class资料分析

2013-10-08

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，

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：

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以上面的表作为分析的基础，开始行动！

一段简单的java代码

123456789package org.kaka.clazz;

public class TestClass { private int m;

public int inc(){ return m+1; }}

查看字节码

123456789101112131415161718192000000000 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

step 1） java magic number

首先的四个字节0x ca fe ba be 即class文件的magic number

step2） java version

接下来的四个字节0x 00 00 00 32 即class文件的版本号（可参看class文件的版本号列表）

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step3）常量池

接下来是描述常量表的长度0x 00 13,一共是（19-1）项,人肉分析如下

第1项

tag: 0x 0a ,CONSTANT_Methodref_info即方法声明

index: 0x 00 04,指向常量池中CONSTANT_Class_info,见常量池第4项

index: 0x 00 0f,指向常量池中CONSTANT_NameAndType_info见常量池第15项

第2项

tag 0x 09,CONSTANT_Fieldref_info即字段声明

index: 0x 00 03,指向常量池中CONSTANT_Class_info,见常量池第3项

index: 0x 00 10,指向常量池中CONSTANT_NameAndType_info见常量池第16项

第3项

tag:0x 07,CONSTANT_Class_info即类声明

index: 0x 00 11,指向常量池中的CONSTANT_Utf8_info,第17项

第4项

tag:0x 07,CONSTANT_Class_info即类声明

index: 0x 00 12,指向常量池中的CONSTANT_Utf8_info,第18项

第5项

tag:0x 01,CONSTANT_Utf8_info即字符串说明

length: 0x 00 01 ,长度为1个字节

bytes: 0x 6d, 内容为"m"

第6项

tag:0x 01,CONSTANT_Utf8_info即字符串说明

length: 0x 00 01 ,长度为1个字节

bytes: 0x 49, 内容为"I"

第7项

tag:0x 01,CONSTANT_Utf8_info即字符串说明

length: 0x 00 06 ,长度为6个字节

bytes: 0x 3c 69 6e 69 74 3e, 内容为"<init>"

第8项

tag:0x 01,CONSTANT_Utf8_info即字符串说明

length: 0x 00 03 ,长度为3个字节

bytes: 0x 28 29 56 内容为"()V"

第9项

tag:0x 01,CONSTANT_Utf8_info即字符串说明

length: 0x 00 04 ,长度为4个字节

bytes: 0x 43 6f 64 65 内容为"Code"

第10项

tag:0x 01,CONSTANT_Utf8_info即字符串说明

length: 0x 00 0f ,长度为15个字节

bytes: 0x 4c 69 6e 65 4e 75 6d 62 65 72 54 61 62 6c 65内容为"LineNumberTable"

第11项

tag:0x 01,CONSTANT_Utf8_info即字符串说明

length: 0x 00 03,长度为3个字节

bytes: 0x 69 6e 63 内容为"inc"

第12项

tag:0x 01,CONSTANT_Utf8_info即字符串说明

length: 0x 00 03,长度为3个字节

bytes: 0x 28 29 49 内容为"()I"

第13项

tag:0x 01,CONSTANT_Utf8_info即字符串说明

length: 0x 00 0a,长度为10个字节

bytes: 0x 53 6f 75 72 63 65 46 69 6c 65内容为"SourceFile"

第14项

tag:0x 01,CONSTANT_Utf8_info即字符串说明

length: 0x 00 04,长度为14个字节

bytes: 0x 54 65 73 74 43 6c 61 73 73 2e 6a 61 76 61内容为"TestClass.java"

第15项

tag:0x 0c,CONSTANT_NameAndType_info即字段或者方法说明

index:0x 00 07 ,字段或者方法常量索引，见常量池第7项

index:0x 00 08，字段或者方法常量索引，见常量池第8项

第16项

tag:0x 0c,CONSTANT_NameAndType_info即字段或者方法说明

index:0x 00 05 ,字段或者方法常量索引，见常量池第5项

index:0x 00 06，字段或者方法常量索引，见常量池第6项

第17项

tag:0x 01,CONSTANT_Utf8_info即字符串说明

length: 0x 00 18,长度为24个字节

bytes: 0x 6f 72 67 2f 6b 61 6b 61 2f 63 6c 61 7a 7a 2f 54 65 73 74 43 6c 61 73 73内容为"org/kaka/clazz/TestClass"

第18项

tag:0x 01,CONSTANT_Utf8_info即字符串说明

length: 0x 00 10,长度为16个字节

bytes: 0x 6a 61 76 61 2f 6c 61 6e 67 2f 4f 62 6a 65 63 74 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

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可以对比下javap的结果

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0x 00 21是由下标中的0x 00 01 | 0x 0020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

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

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

step5) 类信息

头两个字节0x 00 03,指向常量池中的第3项，即类名

接下来的两个字节 0x 00 04 指向常量池中的第4项，即父类名

接下来的两个字节 0x 00 00 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

step 6)字段信息

头两个字节 0x 00 01 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 0x 00 02 表示accss_flags，即private

接下来0x 00 05表示字段名，指向常量池的第5项，即本例中"m"

接下来的0x 00 06 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0x 00 00 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

step 7) 方法信息

头两个字节为0x 00 02,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0x 00 01 表示accss_flags，即public 方法

接下来0x 00 07表示方法名，指向常量池的第7项，即本例中"<init>"

接下来的0x 00 08 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0x 00 01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

0x 00 09表示属性名，指向常量池的第9项，即Code，表示方法的代码

0x 00 00 00 1d 表示该属性的长度，即29个字节

0x 00 01 表示max_stack

0x 00 01 表示max_locals

0x 00 00 00 05 表示code_length, 即该方法的代码为编译后为5个字节

0x 2a b7 00 01 b1 即代码

0x 00 00 表示没有异常信息

0x 00 01 表示有一个属性信息

接下是1个attribute_info结构

0x 00 0a 表示属性名，指向常量池的第10项，即LineNumberTable，表示方法的行号

0x 00 00 00 06 表示该属性的长度，即6个字节

0x 00 01 表示有1行

0x 00 00 表示字节码为第0行

0x 00 03 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00 01 表示accss_flags，即public 方法

接下来0x 00 0b表示方法名，指向常量池的第11项，即本例中"inc"

接下来的0x 00 0c 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0x 00 01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

0x 00 09表示属性名，指向常量池的第9项，即Code，表示方法的代码

0x 00 00 00 1f 表示该属性的长度，即31个字节

0x 00 02 表示max_stack

0x 00 01 表示max_locals

0x 00 00 00 07 表示code_length, 即该方法的代码为编译后为7个字节

0x 2a b4 00 02 04 60 ac 即代码

0x 00 00 表示没有异常信息

0x 00 01 表示有一个属性信息

接下是1个attribute_info结构

0x 00 0a 表示属性名，指向常量池的第10项，即LineNumberTable，表示方法的行号

0x 00 00 00 06 表示该属性的长度，即6个字节

0x 00 01 表示有1行

0x 00 00 表示字节码为第0行

0x 00 07 表示上面的字节码为第0行对应源码中的第7行

step 8) 属性信息

头两个字节为0x 00 01,表示有一个属性

接下是1个attribute_info结构

0x 00 0d表示属性名，指向常量池的第13项，即SourceFile，表示类的源文件

0x 00 00 00 02,属性长度，即接下来的字节个数

0x 00 0e 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

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