一、概述

字节码文件的跨平台性

• Java语言，跨平台语言
  • 编译后的class文件，在不同平台上运行
  • 现在阶段出现的高级语言，基本都是跨平台的语言了，已经成为一门语言的的必选特征了
• Java虚拟机，跨语言平台
  • 不与语言进行捆绑，而是和class文件进行捆绑，只要遵循class规范，不论什么语言都可以运行在JVM上
  • 想要让一个java程序正确的在JVM中运行，源码就必须编译成符合规范的字节码
    • 前端编译：java源码->class文件
    • javac 常用工具之一：词法解析、语法解析、语义解析、生成字节码
• 前端编译器
  • 主要作用就是将java源码编译成class文件
  • 可以使用任何前端编译器，javac只是官方提供的一种是全量编译，也有些是部分编译
  • 前端编译器不会进行编译优化

透过字节指令看代码细节

1、举例1

2、举例2

3、举例3

二、虚拟机的基石-class文件

• 字节码存放的内容就是字节码指令，也就是JVM的指令，不是机器吗
• 字节码指令 = 操作码 + 操作数（bipush 30），也可能只有操作码
• 解读字节码的三种方式
  • 使用jclasslib插件或者客户端等都可以
  • 直接使用Notepad++文本编辑器阅读二进制文件
  • 使用javap指令，jdk自带

三、Class文件结构

class本质其实是一个二进制流数据，可以保存在本地，也可以通过网络传输。由于class文件的格式中没有间隔符号，所以不论是数量还是顺序都要严格规定好。

Class文件格式只有2中属类型：

• 无符号数：基本数据类型，以u1、u2、u4、u8代表1、2、4、8个字节，通常表示数字、索引引用、数量值或者UTF8构成的字符串
• 表：符合数据类型，可以理解为数组，“_info”表示，方法表、字段表等

结构：

• 魔数：识别文件是class文件，cafebabe
• class版本：jdk版本，主版本.副版本，没升级jdk主版本就都+1，class文件是向下兼容的，低版本无法执行高版本的编译的class指令
• 常量池：常量池计数器+常量池表，存放常量的地方，内容最丰富的地方，也是class的资源仓库，字段和方法的相关信息也存放在常量池中，可以说是常量池是class文件的基石。
  • 常量池表，主要存放了字面量和引用符号，这部分在类加载完毕后会进入方法取的常量池中（JDK1.7后，字符串常量池和静态常量池存放在堆中）
    • 字面量分为文本字符串和生命为final的常量值
    • 符号引用
      • 类和接口的全限定名：com/xx/Demo
      • 字段名称和描述符、方法名称和描述符
      • 可以想到，在Class中存放着字段和方法的符号引用，在加载的过程中，会把这些符号引用转换为直接引用，并指向响应的内存地址，也就是动态链接的过程
      • 方法和变量的引用最后也指想到字面量
  • 常量池计数器为1的时候，常量池表中的数据为0，0空出来了，因为在其他地方引用常量池的时候，不想引用任何东西的时候，可以直接指向0位置
  • 字符串长度不确定，所以存在一个标示长度的u1
• 访问标志：接口or类，在常量池之后，紧跟的就是访问标志用一个u2表示
  • 在字节码中，访问标志=所有权限的集合
  • 存在ACC_INTERFACE就是接口，否则就是类
• 类索引、父类索引、接口索引集合：类的相关信息
• 字段表集合（fileds）：计数器+表
  • 用于描述接口或者类中生命的变量，字段包括类级变量以及实例变量，但是不包括方法内部、代码块内部声明的局部变量
  • 字段名字叫什么、被定义为什么数据类型，这都是无法固定的，只能引用常量池中的常量来描述
  • 它指向常量池索引集合，他描述了每个字端的完整信息。如字端的标识符、访问修饰符、是否静态、是否常量
  • 集成的字段不会列出来，字段是无法重载的
  • 结构如下，字段计数器，表中每个元素包含字段访问标志（字段权限）、字段名索引（字段名称）、描述符索引（字段类型）、字段的属性计数器、字段属性表
  • 一个字端可能存在一些属性，存放变量的额外信息，如常量存在属性ConstantValue
• 方法表集合：计数器+表
  • 每个method_info都代表一个方法或者接口信息，包含方法的修饰符、参数、返回值类型等
  • 描述中不包含继承的方法，同时也可能是编译器自动添加的如<clint>()和实力初始化方法<init>()
  • 特征签名=方法名+参数，不关心返回值
  • methods[]
    • methods表中每个成员都是一个method_info结构，用户表示当前类或接口中的某个方法的完整描述
    • method_info中表示类和接口中定义的所有方法，包括实例方法、类方法、实例初始化和类或接口初始化方法
    • 方法表的结构如下
    • 结构很多，那code（源码）属性举例
      • LineNumberTable：描述java源码和字节码行号的对应关系，start_pc=字节码行号，line_number源码行号
      • LocalVariableTable（局部变量表）：start_pc=位置、Length=长度15、Index=索引号、Name=名称、Descripor=描述符
• 属性表集合：计数器+表，表示类的属性如：类名称等 
  • 指class文件携带的辅助信息，在字段表和方法表里面也有自己的属性信息
  • 限制严格、也没有顺序、可以定义自己的属性信息，jvm不认识就不识别
  • 通用合适：属性名索引、属性长度、内容

小结，class整体的结构基本不会因为jdk升级而做大的调整，整体是比较固定的。从JVM角度查看，会让更多语言支持，只要按照要求生成复合格式的class文件就可以被JVM识别并运行。

四、使用javap指令解析class文件

javap是官方提供的反编译指令。

javac -g 才会生成局部变量表，不加 -g 参数就不会编译局部变量表。

javap的参数：

javap中输出不包含私有信息，需要的话使用javap -v -p x.class

• 通过javap指令可以查看类反编译得到Class的版本号、常量池、访问标识、变量表、指令代码等信息。不现实类索引、父类索引、接口接口索引、<init>、<clinit>等结构
• 通过javap可以知道，一个方法执行通常会涉及下面几块内存的操作：
  • java栈中，局部变量表、操作数栈
  • java堆中，通过对象的地址引用去操作
  • 常量池
  • 其他如帧数据区、方法区的剩余部分情况