 1f 00 02 00 01 00 00 00 |................| 00000100 07 2a b4 00 02 04 60 ac 00 00 00 01 00 0a 00 00 |.*....`.........| 00000110 00 06 00 01 00 00 00 07 00 01 00 0d 00 00 00 02 |................| 00000120 00 0e |..| 00000122

step1）javamagicnumber

• 首先的四个字节0xcafebabe即class文件的magicnumber
  

step2）javaversion

• 接下来的四个字节0x00000032即class文件的版本号（可参看class文件的版本号列表）

step3）常量池

接下来是描述常量表的长度0x0013,一共是（19-1）项,人肉分析如下

• 第1项

• tag:0x0a,CONSTANT_Methodref_info即方法声明

• index:0x0004,指向常量池中CONSTANT_Class_info,见常量池第4项

• index:0x000f,指向常量池中CONSTANT_NameAndType_info见常量池第15项

• 第2项

• tag0x09,CONSTANT_Fieldref_info即字段声明

• index:0x0003,指向常量池中CONSTANT_Class_info,见常量池第3项

• index:0x0010,指向常量池中CONSTANT_NameAndType_info见常量池第16项

• 第3项

• tag:0x07,CONSTANT_Class_info即类声明

• index:0x0011,指向常量池中的CONSTANT_Utf8_info,第17项

• 第4项

• tag:0x07,CONSTANT_Class_info即类声明

• index:0x0012,指向常量池中的CONSTANT_Utf8_info,第18项

• 第5项

• tag:0x01,CONSTANT_Utf8_info即字符串说明

• length:0x0001,长度为1个字节

• bytes:0x6d,内容为"m"

• 第6项

• tag:0x01,CONSTANT_Utf8_info即字符串说明

• length:0x0001,长度为1个字节

• bytes:0x49,内容为"I"

• 第7项

• tag:0x01,CONSTANT_Utf8_info即字符串说明

• length:0x0006,长度为6个字节

• bytes:0x3c696e69743e,内容为"<init>"

• 第8项

• tag:0x01,CONSTANT_Utf8_info即字符串说明

• length:0x0003,长度为3个字节

• bytes:0x282956内容为"()V"

• 第9项

• tag:0x01,CONSTANT_Utf8_info即字符串说明

• length:0x0004,长度为4个字节

• bytes:0x436f6465内容为"Code"

• 第10项

• tag:0x01,CONSTANT_Utf8_info即字符串说明

• length:0x000f,长度为15个字节

• bytes:0x4c696e654e756d6265725461626c65内容为"LineNumberTable"

• 第11项

• tag:0x01,CONSTANT_Utf8_info即字符串说明

• length:0x0003,长度为3个字节

• bytes:0x696e63内容为"inc"

• 第12项

• tag:0x01,CONSTANT_Utf8_info即字符串说明

• length:0x0003,长度为3个字节

• bytes:0x282949内容为"()I"

• 第13项

• tag:0x01,CONSTANT_Utf8_info即字符串说明

• length:0x000a,长度为10个字节

• bytes:0x536f7572636546696c65内容为"SourceFile"

• 第14项

• tag:0x01,CONSTANT_Utf8_info即字符串说明

• length:0x0004,长度为14个字节

• bytes:0x54657374436c6173732e6a617661内容为"TestClass.java"

• 第15项

• tag:0x0c,CONSTANT_NameAndType_info即字段或者方法说明

• index:0x0007,字段或者方法常量索引，见常量池第7项

• index:0x0008，字段或者方法常量索引，见常量池第8项

• 第16项

• tag:0x0c,CONSTANT_NameAndType_info即字段或者方法说明

• index:0x0005,字段或者方法常量索引，见常量池第5项

• index:0x0006，字段或者方法常量索引，见常量池第6项

• 第17项
  

• tag:0x01,CONSTANT_Utf8_info即字符串说明

• length:0x0018,长度为24个字节

• bytes:0x6f72672f6b616b612f636c617a7a2f54657374436c617373内容为"org/kaka/clazz/TestClass"

• 第18项

• tag:0x01,CONSTANT_Utf8_info即字符串说明

• length:0x0010,长度为16个字节

• bytes:0x6a6176612f6c616e672f4f626a656374内容为"java/lang/Object"

可以看出

• CONSTANT_Methodref_info、CONSTANT_Fieldref_info都依赖于CONSTANT_Class_info、CONSTANT_NameAndType_info

• CONSTANT_Class_info依赖于CONSTANT_Utf8_info，后者用于声明类的名字

• CONSTANT_NameAndType_info依赖于两个CONSTANT_Utf8_info

• 第一个CONSTANT_Utf8_info用于说明方法或者字段的名字

• 第一个CONSTANT_Utf8_info用于说明方法的入参以及返回类型或者字段的类型

• 列举常量池结构
  

可以对比下javap的结果

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Compiled from "TestClass.java" public class org.kaka.clazz.TestClass extends java.lang.Object SourceFile: "TestClass.java" minor version: 0 major version: 50 Constant pool: const #1 = Method #4.#15; // java/lang/Object."<init>":()V const #2 = Field #3.#16; // org/kaka/clazz/TestClass.m:I const #3 = class #17; // org/kaka/clazz/TestClass const #4 = class #18; // java/lang/Object const #5 = Asciz m; const #6 = Asciz I; const #7 = Asciz <init>; const #8 = Asciz ()V; const #9 = Asciz Code; const #10 = Asciz LineNumberTable; const #11 = Asciz inc; const #12 = Asciz ()I; const #13 = Asciz SourceFile; const #14 = Asciz TestClass.java; const #15 = NameAndType #7:#8;// "<init>":()V const #16 = NameAndType #5:#6;// m:I const #17 = Asciz org/kaka/clazz/TestClass; const #18 = Asciz java/lang/Object; { public org.kaka.clazz.TestClass(); Code: Stack=1, Locals=1, Args_size=1 0: aload_0 1: invokespecial #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V 4: return LineNumberTable: line 3: 0 public int inc(); Code: Stack=2, Locals=1, Args_size=1 0: aload_0 1: getfield #2; //Field m:I 4: iconst_1 5: iadd 6: ireturn LineNumberTable: line 7: 0 }

两者是一致的

step4)访问标志

接下来的两个字节0x0021是由下标中的0x0001|0x0020计算出来的，表类是public的，且是jdk1.2以后的编译器编译出来的

访问标志

标志名称	标志值	含义
ACC_PUBLIC	0x0001	是否为public类型
ACC_FINAL	0x0010	是否被声明为final，只有类可以设置，接口不能设置该标志
ACC_SUPER	0x0020	是否允许使用invokespecial字节码指令（查了一下该命令的作用为"调用超类的构造 方法，实例的构造方法，私有方法"），JDK1.2以后的编译器编译出来的class文件 该标志都为真
ACC_INTERFACE	0x0200	标识这是一个接口
ACC_ABSTRACT	0x0400	是否被声明为abstract类型，对于接口和抽象类来说此标志 为真，其他类为假
ACC_SYNTHETIC	0x1000	标识这个类并非由用户代码生成
ACC_ANNOTATION	0x2000	标识这是一个注解
ACC_ENUM	0x4000	标识这是一个枚举

step5)类信息

• 头两个字节0x0003,指向常量池中的第3项，即类名

• 接下来的两个字节0x0004指向常量池中的第4项，即父类名

• 接下来的两个字节0x0000表示类实现的接口的个数，本例子中为0，如果有的n个话，后面还会有2n个字节的常量池索引

step6)字段信息

• 头两个字节0x0001字段的个数，本例中为1

• 接下来就是1个field_info结构

• 头两个字节0x0002表示accss_flags，即private

• 接下来0x0005表示字段名，指向常量池的第5项，即本例中"m"

• 接下来的0x0006表示字段的描述信息，指向常量池的第6项，即本例中"I"，表示是int类型

• 接下来的0x0000表示字段的属性信息（用于扩展或者补充说明字段信息）的个数，本例中为0，如果有n个的话，后面还会有n个attribute_info结构

step7)方法信息

• 头两个字节为0x0002,表示方法的个数，本例中为2

• 接下来是两个method_info结构

• 第1个method_info结构

• 头两个字节0x0001表示accss_flags，即public方法

• 接下来0x0007表示方法名，指向常量池的第7项，即本例中"<init>"

• 接下来的0x0008表示方法的描述信息，指向常量池的第8项，即本例中"()V"，表示是一个没有参数，返回类型为void的方法

• 接下来的0x0001表示方法的属性信息的个数，本例中为1

• 接下是1个attribute_info结构

• 0x0009表示属性名，指向常量池的第9项，即Code，表示方法的代码

• 0x0000001d表示该属性的长度，即29个字节

• 0x0001表示max_stack

• 0x0001表示max_locals

• 0x00000005表示code_length,即该方法的代码为编译后为5个字节

• 0x2ab70001b1即代码

• 0x0000表示没有异常信息

• 0x0001表示有一个属性信息

• 接下是1个attribute_info结构

• 0x000a表示属性名，指向常量池的第10项，即LineNumberTable，表示方法的行号

• 0x00000006表示该属性的长度，即6个字节

• 0x0001表示有1行

• 0x0000表示字节码为第0行

• 0x0003表示上面的字节码为第0行对应源码中的第3行

• 第2个method_info结构

• 头两个字节0001表示accss_flags，即public方法

• 接下来0x000b表示方法名，指向常量池的第11项，即本例中"inc"

• 接下来的0x000c表示方法的描述信息，指向常量池的第12项，即本例中"()I"，表示是一个没有参数，返回类型为int的方法

• 接下来的0x0001表示方法的属性信息的个数，本例中为1

• 接下是1个attribute_info结构

• 0x0009表示属性名，指向常量池的第9项，即Code，表示方法的代码

• 0x0000001f表示该属性的长度，即31个字节

• 0x0002表示max_stack

• 0x0001表示max_locals

• 0x00000007表示code_length,即该方法的代码为编译后为7个字节

• 0x2ab400020460ac即代码

• 0x0000表示没有异常信息

• 0x0001表示有一个属性信息

• 接下是1个attribute_info结构

• 0x000a表示属性名，指向常量池的第10项，即LineNumberTable，表示方法的行号

• 0x00000006表示该属性的长度，即6个字节

• 0x0001表示有1行

• 0x0000表示字节码为第0行

• 0x0007表示上面的字节码为第0行对应源码中的第7行

step8)属性信息

• 头两个字节为0x0001,表示有一个属性

• 接下是1个attribute_info结构

• 0x000d表示属性名，指向常量池的第13项，即SourceFile，表示类的源文件

• 0x00000002,属性长度，即接下来的字节个数

• 0x000e表示源文件名，指向常量池的第14项，即"TestClass.java"

小结

• 如果想分析类文件，大部分情况下按字节分析，直接使用javap即可，但如果知道字节码也可以更好的了解javap的结果

• 几个种要的结构需要了解，本文就不一一列举具体信息（这个网上到处都是）

• method_info

• 会包含attribute_info

• filed_info

• 会包含attribute_info

• attribute_info

• 共有好几种attribute，本例中就用到了Code,LineNumberTable,SourceFile,每种不同的属性结构都不一样

• 特别Code类型的attribute_info，编译过后的字令码就存放在里面

• 另外还有LineNumberTable以及本例中未提到的LocalVariableTable都是和调试息息相关的

• 有可能会嵌套attribute_info