(3) 深入理解Java Class文件格式(二)

时间:2021-08-11 09:01:14

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在上一篇文章 深入理解Java Class文件格式(一) 中, 介绍了class文件在整个Java体系结构中的位置和作用, 并对class文件的整体格式做了说明, 介绍了其中的魔数和版本号的相关内容, 并对常量池做了概述。 在本文章, 继续介绍class文件中的其他内容。

class文件中的特殊字符串

 
首先说明一下, 所谓的特殊字符串出现在class文件中的常量池中, 所以在上一篇博客中, 只是对常量池介绍了一个大概。 本着循序渐进和减少跨度的原则, 首先把class文件中的特殊字符串做一个详细的介绍, 然后再回过头来继续讲解常量池。 
 
在上文中, 我们提到特殊字符串是常量池中符号引用的一部分, 至于符号引用的概念, 会在以后提到。 现在我们将重点放在特殊字符串上。 特殊字符串包括三种: 类的全限定名, 字段和方法的描述符, 特殊方法的方法名。 下面我们就分别介绍这三种特殊字符串。
 

(1) 类的全限定名

 
在常量池中, 一个类型的名字并不是我们在源文件中看到的那样, 也不是我们在源文件中使用的包名加类名的形式。 源文件中的全限定名和class文件中的全限定名不是相同的概念。 源文件中的全新定名是包名加类名, 包名的各个部分之间,包名和类名之间, 使用点号分割。 如Object类, 在源文件中的全限定名是java.lang.Object 。 而class文件中的全限定名是将点号替换成“/” 。 例如, Object类在class文件中的全限定名是 java/lang/Object 。 如果读者之前没有接触过class文件格式, 是class文件格式的初学者, 在这里不必知道全限定名在class文件中是如何使用的, 只需要知道, 源文件中一个类的名字, 在class文件中是用全限定名表述的。 
 

(2) 描述符

 
我们知道在一个类中可以有若干字段和方法, 这些字段和方法在源文件中如何表述, 我们再熟悉不过了。 既然现在我们要学习class文件格式, 那么我们就要问, 一个字段或一个方法在class文件中是如何表述的? 在本文中, 我们会讨论方法和字段在class文件中的描述。 方法和字段的描述符并不会把方法和字段的所有信息全都描述出来, 毕竟描述符只是一个简单的字符串。 
 
在讲解描述符之前, 要先说明一个问题, 那就是所有的类型在描述符中都有对应的字符或字符串来对应。 比如, 每种基本数据类型都有一个大写字母做对应, void也有一个大写字符做对应。 下表是void和基本数据类型在描述符中的对应。
 
基本数据类型和void类型 类型的对应字符
byte B
char C
double D
float F
int I
long J
short S
boolean Z
void V
 
基本上都是以类型的首字符变成大写来对应的, 其中long和boolean是特例, long类型在描述符中的对应字符是J, boolean类型在描述符中的对应字符是Z 。 
 
基本类型和void在描述符中都有一个大写字符和他们对应, 那么引用类型(类和接口,枚举)在描述符中是如何对应的呢? 引用类型的对应字符串(注意, 引用类型在描述符中使用一个字符串做对应) , 这个字符串的格式是:
 
  1. “L” + 类型的全限定名 + “;”
 
注意,这三个部分之间没有空格, 是紧密排列的。 如Object在描述符中的对应字符串是: Ljava/lang/Object;  ; ArrayList在描述符中的对应字符串是: Ljava/lang/ArrayList;  ; 自定义类型com.example.Person在描述符中的对应字符串是: Lcom/example/Person; 。
 
我们知道, 在Java语言中数组也是一种类型, 一个数组的元素类型和他的维度决定了他的类型。 比如, 在 int[] a 声明中, 变量a的类型是int[] , 在 int[][] b 声明中, 变量b的类型是int[][] , 在 Object[] c 声明中, 变量c的类型是Object[] 。既然数组是类型, 那么在描述符中, 也应该有数组类型的对应字符串。 在class文件的描述符中, 数组的类型中每个维度都用一个 [ 代表, 数组类型整个类型的对应字符串的格式如下:
 
  1. 若干个“[”  +  数组中元素类型的对应字符串
 
下面举例来说名。 int[]类型的对应字符串是: [I  。 int[][]类型的对应字符串是: [[I 。 Object[]类型的对应字符串是: [Ljava/lang/Object; 。 Object[][][]类型的对应字符串是: [[[Ljava/lang/Object; 。
 
介绍完每种类型在描述符中的对应字符串, 下面就开始讲解字段和方法的描述符。 
 
字段的描述符就是字段的类型所对应的字符或字符串。 如: int i 中, 字段i的描述符就是 I 。 Object o中, 字段o的描述符就是 Ljava/lang/Object;  。 double[][] d中, 字段d的描述符就是 [[D 。 
 
方法的描述符比较复杂, 包括所有参数的类型列表和方法返回值。 它的格式是这样的:
 
  1. (参数1类型 参数2类型 参数3类型 ...)返回值类型
 
其中, 不管是参数的类型还是返回值类型, 都是使用对应字符和对应字符串来表示的, 并且参数列表使用小括号括起来, 并且各个参数类型之间没有空格, 参数列表和返回值类型之间也没有空格。 
 
下面举例说明(此表格来源于《深入Java虚拟机》)。
 
方法描述符 方法声明
()I int getSize()
()Ljava/lang/String; String toString()
([Ljava/lang/String;)V void main(String[] args)
()V void wait()
(JI)V void wait(long timeout, int nanos)
(ZILjava/lang/String;II)Z boolean regionMatches(boolean ignoreCase, int toOffset, String other, int ooffset, int len)
([BII)I int read(byte[] b, int off, int len )
()[[Ljava/lang/Object; Object[][] getObjectArray()

 

(3) 特殊方法的方法名

 

首先要明确一下, 这里的特殊方法是指的类的构造方法和类型初始化方法。 构造方法就不用多说了, 至于类型的初始化方法, 对应到源码中就是静态初始化块。 也就是说, 静态初始化块, 在class文件中是以一个方法表述的, 这个方法同样有方法描述符和方法名。

 
类的构造方法的方法名使用字符串 <init> 表示, 而静态初始化方法的方法名使用字符串 <clinit> 表示。 除了这两种特殊的方法外, 其他普通方法的方法名, 和源文件中的方法名相同。

总结

 
到此为止, 关于特殊字符串就讲解完了。 最后做一下总结:
 
class文件中的特殊字符串包括类(包括接口, 枚举)的全限定名, 字段的描述符和方法的描述符。 其中类的全限定名比较简单易于理解, 字段和方法的描述符由于涉及到每种类型的映射, 可能稍显复杂。 要理解描述符, 主要是要熟记每种类型(包括8种基本数据类型,类类型, 数组类型和void)在描述符中所对应的描述字符或字符串。 
 
还有一点需要注意, 就是方法和字段的描述符中, 不包括字段名和方法名, 字段描述符中只包括字段类型, 方法描述符中只包括参数列表和返回值类型。