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class文件结构之字段、方法、属性集合

10、字段表集合

用于描述接口或类中声明的变量。字段（field）包括类级变量以及实例级变量，但是不包括方法内部、代码块内部声明的局部变量。字段叫什么名字、字段被定义为什么数据类型，这些都是无法固定的，只能引用常量池中的常量来描述。它指向常量池索引集合，它描述了每个字段的完整信息。比如字段的标识符、访问修饰符（public、private 或 protected）、是类变量还是实例变量（static 修饰符）、是否是常量（final 修饰符）等。

注意事项：字段表集合中不会列出从父类或者实现的接口中继承而来的字段，但有可能列出原本 Java 代码之中不存在的字段。譬如在内部类中为了保持对外部类的访问性，会自动添加指向外部类实例的字段。在 Java 语言中字段是无法重载的，同一个类中两个字段的数据类型、修饰符不管是否相同，都必须使用不一样的名称，但是对于字节码来讲，如果两个字段的描述符不一致，那字段重名就是合法的。

10.1. 字段计数器

字段计数器 的值表示当前 class 文件 fields 表的成员个数。使用两个字节来表示。fields 表中每个成员都是一个 field_info 结构，用于表示该类或接口所声明的所有类字段或者实例字段，不包括方法内部声明的变量，也不包括从父类或父接口继承的那些字段

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10.2、字段表

标志名称 标志值 含义 数量
u2 access_flags 访问标志 1
u2 name_index 字段名索引 1
u2 descriptor_index 描述符索引 1
u2 attributes_count 属性计数器 1
attribute_info attributes 属性集合 attributes_count

10.2.1、字段表访问标识

我们知道，一个字段可以被各种关键字去修饰，比如：作用域修饰符（public、private、protected）、static 修饰符、final 修饰符、volatile 修饰符等等。因此，其可像类的访问标志那样，使用一些标志来标记字段。字段的访问标志有如下这些：

标志名称 标志值 含义
ACC_PUBLIC 0x0001 字段是否为 public
ACC_PRIVATE 0x0002 字段是否为 private
ACC_PROTECTED 0x0004 字段是否为 protected
ACC_STATIC 0x0008 字段是否为 static
ACC_FINAL 0x0010 字段是否为 final
ACC_VOLATILE 0x0040 字段是否为 volatile
ACC_TRANSTENT 0x0080 字段是否为 transient
ACC_SYNCHETIC 0x1000 字段是否为由编译器自动产生
ACC_ENUM 0x4000 字段是否为 enum

10.2.2、字段名索引

根据字段名索引的值，查询常量池中的指定索引项即可。

class文件结构之字段、方法、属性集合

10.2.3、描述符索引

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。根据描述符规则，基本数据类型（byte，char，double，float，int，long，short，boolean）及代表无返回值的 void 类型都用一个大写字符来表示，而对象则用字符 L 加对象的全限定名来表示，如下所示：

标志符 含义
B 基本数据类型 byte
C 基本数据类型 char
D 基本数据类型 double
F 基本数据类型 float
I 基本数据类型 int
J 基本数据类型 long
S 基本数据类型 short
Z 基本数据类型 boolean
V 代表 void 类型
L 对象类型，比如：Ljava/lang/Object;
[ 数组类型，代表一维数组。比如：`double[] is [[[D

10.2.3、属性表集合

一个字段还可能拥有一些属性，用于存储更多的额外信息。比如初始化值、一些注释信息等。属性个数存放在 attribute_count 中，属性具体内容存放在 attributes 数组中。

// 以常量属性为例，结构为：
ConstantValue_attribute{
    u2 attribute_name_index;
    u4 attribute_length;
    u2 constantvalue_index;
}

说明：对于常量属性而言，attribute_length 值恒为 2。

11、方法表集合

方法表集合：指向常量池索引集合，它完整描述了每个方法的签名。

  • 在字节码文件中，每一个 method_info 项都对应着一个类或者接口中的方法信息。比如方法的访问修饰符（public、private 或 protected），方法的返回值类型以及方法的参数信息等。
  • 如果这个方法不是抽象的或者不是 native 的，那么字节码中会体现出来。
  • methods 表只描述当前类或接口中声明的方法，不包括从父类或父接口继承的方法。另一方面，methods 表有可能会出现由编译器自动添加的方法，最典型的便是编译器产生的方法信息（比如：类（接口）初始化方法<clinit>()和构造器的实例初始化方法<init>()）。

在 Java 语言中，要重载（Overload）一个方法，除了要与原方法具有相同的简单名称之外，还要求必须拥有一个与原方法不同的特征签名，特征签名就是一个方法中各个参数在常量池中的字段符号引用的集合，也就是因为返回值不会包含在特征签名之中，因此 Java 语言里无法仅仅依靠返回值的不同来对一个已有方法进行重载。但在 Class 文件格式中，特征签名的范围更大一些，只要描述符不是完全一致的两个方法就可以共存。也就是说，如果两个方法有相同的名称和特征签名，但返回值不同，那么也是可以合法共存于同一个 class 文件中。也就是说，尽管 Java 语法规范并不允许在一个类或者接口中声明多个方法签名相同的方法，但是和 Java 语法规范相反，字节码文件中却恰恰允许存放多个方法签名相同的方法，唯一的条件就是这些方法之间的返回值不能相同。

11.1、方法计数器

methods_count 的值表示当前 class 文件 methods 表的成员个数。使用两个字节来表示。methods 表中每个成员都是一个 method_info 结构。

class文件结构之字段、方法、属性集合

11.2、方法表

methods 表中的每个成员都必须是一个 method_info 结构，用于表示当前类或接口中某个方法的完整描述。如果某个 method_info 结构的 access_flags 项既没有设置 ACC_NATIVE 标志也没有设置 ACC_ABSTRACT 标志，那么该结构中也应包含实现这个方法所用的 Java 虚拟机指令。method_info 结构可以表示类和接口中定义的所有方法，包括实例方法、类方法、实例初始化方法和类或接口初始化方法，方法表的结构实际跟字段表是一样的，方法表结构如下：

标志名称 标志值 含义 数量
u2 access_flags 访问标志 1
u2 name_index 方法名索引 1
u2 descriptor_index 描述符索引 1
u2 attributes_count 属性计数器 1
attribute_info attributes 属性集合 attributes_count

方法表访问标志，跟字段表一样，方法表也有访问标志，而且他们的标志有部分相同，部分则不同，方法表的具体访问标志如下：

标志名称 标志值 含义
ACC_PUBLIC 0x0001 public，方法可以从包外访问
ACC_PRIVATE 0x0002 private，方法只能本类访问
ACC_PROTECTED 0x0004 protected，方法在自身和子类可以访问
ACC_STATIC 0x0008 static，静态方法
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12、属性表集合

方法表集合之后的属性表集合，指的是 class 文件所携带的辅助信息，比如该 class 文件的源文件的名称。以及任何带有 RetentionPolicy.CLASS 或者 RetentionPolicy.RUNTIME 的注解。这类信息通常被用于 Java 虚拟机的验证和运行，以及 Java 程序的调试，一般无须深入了解。此外，字段表、方法表都可以有自己的属性表。用于描述某些场景专有的信息。属性表集合的限制没有那么严格，不再要求各个属性表具有严格的顺序，并且只要不与已有的属性名重复，任何人实现的编译器都可以向属性表中写入自己定义的属性信息，但 Java 虚拟机运行时会忽略掉它不认识的属性。

12.1、属性计数器

attributes_count 的值表示当前 class 文件属性表的成员个数。属性表中每一项都是一个 attribute_info 结构。

12.2.、属性表

attributes[]（属性表）：属性表的每个项的值必须是 attribute_info 结构。属性表的结构比较灵活，各种不同的属性只要满足以下结构即可。属性的通用格式

类型 名称 数量 含义
u2 attribute_name_index 1 属性名索引
u4 attribute_length 1 属性长度
u1 info attribute_length 属性表

属性类型：属性表实际上可以有很多类型，上面看到的 Code 属性只是其中一种，Java8 里面定义了 23 种属性。下面这些是虚拟机中预定义的属性：

属性名称 使用位置 含义
Code 方法表 Java 代码编译成的字节码指令
ConstantValue 字段表 final 关键字定义的常量池
Deprecated 类，方法，字段表 被声明为 deprecated 的方法和字段
Exceptions 方法表 方法抛出的异常
EnclosingMethod 类文件 仅当一个类为局部类或者匿名类时才能拥有这个属性，这个属性用于标识这个类所在的外围方法
InnerClass 类文件 内部类列表
LineNumberTable Code 属性 Java 源码的行号与字节码指令的对应关系
LocalVariableTable Code 属性 方法的局部变量描述
StackMapTable Code 属性 JDK1.6 中新增的属性，供新的类型检查检验器和处理目标方法的局部变量和操作数有所需要的类是否匹配
Signature 类，方法表，字段表 用于支持泛型情况下的方法签名
SourceFile 类文件 记录源文件名称
SourceDebugExtension 类文件 用于存储额外的调试信息
Synthetic 类，方法表，字段表 标志方法或字段为编译器自动生成的
LocalVariableTypeTable 类 是哟很难过特征签名代替描述符，是为了引入泛型语法之后能描述泛型参数化类型而添加
RuntimeVisibleAnnotations 类，方法表，字段表 为动态注解提供支持
RuntimeInvisibleAnnotations 类，方法表，字段表 用于指明哪些注解是运行时不可见的
RuntimeVisibleParameterAnnotation 方法表 作用与 RuntimeVisibleAnnotations 属性类似，只不过作用对象或方法
RuntimeInvisibleParameterAnnotation 方法表 作用与 RuntimeInvisibleAnnotations 属性类似，只不过作用对象或方法
AnnotationDefault 方法表 用于记录注解类元素的默认值
BootstrapMethods 类文件 用于保存 invokeddynamic 指令引用的引导方法限定符

Code 属性：Code 属性就是存放方法体里面的代码。但是，并非所有方法表都有 Code 属性。像接口或者抽象方法，他们没有具体的方法体，因此也就不会有 Code 属性了。Code 属性表的结构

类型 名称 数量 含义
u2 attribute_name_index 1 属性名索引
u4 attribute_length 1 属性长度
u2 max_stack 1 操作数栈深度的最大值
u2 max_locals 1 局部变量表所需的存续空间
u4 code_length 1 字节码指令的长度
u1 code code_lenth 存储字节码指令
u2 exception_table_length 1 异常表长度
exception_info exception_table exception_length 异常表
u2 attributes_count 1 属性集合计数器
attribute_info attributes attributes_count 属性集合
class文件结构之字段、方法、属性集合

① ConstantValue 属性

ConstantValue 属性表示一个常量字段的值。位于 field_info 结构的属性表中。

ConstantValue_attribute{
    u2 attribute_name_index;
    u4 attribute_length;
    u2 constantvalue_index;//字段值在常量池中的索引，常量池在该索引处的项给出该属性表示的常量值。（例如，值是1ong型的，在常量池中便是CONSTANT_Long）
}

② Deprecated 属性

Deprecated 属性是在 JDK1.1 为了支持注释中的关键词@deprecated 而引入的。

Deprecated_attribute{
    u2 attribute_name_index;
    u4 attribute_length;
}

④ InnerClasses 属性

为了方便说明特别定义一个表示类或接口的 Class 格式为 C。如果 C 的常量池中包含某个 CONSTANT_Class_info 成员，且这个成员所表示的类或接口不属于任何一个包，那么 C 的 ClassFile 结构的属性表中就必须含有对应的 InnerClasses 属性。InnerClasses 属性是在 JDK1.1 中为了支持内部类和内部接口而引入的，位于 ClassFile 结构的属性表。

⑤ LineNumberTable 属性

LineNumberTable 属性是可选变长属性，位于 Code 结构的属性表。LineNumberTable 属性是用来描述 Java 源码行号与字节码行号之间的对应关系。这个属性可以用来在调试的时候定位代码执行的行数。

  • start_pc，即字节码行号；1ine_number，即 Java 源代码行号。

在 Code 属性的属性表中，LineNumberTable 属性可以按照任意顺序出现，此外，多个 LineNumberTable 属性可以共同表示一个行号在源文件中表示的内容，即 LineNumberTable 属性不需要与源文件的行一一对应。

// LineNumberTable属性表结构：
LineNumberTable_attribute{
    u2 attribute_name_index;
    u4 attribute_length;
    u2 line_number_table_length;
    {
        u2 start_pc;
        u2 line_number;
    } line_number_table[line_number_table_length];
}

⑥ LocalVariableTable 属性

LocalVariableTable 是可选变长属性，位于 Code 属性的属性表中。它被调试器用于确定方法在执行过程中局部变量的信息。在 Code 属性的属性表中，LocalVariableTable 属性可以按照任意顺序出现。Code 属性中的每个局部变量最多只能有一个 LocalVariableTable 属性。

  • start pc + length 表示这个变量在字节码中的生命周期起始和结束的偏移位置（this 生命周期从头 e 到结尾 10）
  • index 就是这个变量在局部变量表中的槽位（槽位可复用）
  • name 就是变量名
  • Descriptor 表示局部变量类型描述 
// LocalVariableTable属性表结构：
LocalVariableTable_attribute{
    u2 attribute_name_index;
    u4 attribute_length;
    u2 local_variable_table_length;
    {
        u2 start_pc;
        u2 length;
        u2 name_index;
        u2 descriptor_index;
        u2 index;
    } local_variable_table[local_variable_table_length];
}

⑦ Signature 属性

Signature 属性是可选的定长属性，位于 ClassFile，field_info 或 method_info 结构的属性表中。在 Java 语言中，任何类、接口、初始化方法或成员的泛型签名如果包含了类型变量（Type Variables）或参数化类型（Parameterized Types），则 Signature 属性会为它记录泛型签名信息。

⑧ SourceFile 属性

类型 名称 数量 含义
u2 attribute_name_index 1 属性名索引
u4 attribute_length 1 属性长度
u2 sourcefile index 1 源码文件素引
Class文件结构 文件结构 Class文件 class
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