C语言读取Java的字节码文件

最近学习C语言，想用C语言写一个字节码解析器，而需要解析字节码文件，首先需要了解C语言是怎么以二进制形式读取文件的。

一、先上示例代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
  FILE* file;
  int i;
  char* filepath = "/home/csdn/IdeaProjects/ziyu-learn-jvm-java/target/classes/com/ziyu/example/HelloWorld.class";
  long filesize;
  char* buffer;
  if (NULL == (file= fopen(filepath, "rb+"))) //以返回值fpl判断是否打开成功，如果为NULL表示失败
  {
    printf ("Failed to open the file !\n");
    exit (1) ; //终止程序，stdlib .h 头文件中
  }

  printf("Succeed to open the file.\n");

  // 统计文件字节数
  fseek(file, 0, SEEK_END);
  filesize = ftell(file);
  printf("File size is %ld.\n", filesize);

  // 申请内存
  buffer = calloc(filesize, sizeof(char));

  // 读取文件到内存
  fseek(file, 0, SEEK_SET);
  fread(buffer, sizeof(char), filesize, file);

  //在屏幕上显示数组buffer的字节
  unsigned char elem;// 声明为无符号字符，这样前四个字节不会被打印为0xffffffca这样的格式
  for (i=0; i < filesize; i++) {
    elem = buffer[i];
    printf("%02x ", elem);
    if (i > 0 && i % 64 == 0) {
      printf("\n");
    }
  }

  fclose(file);
  return 0;
}

二、代码解析

2.1 stdio.h

读取和写入文件，以及从控制台获取数据和用控制台打印信息，都需要先引入 stdio.h 这个头文件：

#include <stdio.h>

所以，以下函数都来自该头文件：

2.2 stdlib.h

在这个例子中，之所以要引用 C语言标准库，主要是因为用到了 exit 函数。这个函数就是来自于 stdlib.h 头文件。

2.3 fopen

它的用法为：

FILE *fopen(char *filename, char *mode);

函数的第一个参数filename为文件名（包括文件路径）；
函数的第二个参数mode为打开方式；

最基本的文件打开方式有以下几种：

打开方式	描述	如果文件不存在时	如果文件存在时
"r"	以“只读”方式打开文件	打开失败	打开成功，但是只允许读取，不允许写入
"w"	以“写入”方式打开文件	创建一个新文件	清空原有的文件内容，写入的数据从头开始加入文件
"a"	以“追加”方式打开文件	创建一个新文件	保留原有的文件内容，写入的数据追加到文件的末尾

如果加上 + 之后呢？

打开方式	变化	如果文件不存在时	如果文件已存在时
"r+"	支持写入	打开失败	打开成功，允许读取和写入
"w+"	支持读取	创建一个新文件	清空原有的文件内容，写入的数据从头开始加入文件
"a+"	支持读取	创建一个新文件	保留原有的文件内容，写入的数据追加到文件的末尾

观察对比之后发现：

当文件存在或者不存在时，"r+"/"w+"/"a+" 的处理方式和对应的 "r"/"w"/"a" 保持一致；
+ 相当于让 "r"/"w"/"a" 同时支持读和写；

fopen 返回 NULL 时，就表示文件打开失败了。

控制读写方式的字符串（可以不写）

打开方式	说明
"t"	文本文件。如果不写，默认为"t"。
"b"	二进制文件。

调用 fopen() 函数时必须指明读写权限，但是可以不指明读写方式（此时默认为"t"）。

2.4 fread

fread() 函数用来从指定文件中读取块数据。

fread() 的原型为：

size_t fread ( void *dstBuf, size_t elemSize, size_t count, FILE *fp );

我们来分析一下四个参数：

参数名称	说明	描述
dstBuf	目标内存区块的指针	它可以是数组、变量、结构体等。fread() 中的 dstBuf 用来存放读取到的数据
elemSize	表示每个数据块的字节数	单位大小。如果dstBuf是数组，elemSize就是数组元素的字节数
count	表示要读写的数据块的块数	数量
fp	表示文件指针	就是 fopen 打开的文件指针

2.5 fclose

文件一旦使用完毕，应该用 fclose() 函数把文件关闭，以释放相关资源，避免数据丢失。fclose() 的用法为：

int fclose(FILE *fp);

函数参数 fp 为文件指针
文件正常关闭时，fclose() 的返回值为0，如果返回非零值则表示有错误发生。

所以正常的使用应该遵循：

// 打开文件
FILE* fp = fopen(...);

// 读取或写入文件
fread(fp);
fwrite(..., fp);

// 关闭文件
fclose(fp);

2.6 ftell

返回给定流 stream 的当前文件位置。

2.7 fseek

设置流 stream 的文件位置为给定的偏移 offset，参数 offset 意味着从给定的 whence 位置查找的字节数。

int fseek(FILE *stream, long int offset, int whence)

参数	说明	备注
stream	这是指向 FILE 对象的指针，该 FILE 对象标识了流。	fopen函数得到的对象
offset	这是相对 whence 的偏移量，以字节为单位。
whence	这是表示开始添加偏移 offset 的位置。