類檔案結構與javap的使用

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1、javap的使用與類檔案結構

使用過程：

java源代碼：

 1 package compile;
 2 /**
 3  * class位元組碼
 4  */
 5 public class TestClass {
 6     private int m;
 7     
 8     public int inc() {
 9         return m + 1;
10     }
11 }      

在硬碟上找到java源檔案所在目錄（eg.E:\Java\workspaceOfMyBatis3\baseUtil\src\compile）

打開指令視窗，執行"javac -g TestClass.java"生成TestClass.class位元組碼檔案，然後使用"javap -c TestClass > TCC.txt"将位元組碼檔案的處理結果輸出到TCC.txt中。

打開TCC.txt，如下：

Compiled from "TestClass.java"
public class compile.TestClass extends java.lang.Object{
    public compile.TestClass();
      Code:
       0:    aload_0
       1:    invokespecial    #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V
       4:    return

    public int inc();
      Code:
       0:    aload_0
       1:    getfield    #2; //Field m:I
       4:    iconst_1
       5:    iadd
       6:    ireturn
}      

說明：

• javac -g TestClass.java
• -g：生成所有的調試資訊，包括局部變量名和行号資訊。
• javap -c TestClass > TCC.txt，對于javap常用的參數：
• -c：輸出位元組碼Code
• -l(小寫L)：輸出Code、LineNumberTable與LocalVariableTable
• -s：輸出方法簽名（方法的接收參數清單和傳回值）
• -verbose：包含-c、-l以及輸出class檔案的編譯版本，常量池，Stack, Locals, Args_size
• 對于javap而言，常用的就是-c或-verbose　　

這裡列出使用"javap -verbose TestClass > TCV.txt的結果：

Compiled from "TestClass.java"
public class compile.TestClass extends java.lang.Object
  SourceFile: "TestClass.java" /* 源檔案名稱 */
  minor version: 0        /* 次版本号 */
  major version: 50        /* 主版本号，50-->jdk6 */
  Constant pool:        /* 常量池：存放所有的方法名、field名、方法簽名（方法參數+傳回值）、類型名、class檔案中的常量值 */
    const #1 = Method    #4.#18;    //  java/lang/Object."<init>":()V
    const #2 = Field    #3.#19;    //  compile/TestClass.m:I
    const #3 = class    #20;    //  compile/TestClass    
    const #4 = class    #21;    //  java/lang/Object    
    const #5 = Asciz    m;                                /*field名*/
    const #6 = Asciz    I;                                /*類型名*/
    const #7 = Asciz    <init>;                            /*方法名（構造器）*/
    const #8 = Asciz    ()V;                             /*方法簽名（方法參數+傳回值）*/
    const #9 = Asciz    Code;
    const #10 = Asciz    LineNumberTable;                /*class檔案中的常量值:Java源碼的行号與位元組碼指令對應關系*/
    const #11 = Asciz    LocalVariableTable;                /*class檔案中的常量值:局部變量表*/
    const #12 = Asciz    this;
    const #13 = Asciz    Lcompile/TestClass;;            /*目前類的類型"Lxxx;"表示xxx引用類型*/
    const #14 = Asciz    inc;                            /*方法名*/
    const #15 = Asciz    ()I;                            /*方法簽名（方法參數+傳回值）*/
    const #16 = Asciz    SourceFile;                        /*class檔案中的常量值:源檔案名稱*/
    const #17 = Asciz    TestClass.java;                    /*class檔案中的常量值:源檔案名稱*/
    const #18 = NameAndType    #7:#8;//  "<init>":()V
    const #19 = NameAndType    #5:#6;//  m:I
    const #20 = Asciz    compile/TestClass;                /*類型名*/
    const #21 = Asciz    java/lang/Object;                /*類型名*/

{
    public compile.TestClass();
      Code:    /* 方法位元組碼 */
       /* Stack:操作數棧的深度（這個值就是類加載階段為操作數棧配置設定的深度）
        * Locals:局部變量的配置設定空間（機關是slot，不是個數），對于double和long這兩個64bit的，需要兩個slot，對于其他<=32bit的，隻需要一個slot
        * Args_size:方法參數的個數，包括方法參數、this（this隻針對執行個體方法，static方法不會自動添加this）
        */
       Stack=1, Locals=1, Args_size=1 
       0:    aload_0    /*将第0個Slot中的引用類型的本地變量推到操作數棧頂，這裡就是LocalVariableTable的this*/
       1:    invokespecial    #1; //Method java/lang/Object."<init>":()V  /* invokespecial #1：調用#1常量代表的方法，這裡就是super(),目前棧頂的元素作為該方法#1的接收者 */
       4:    return    /*傳回該方法，該方法的傳回值為Void，執行了return指令，方法結束*/
       
      LineNumberTable: /* Java源碼的行号與位元組碼指令對應關系 */
       line 5: 0

      LocalVariableTable: /* 局部變量表 */
       Start  Length  Slot  Name   Signature
       0      5      0    this       Lcompile/TestClass;


    public int inc();
      Code:
       Stack=2, Locals=1, Args_size=1
       0:    aload_0                            /*将第0個Slot中的引用類型的本地變量推到操作數棧頂，這裡就是LocalVariableTable的this*/
       1:    getfield    #2; //Field m:I        /*getfield #2:擷取常量表中定義的#2執行個體（即執行個體m）,然後将m推到操作數棧頂*/
       4:    iconst_1                        /*向棧頂壓入一個int常量1*/
       5:    iadd                            /*将棧頂的兩個元素相加（這裡是1和m），然後将結果壓入棧頂*/
       6:    ireturn                            /*從目前方法傳回棧頂的int型數值結果*/
      LineNumberTable: 
       line 9: 0

      LocalVariableTable: 
       Start  Length  Slot  Name   Signature
       0      7      0    this       Lcompile/TestClass;
}      

• 上述檔案中/*xxx*/這樣的注釋是我添加的，//這樣的注釋是javap自己生成的
• 需要知道的是，上述的檔案并非是生成的*.class檔案，*.class檔案的内容是一串接近于機器碼的十六進制字元，開頭是一個魔數"0xCAFEBABE"，該魔數是确定一個檔案是否是class檔案的标準。之後就是class編譯版本（minor version，major version），然後下邊的順序與TCV.txt的順序一樣了。
• 在TCV.txt檔案中，多了一個無參構造器方法，該無參構造器調用的是TestClass的父類Object的無參構造器（即執行了super()方法），這個無參構造器是在javac變異的第三步"語義分析"的時候添加的，具體的檢視第二章 Javac編譯原理 

注意：

• 常量池的存放内容
• 存放所有的方法名
• field名
• 方法簽名（方法參數+傳回值）
• 類型名
• class檔案中的常量值
• 常量池的前四部分可以稱作是符号引用（即隻有一些名稱，但沒有實際的位址，在運作期進行類的加載過後，會為這些東西配置設定實際的記憶體，到時候符号引用就會轉化為直接引用，就能被JVM用了）
• 常量池的組成：符号引用、常量（這個常量包含我們代碼中定義的常量，eg、字元串常量，也包括class檔案中的常量，eg.SourceFile）。
• 主版本号的對應（eg.50對應jdk6，51對應jdk7），檢視《深入了解java虛拟機（第二版）》P167
• Stack：操作數棧的深度（這個值就是類加載階段為操作數棧配置設定的深度）
• Locals：局部變量的配置設定空間（機關是slot，不是個數），對于double和long這兩個64bit的，需要兩個slot，對于其他<=32bit的，隻需要一個slot
• Args_size：方法參數的個數，包括方法參數、this（this隻針對執行個體方法，static方法不會自動添加this）
• inc()方法：我詳細注釋了該方法的執行過程，這也就是JVM執行一個方法的基本流程（基于棧）

提醒：

• Code部分是我們主要關注的部分，這一部分中關鍵的部分就是每一條位元組碼指令的意義是什麼。具體的可以檢視《深入分析Java Web技術内幕（修訂版）》P124-P135

總結：

• 掌握類檔案結構，有利于我們了解類加載機制，而了解了類加載機制，最直接的好處，就是我們可以自己編寫類加載工具，例如，smarty架構就是自己編寫了一個類加載器
• 讀懂執行javap之後的位元組碼指令有利于我們了解java代碼的執行流程，對我們定位問題也有一定的好處（雖然我在開發中還沒有用這種方式定位過問題）

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