什么是JAVA Class文件

這篇文章主要講解了“什么是JAVA Class文件”，文中的講解內(nèi)容簡單清晰，易于學(xué)習(xí)與理解，下面請大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學(xué)習(xí)“什么是JAVA Class文件”吧！

一.JVM的語言無關(guān)性

JVM是干什么用的？

運(yùn)行java的啊，難不成是運(yùn)行python的？

這句話是對的，但不完整，JVM并不是只能運(yùn)行java程序。

事實(shí)上，JVM上運(yùn)行的本身也不是java文件，而是class文件。

而能夠編譯轉(zhuǎn)化為class文件的，并不只有java一種。

這就是JVM的語言無關(guān)性。

至于能不能運(yùn)行python，取決于是否有一個(gè)能將python轉(zhuǎn)成class文件的工具。

當(dāng)然這樣做沒有太多的意義，畢竟python也有其運(yùn)行環(huán)境，且在某種意義上，比java更強(qiáng)大，核心類庫更完善。

各種語言也有各自的平臺(tái)，所以沒有必要強(qiáng)制編譯。

但掌握class文件還是很有意義的。

作為一個(gè)程序員，你是否有過或者曾經(jīng)有過創(chuàng)建一門語言的奢望？最好還是用漢語開發(fā)。

但現(xiàn)實(shí)，或者大學(xué)里的某個(gè)導(dǎo)師，卻給你兜頭一盆冷水。

先花個(gè)三五年研究匯編，再考慮實(shí)現(xiàn)這些。

三五年，黃花菜都涼了。

現(xiàn)在，有了JVM，似乎看到了一點(diǎn)希望的曙光。

二.class文件的本質(zhì)

要實(shí)現(xiàn)之前的設(shè)想，或者說，想開發(fā)一個(gè)編譯工具。首先要做的，就是要解構(gòu)class文件本身。

無論如何得來，class文件的本質(zhì)都是一組以 8 位字節(jié)為基礎(chǔ)單位的2進(jìn)制流。

記住，是2進(jìn)制。

為了證明這一點(diǎn)，我們還是要用到一些工具。比如，Sublime。

它并不是一個(gè)直接查看2進(jìn)制的工具，而是16 進(jìn)制的編輯器（2進(jìn)制和16進(jìn)制可以無縫切換）。

這里面似乎還有python的事情哦。使用時(shí)，直接點(diǎn)擊sublime_text.exe文件即可。

然后選擇class文件，打開，如下圖的樣子。

看的人眼花對不對？這都什么玩意！

前文說了，2進(jìn)制，不，這就是16進(jìn)制啊。

如果你不想去看16進(jìn)制，也可以使用javap，直接去查看字節(jié)碼指令（詳細(xì)內(nèi)容見前文《一段java代碼是如何執(zhí)行的》）。

如果你也不想打開命令行，還有一個(gè)叫jclasslib的工具，可提供圖形化界面，它還有適用于idea的插件。

但它不是重點(diǎn)，暫且忽略。

三.class文件結(jié)構(gòu)揭秘

class文件格式中只有兩種數(shù)據(jù)類型，無符號數(shù)和表。

其中，無符號數(shù)包含所有的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型和字符串，索引引用等，根據(jù)字節(jié)長度又可以分為u1，u2，u4，u8，分別代表無符號數(shù)的長度為1，2，4，8。

而表，即對象類型。

接下來，以sublime文件解析的內(nèi)容為藍(lán)本，按順序說說的class文件的構(gòu)成。

（1）class文件的頭四個(gè)字節(jié)被稱為魔數(shù)，它的作用是確定這個(gè)文件是否為一個(gè)能被虛擬機(jī)接受的 Class 文件。

如，上文中魔數(shù)的值為：

它代表該文件是一個(gè)class類型的文件，不信，你可以多打開幾個(gè)class文件看看。

（2）接下來的四個(gè)字節(jié)代表jdk的版本

如上的內(nèi)容代表jdk的版本為1.8。

PS:jdk1.1的版本數(shù)字為45，以后每跨一個(gè)大版本，數(shù)字+1，所以jdk1.8的版本數(shù)字為51(十進(jìn)制)，轉(zhuǎn)化為16進(jìn)制即為34。

（3）下面一個(gè)概念是常量池

以上內(nèi)容是常量池的計(jì)數(shù)器，通過該數(shù)字，我們計(jì)算出常量的個(gè)數(shù)為15個(gè)（計(jì)算出的數(shù)字減1，因?yàn)樵撚?jì)數(shù)器的起始數(shù)不是0，而是1）

我們用javap命令打開常量池，證明常量的確是15個(gè)。

（4）常量池后面就是訪問標(biāo)志，訪問標(biāo)志主要分為如下類別

我們回頭去看看這段class的源碼（居然如此簡單）

Java 代碼

public class ByteCode {
    public ByteCode(){
    }
}

該類非接口，非抽象類，非枚舉，非系統(tǒng)代碼，非final，有pulbic，且編譯器在jdk1.2之后，所以，滿足條件的標(biāo)志為：

ACC_PUBLIC和 ACC_SUPER，對應(yīng)標(biāo)志數(shù)為0001和0020，合并起來就是0021。如下圖位置：

（5）類索引，父類索引和接口索引

• 上文訪問標(biāo)志后面就是類索引，索引值為0002，對應(yīng)常量池第二位。

• 類索引后面就是夫類索引，索引值為0003，對應(yīng)常量池第三位。

• 父類索引后面就是接口索引，索引值為0000，代表該類沒有實(shí)現(xiàn)任何接口。

（6）字段表，方法表，屬性表

三大索引之后就是字段表

字段表為0000，代表無字段。

如上圖，方法表分為四部分

• 方法表計(jì)數(shù)器的結(jié)果為1，代表有一個(gè)字段

• 方法表訪問標(biāo)志為0001，代表public

• 方法表名稱索引為0004，對應(yīng)常量池第4個(gè)

• 方法表描述索引為0005，對應(yīng)常量池第5個(gè)

屬性表以此類推。

四.字節(jié)碼指令

單獨(dú)開一個(gè)章節(jié)講講字節(jié)碼指令，它存在于方法表中，如下分類：

（1）加載和存儲(chǔ)指令

此部分內(nèi)容，見前文《一段java代碼是如何執(zhí)行的》）

（2）運(yùn)算或算術(shù)指令

源碼：

Java 代碼

public class Test {
    public void add(int a,int b){
        System.out.println(a+b);
        System.out.println(a-b);
        System.out.println(a*b);
        System.out.println(a/b);
    }
}

字節(jié)碼指令如下：

（3）類型轉(zhuǎn)換指令

源碼：

Java 代碼

public class Test {
    public void add(int a,int b){
        int c = 1;
        long d = c;
    }
}

字節(jié)碼指令：

（4）創(chuàng)建實(shí)例指令

這個(gè)不用多講，就是new

（5）創(chuàng)建數(shù)組指令

源碼：

Java 代碼

public class Test {
    public void add(int a,int b){
        int[] c = new int[4];
        String[] d = new String[5];
    }
}

字節(jié)碼指令：

（6）訪問字段指令

源碼：

Java 代碼

public class Test {
    private static String name = "1";
    private String age = "2";
    public static void main(String[] args) {
        Test test = new Test();
        String a = test.age;
        String b = Test.name;
    }
}

字節(jié)碼指令：

（7）數(shù)組存取指令

源碼：

Java 代碼

public static void main(String[] args) {
    String[] a = new String[5];
    a[1] = "2";
    String b = a[1];
}

字節(jié)碼指令：

（8）檢查實(shí)例類型指令

就是instanceof，演示略

（9）方法返回指令

就是return，演示略

五.異常操作

直接看一段代碼：

Java 代碼

public class Test {
    public void test() {
        InputStream in = null;
        try {
            in = new FileInputStream("i.txt");
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            try {
                in.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

代碼是一段典型的文件流操作，與其他代碼不同的是，它捕獲了兩個(gè)異常。

那么，字節(jié)碼指令又是如何處理該異常的呢

我們可以看到，最底下出現(xiàn)了一個(gè)exception table，即異常表，它記錄了所有的異常數(shù)據(jù)

以異常表第一行舉例，from，to分別代表，如果第12行，到第16行間發(fā)生異常，則直接跳到第19行（target）。

六.裝箱拆箱

這是繞不過去的一個(gè)話題。

但凡有一點(diǎn)java基礎(chǔ)的人都知道，java有八大基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型，每一種類型都對應(yīng)一種包裝類。如int之于Integer，long之于Long。

一般來講，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型和包裝類都可以相互賦值。但這其中的邏輯如何呢？

Java 代碼

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
       Integer i = 1;
       int a = 2;
       int b = 3;
       i = a;
       b = i;
    }
}

我們來看看字節(jié)碼指令

從字節(jié)碼指令中，我們可以看到，有三次拆裝操作

• 第一次，調(diào)用Integer的valueOf方法，講常量1轉(zhuǎn)為Integer類型；

• 第二次，調(diào)用Integer的valueOf方法，講棧頂值2轉(zhuǎn)為Integer類型；

• 第三次，調(diào)用intValue方法，講Integer轉(zhuǎn)為int，然后賦值給b。

前兩部為裝箱，后一步為拆箱。

這就是拆裝箱的底層實(shí)現(xiàn)邏輯了。

感謝各位的閱讀，以上就是“什么是JAVA Class文件”的內(nèi)容了，經(jīng)過本文的學(xué)習(xí)后，相信大家對什么是JAVA Class文件這一問題有了更深刻的體會(huì)，具體使用情況還需要大家實(shí)踐驗(yàn)證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關(guān)知識點(diǎn)的文章，歡迎關(guān)注！