Java class文件格式之屬性詳解_動(dòng)力節(jié)點(diǎn)java學(xué)院整理
Code屬性
code屬性是方法的一個(gè)最重要的屬性。 因?yàn)樗锩娲娣诺氖欠椒ǖ淖止?jié)碼指令, 除此之外還存放了和操作數(shù)棧,局部變量相關(guān)的信息。 所有不是抽象的方法, 都必須在method_info中的attributes中有一個(gè)Code屬性。下面是Code屬性的結(jié)構(gòu), 為了更直觀的展示Code屬性和method_info的包含關(guān)系, 特意畫(huà)出了method_info:
下面依次介紹code屬性中的各個(gè)部分。
attribute_name_index指向常量池中的一個(gè)CONSTANT_Utf8_info , 這個(gè)CONSTANT_Utf8_info 中存放的是當(dāng)前屬性的名字 “Code” 。
attribute_length給出了當(dāng)前Code屬性的長(zhǎng)度(不包括前六字節(jié))。
max_stack 指定當(dāng)前方法被執(zhí)行引擎執(zhí)行的時(shí)候, 在棧幀中需要分配的操作數(shù)棧的大小。
max_locals指定當(dāng)前方法被執(zhí)行引擎執(zhí)行的時(shí)候, 在棧幀中需要分配的局部表量表的大小。注意, 這個(gè)數(shù)字并不是局部變量的個(gè)數(shù), 因?yàn)楦鶕?jù)局部變量的作用域不同, 在執(zhí)行到一個(gè)局部變量以外時(shí), 下一個(gè)局部變量可以重用上一個(gè)局部變量的空間(每個(gè)局部變量在局部變量表中占用一個(gè)或兩個(gè)Slot)。 方法中的局部變量包括方法的參數(shù), 方法的默認(rèn)參數(shù)this, 方法體中定義的變量, catch語(yǔ)句中的異常對(duì)象。 關(guān)于執(zhí)行引擎的相關(guān)內(nèi)容會(huì)在后面的博客中講到。
code_length指定該方法的字節(jié)碼的長(zhǎng)度, class文件中每條字節(jié)碼占一個(gè)字節(jié)。
code存放字節(jié)碼指令本身, 它的長(zhǎng)度是code_length個(gè)字節(jié)。
exception_table_length 指定異常表的大小
exception_table就是所謂的異常表, 它是對(duì)方法體中try-catch_finally的描述。 exception_table可以看做是一個(gè)數(shù)組, 每個(gè)數(shù)組項(xiàng)是一個(gè)exception_info結(jié)構(gòu), 一般來(lái)說(shuō)每個(gè)catch塊對(duì)應(yīng)一個(gè)exception_info,編譯器也可能會(huì)為當(dāng)前方法生成一些exception_info。 exception_info的結(jié)構(gòu)如下(為了直觀的顯示exception_info, exception_table和Code屬性的關(guān)系, 畫(huà)出了Code屬性,的話讀者就會(huì)更清楚各個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)之間的位置關(guān)系和包含關(guān)系):
下面講解exception_info中的各個(gè)字段的意思。
start_pc是從字節(jié)碼(Code屬性中的code部分)起始處到當(dāng)前異常處理器起始處的偏移量。
end_pc是從字節(jié)碼起始處到當(dāng)前異常處理器末尾的偏移量。
handler_pc是指當(dāng)前異常處理器用來(lái)處理異常(即catch塊)的第一條指令相對(duì)于字節(jié)碼開(kāi)始處的偏移量。
catch_type是一個(gè)常量池索引, 指向常量池中的一個(gè)CONSTANT_Class_info數(shù)據(jù)項(xiàng), 該數(shù)據(jù)項(xiàng)描述了catch塊中的異常的類型信息。這個(gè)類型必須是java.lang.Throwable的或其子類。
所以可以總結(jié), 一個(gè)異常處理器(exception_info)的意思是: 如果偏移量從start_pc到end_pc之間的字節(jié)碼出現(xiàn)了catch_type描述的類型的異常, 那么就跳轉(zhuǎn)到偏移量為handler_pc的字節(jié)碼處去執(zhí)行。如果catch_type為0, 就代表不引用任何常量池項(xiàng)(再回顧一下, 常量池中的項(xiàng)是從1開(kāi)始計(jì)的), 那么這個(gè)exception_info用于實(shí)現(xiàn)finally子句。
我們一直在介紹Code屬性, 只不過(guò)剛才進(jìn)行了一個(gè)小插曲, 介紹了Code屬性中的exception_table中的exception_info的詳細(xì)信息。 下面我們繼續(xù)介紹Code 屬性中的其他信息, 希望讀者不要被繞暈了 : )
attributes_count 表示當(dāng)前Code 屬性中存在的其他屬性的個(gè)數(shù)。 現(xiàn)在我們知道, class中的屬性, 不僅會(huì)出現(xiàn)在頂層的class中, 會(huì)存在field_info中, 會(huì)存在method_info中, 甚至還會(huì)出現(xiàn)在屬性中。
attributes可以看做是一個(gè)數(shù)組, 里面存放了Code屬性中的其他屬性。 Code 屬性中可以出現(xiàn)的其他屬性有LineNumberTable和LocalVariableTable 。 這兩個(gè)屬性會(huì)在下面介紹。
LineNumberTable屬性
LineNumberTable屬性存在于Code屬性中, 它建立了字節(jié)碼偏移量到源代碼行號(hào)之間的聯(lián)系。 這個(gè)屬性是可選的, 編譯器可以選擇不生成該屬性。下面是該屬性的結(jié)構(gòu)(同樣給出了全局的位置關(guān)系,LineNumberTable在圖的右下角部分):
由于這個(gè)屬性并不是重點(diǎn), 我們?cè)诖撕?jiǎn)單的講述。
每個(gè)LineNumberTable中的line_number_table部分, 可以看做是一個(gè)數(shù)組, 數(shù)組的每項(xiàng)是一個(gè)line_number_info , 每個(gè)line_number_info 結(jié)構(gòu)描述了一條字節(jié)碼和源碼行號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 其中start_pc是這個(gè)line_number_info 描述的字節(jié)碼指令的偏移量, line_number是這個(gè)line_number_info 描述的字節(jié)碼指令對(duì)應(yīng)的源碼中的行號(hào)。可以看出, 方法中的每條字節(jié)碼都對(duì)應(yīng)一個(gè)line_number_info , 這些line_number_info 中的line_number可以指向相同的行號(hào), 因?yàn)橐恍性创a可以編譯出多條字節(jié)碼。
LocalVariableTable屬性
LocalVariableTable 屬性建立了方法中的局部變量與源代碼中的局部變量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 這個(gè)屬性存在于Code屬性中。 這個(gè)屬性是可選的, 編譯器可以選擇不生成這個(gè)屬性。該屬性的結(jié)構(gòu)如下:(同樣給出了全局的位置關(guān)系圖,LocalVariableTable 在該圖的右下角 )
由于這個(gè)屬性相對(duì)不那么重要, 這里只是大概講解一下。
每個(gè)LocalVariableTable 的local_variable_table部分可以看做是一個(gè)數(shù)組, 每個(gè)數(shù)組項(xiàng)是一個(gè)叫做local_variable_info的結(jié)構(gòu), 該結(jié)構(gòu)描述了某個(gè)局部變量的變量名和描述符, 還有和源代碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系。下面講解local_variable_info的各個(gè)部分:
start_pc是當(dāng)前l(fā)ocal_variable_info所對(duì)應(yīng)的局部變量的作用域的起始字節(jié)碼偏移量;
length是當(dāng)前l(fā)ocal_variable_info所對(duì)應(yīng)的局部變量的作用域的大小。 也就是從字節(jié)碼偏移量start_pc 到start_pc+length就是當(dāng)前局部變量的作用域范圍;
name_index指向常量池中的一個(gè)CONSTANT_Utf8_info, 該CONSTANT_Utf8_info描述了當(dāng)前局部變量的變量名;
descriptor_index指向常量池中的一個(gè)CONSTANT_Utf8_info, 該CONSTANT_Utf8_info描述了當(dāng)前局部變量的描述符;
index描述了在該方法被執(zhí)行時(shí),當(dāng)前局部變量在棧幀中局部變量表中的位置。
由此可知, 方法中的每個(gè)局部變量都會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)local_variable_info 。
Exceptions屬性
首先需要說(shuō)明, Exceptions屬性不是存在于Code屬性中的, 它存在于method_info中的attributes中。 和Code屬性是平級(jí)的。 這個(gè)屬性描述的是方法聲明的可能會(huì)拋出的異常, 也就是方法定義后面的throws聲明的異常列表, 請(qǐng)不要和上面提到的異常處理器混淆。 異常處理器描述了方法的字節(jié)碼如何處理異常, 而Exceptions屬性描述方法可能會(huì)拋出哪些以異常。下面講解Exceptions屬性的結(jié)構(gòu)(左下角為Exceptions屬性):
下面講解Exceptions屬性中的信息。
attribute_name_index和attribute_length就不多說(shuō)了, 和其他屬性是一樣的。
number_of_exceptions是該方法要拋出的異常的個(gè)數(shù)。
exceptions_index_table可以看做一個(gè)數(shù)組, 這個(gè)數(shù)組中的每一項(xiàng)占兩個(gè)字節(jié), 這兩個(gè)字節(jié)是對(duì)常量池的索引, 它指向一個(gè)常量池中的CONSTANT_Class_info。 這個(gè)CONSTANT_Class_info描述了一個(gè)被拋出的異常的類型。
總結(jié)
到此為止, 和方法相關(guān)的屬性就介紹完了。 這篇博客講解的內(nèi)容相對(duì)比較復(fù)雜。 下面以一個(gè)實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證, 實(shí)例代碼:
package com.bjpowernode.test; public class Test { public void test() throws Exception{ int localVar = 0; try{ Class.forName("com.bjpowernode.test.Person"); }catch(ClassNotFoundException e){ throw e; }finally{ System.out.println(localVar); } } }
反編譯后的test方法部分(省略了常量池等信息):
public void test() throws java.lang.Exception; flags: ACC_PUBLIC Exceptions: throws java.lang.Exception Code: stack=2, locals=4, args_size=1 0: iconst_0 1: istore_1 2: ldc #18 // String com.bjpowernode.test.Person 4: invokestatic #20 // Method java/lang/Class.forName:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/Class; 7: pop 8: goto 24 11: astore_2 12: aload_2 13: athrow 14: astore_3 15: getstatic #26 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 18: iload_1 19: invokevirtual #32 // Method java/io/PrintStream.println:(I)V 22: aload_3 23: athrow 24: getstatic #26 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 27: iload_1 28: invokevirtual #32 // Method java/io/PrintStream.println:(I)V 31: return Exception table: from to target type 2 8 11 Class java/lang/ClassNotFoundException 2 14 14 any LineNumberTable: line 7: 0 line 11: 2 line 13: 8 line 15: 12 line 16: 14 line 17: 15 line 18: 22 line 17: 24 line 20: 31 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 32 0 this Lcom/bjpowernode/test/Test; 2 30 1 localVar I 12 2 2 e Ljava/lang/ClassNotFoundException;
結(jié)合上面的講解和圖解, 再分析反編譯的結(jié)果, 就一目了然了: 所有的結(jié)果是一個(gè)method_info, method_info開(kāi)始處是訪問(wèn)標(biāo)志信息。 然后是method_info的 Exceptions屬性 , Exceptions屬性屬性下面是Code屬性, Code屬性中又包括字節(jié)碼, 異常處理器 ,LineNumberTable屬性和LocalVariableTable 屬性。
所以會(huì)直接或間接的和method_info有聯(lián)系, 最后給出一張全局圖, 這樣的話, 讀者就比較明確, 一個(gè)完整的方法, 是如何在class文件中描述的,由于考慮到復(fù)雜性, 這些屬性或其他數(shù)據(jù)項(xiàng)中, 對(duì)常量池的引用均未畫(huà)出:
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