http://www.ophonesdn.com/article/show/38
平台基础知识, 2009-08-27 16:02:02
标签 : 景涛 apk android Application package OPhone
一．引言
做过OPhone/Android应用开发的人，对apk文件应该不会陌生。apk文件，即Android application
package文件。每个要安装到OPhone平台的应用都要被编译打包为一个单独的文件，后缀名为.apk，其中包含了应用的二进制代码、资源、配置文件等。
本文将对apk文件的结构和内容做一个简单介绍，并以一个简单的hello
world程序为例，介绍一下apk文件中二进制代码dex文件的反编译过程。(作者：景涛）
二．Hello world示例
为了叙述方便，我们先给出一个简单的hello
world程序。工程的目录结构如下：
- |-- AndroidManifest.xml
- |-- assets
- |-- bin
- |-- default.properties
- |-- res
- | |-- drawable
- | | `-- icon.png
- | |-- layout
- | | `-- main.xml
- | `-- values
- | `-- strings.xml
- `-- src
- `-- hello
- `-- world
- `-- hello.java
我使用的开发环境是eclipse及adt0.9和OPhone sdk 1.5。上图中所有文件和目录都是根据建立工程时的配置自动生成的。hello.java是我在这个工程中唯一修改的地方，在程序执行时会在屏幕上显示“hello, OPhone”的字样。源码如下，注意粗体为修改的代码。
- package hello.world;
- import android.app.Activity;
- import android.os.Bundle;
- import android.widget.TextView;
- public class test extends Activity {
- /** Called when the activity is first created. */
- @Override
- public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
- super.onCreate(savedInstanceState);
- TextView test = new TextView(this);
- Test.setText(“hello, OPhone”);
- setContentView(test);
- }
- }
使用eclipse编译之后可以看到工程的目录结构发生了变化。bin和gen目录是编译之后产生的。
- |-- AndroidManifest.xml
- |-- assets
- |-- bin
- | |-- classes.dex
- | |-- hello
- | | `-- world
- | | |-- R$attr.class
- | | |-- R$drawable.class
- | | |-- R$layout.class
- | | |-- R$string.class
- | | |-- R.class
- | | `-- hello.class
- | |-- helloworld.apk
- | `-- resources.ap_
- |-- default.properties
- |-- gen
- | `-- hello
- | `-- world
- | `-- R.java
- |-- res
- | |-- drawable
- | | `-- icon.png
- | |-- layout
- | | `-- main.xml
- | `-- values
- | `-- strings.xml
- `-- src
- `-- hello
- `-- world
- `-- hello.java
在gen目录下生成了R.java文件，这是系统根据资源文件生成的。在bin目录下生成了6个.class文件，记住这一点。另外bin目录下还生成了helloworld.apk，下面我们就来分析这个文件。
三．Apk文件结构
apk文件实际是一个zip压缩包，可以通过解压缩工具解开。以下是我们用zip解开helloworld.apk文件后看到的内容。可以看到其结构跟新建立的工程结构有些类似。
- |-- AndroidManifest.xml
- |-- META-INF
- | |-- CERT.RSA
- | |-- CERT.SF
- | `-- MANIFEST.MF
- |-- classes.dex
- |-- res
- | |-- drawable
- | | `-- icon.png
- | `-- layout
- | `-- main.xml
- `-- resources.arsc
3.1
Manifest文件
AndroidManifest.xml是每个应用都必须定义和包含的，它描述了应用的名字、版本、权限、引用的库文件等等信息[
, ]，如要把apk上传到Google
Market上，也要对这个xml做一些配置。网上已有很多资料，在此就不多做介绍了。
在apk中的AndroidManifest.xml是经过压缩的，可以通过AXMLPrinter2工具[
, ]解开，具体命令为：
- java -jar AXMLPrinter2.jar AndroidManifest.xml
3.2
META-INF目录
META-INF目录下存放的是签名信息，用来保证apk包的完整性和系统的安全。在eclipse编译生成一个api包时，会对所有要打包的文件做一个校验计算，并把计算结果放在META-INF目录下。而在OPhone平台上安装apk包时，应用管理器会按照同样的算法对包里的文件做校验，如果校验结果与META-INF下的内容不一致，系统就不会安装这个apk。这就保证了apk包里的文件不能被随意替换。比如拿到一个apk包后，如果想要替换里面的一幅图片，一段代码，
或一段版权信息，想直接解压缩、替换再重新打包，基本是不可能的。如此一来就给病毒感染和恶意修改增加了难度，有助于保护系 统的安全。
3.3 classes.dex文件
classes.dex是java源码编译后生成的java字节码文件。但由于Android使用的dalvik虚拟机与标准的java虚拟机是不兼容的，dex文件与class文件相比，不论是文件结构还是opcode都不一样。目前常见的java反编译工具都不能处理dex文件。
Android模拟器中提供了一个dex文件的反编译工具，dexdump。用法为首先启动Android模拟器，把要查看的dex文件用adb
push上传的模拟器中，然后通过adb shell登录，找到要查看的dex文件，执行dexdump xxx.dex。
仍然以hello
world程序作为演示。
- # dexdump classes.dex
- Processing 'classes.dex'...
- Opened 'classes.dex', DEX version '035'
- Class #0 -
- Class descriptor : 'Lhello/world/R$attr;'
- …
- Class #5 -
- Class descriptor : 'Lhello/world/hello;'
- Access flags : 0x0001 (PUBLIC)
- Superclass : 'Landroid/app/Activity;'
- Interfaces -
- Static fields -
- Instance fields -
- Direct methods -
- #0 : (in Lhello/world/hello;)
- name : '<init>'
- type : '()V'
- access : 0x10001 (PUBLIC CONSTRUCTOR)
- code -
- registers : 1
- ins : 1
- outs : 1
- insns size : 4 16-bit code units
- catches : (none)
- positions :
- 0x0000 line=7
- locals :
- 0x0000 - 0x0004 reg=0 this Lhello/world/hello;
- Virtual methods -
- #0 : (in Lhello/world/hello;)
- name : 'onCreate'
- type : '(Landroid/os/Bundle;)V'
- access : 0x0001 (PUBLIC)
- code -
- registers : 4
- ins : 2
- outs : 2
- insns size : 17 16-bit code units
- catches : (none)
- positions :
- 0x0000 line=11
- 0x0003 line=13
- 0x0008 line=14
- 0x000d line=15
- 0x0010 line=16
- locals :
- 0x0008 - 0x0011 reg=0 test Landroid/widget/TextView;
- 0x0000 - 0x0011 reg=2 this Lhello/world/hello;
- 0x0000 - 0x0011 reg=3 savedInstanceState Landroid/os/Bundle;
- source_file_idx : 27 (hello.java)
Dexdump的结果可以看到有class0到class5六个class，跟工程目录下bin目录中的class数目相对应，可以想象dex文件包含了所有的class文件。但对hello.java的反编译结果（Class
#5）中很难发现我们做的修改，即如何输出“hello,
OPhone”。分支跳转表的反编译不完整，严格来说就没有完整的dump出来。fill-array-data表也存在同样的问题。还有其他很多限制。总的来说dexdump反编的结果可读性很差。
目前在网上能找到的另一个dex文件的反编译工具是Dedexer。Dedexer可以读取dex格式的文件，生成一种类似于汇编语言的输出。这种输出与jasmin[
]的输出相似，但包含的是Dalvik的字节码。我们会在下一节详细介绍一下Dedexer。
3.4 res目录
res目录存放资源文件。关于apk文件中的资源管理，OPhone
SDN网站上已经有文章做过详细介绍[ ]，就不在此敷述。
3.5 resources.arsc
编译后的二进制资源文件。
四．反编译工具Dedexer
Dedexer是目前在网上能找到的唯一一个反编译dex文件的开源工具[
]。Dedexer下载后需要编译才能使用。如果你用过ant编译java程序，那么编译Dedexer是一件非常简单的工作。注意目前Dedexer的最新版本是1.5，只能使用junit4.5编译。下面以linux环境为例，讲一下Dedexer的编译使用过程。
下载ddx1.5.zip后，解压缩会产生一个dedexer目录，其中包含build.xml文件。我们需要根据本机的环境配置build.xml的内容，注意下面的粗体部分是我本机的配置。
- <!-- Directories of the project -->
- <property name="home" value="/home/danny/myproject/dedex/dedexer"/>
- <property name="junit-home" value="/home/danny/myproject/dedex"/>
- <!-- Directories derived from the source tree root -->
- <property name="classdir" value="${home}/classes"/>
- <property name="src" value="${home}/sources"/>
- <property name="testbase" value="${home}/testfiles"/>
- <!-- Directories derived from the JUnit base -->
- <property name="junit_jar" value="${junit-home}/junit-4.5.jar"/>
环境配置好之后可以开始编译了。当然要保证你已经安装好了ant编译工具。执行ant。
- danny@danny-desktop:~/myproject/dedex$ ant
- Buildfile: build.xml
- init:
- [mkdir] Created dir: /home/danny/myproject/dedex/dedexer/classes
- compile:
- [javac] Compiling 48 source files to /home/danny/myproject/dedex/dedexer/classes
- [javac] Note: /home/danny/myproject/dedex/dedexer/sources/hu/uw/pallergabor/dedexer/Annotation.java uses unchecked or unsafe operations.
- [javac] Note: Recompile with -Xlint:unchecked for details.
- package:
- [jar] Building jar: /home/danny/myproject/dedex/dedexer/ddx.jar
- BUILD SUCCESSFUL
- Total time: 3 seconds
好了，编译dedexer成功，只用了3秒种，生成了ddx.jar文件。我习惯修改一下它的文件名，加上版本号。用来反编译的命令如下：
- danny@danny-desktop:~/myproject/dedex$ java -jar ddx1.5.jar -d [target folder] classes.dex
- Processing hello/world/R$string
- Processing hello/world/R$layout
- Processing hello/world/hello
- Processing hello/world/R$attr
- Processing hello/world/R
- Processing hello/world/R$drawable
dedexer为每个class文件生成了一个后缀为ddx的文件。不出所料，有6个ddx文件。
- danny@danny-desktop:~/myproject/dedex$ ls hello/world/
- R$attr.ddx R.ddx R$drawable.ddx R$layout.ddx R$string.ddx hello.ddx
看一下我们所关心的hello.ddx的内容。
- class public hello/world/hello
- .super android/app/Activity
- .source hello.java
- .method public <init>()V
- .line 7
- invoke-direct {v0},android/app/Activity/<init> ; <init>()V
- return-void
- .end method
- .method public onCreate(Landroid/os/Bundle;)V
- .line 11
- invoke-super {v2,v3},android/app/Activity/onCreate ; onCreate(Landroid/os/Bundle;)V
- .line 13
- new-instance v0,android/widget/TextView
- invoke-direct {v0,v2},android/widget/TextView/<init> ; <init>(Landroid/content/Context;)V
- .line 14
- const-string v1,"hello, OPhone"
- invoke-virtual {v0,v1},android/widget/TextView/setText ; setText(Ljava/lang/CharSequence;)V
- .line 15
- invoke-virtual {v2,v0},hello/world/hello/setContentView ; setContentView(Landroid/view/View;)V
- .line 16
- return-void
- .end method
从反编译的结果来看，代码的可读性仍然比较差，但比dexdump相比要好一些。我们能够看到“hello, OPhone”字符串是通过invoke-virtual {v0, v1}, android/widget/TextView/setText调用的。
dedexer与dexdump相比至少有3个优点。一，不需要在android模拟器中运行。二，把dex文件按照java源代码package的目录结构建好了目录，每个class文件对应一个ddx文件。不像dexdump那样把所有的结果都放在一起。三，按照Dedexer作者的说法，可以把Dedexer作为一个像jasmin那样的反编译引擎，目前好多强大的java反编译工具都是以jasmin作为反编译引擎的。
五．结束语
本文简单介绍了apk文件的结构和内容，并介绍了反编译工具Dedexer的用法。也希望我在这里抛砖引玉，让更多的高手了解apk文件的结构，熟悉Dedexer这个反编译引擎，将来写出威力更高，可读性更强的dex反编译工具。网址为：
参考文献
- http://www.ophonesdn.com/article/show/20
- http://developer.android.com/guide/appendix/glossary.html
- http://forum.xda-developers.com/showthread.php?t=514412
- http://code.google.com/p/android4me/downloads/list
- http://jasmin.sourceforge.net/
- http://www.ophonesdn.com/article/show/18
- http://dedexer.sourceforge.net/
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