【Class 文件结构】— 常量池
前言
Class 文件是一组以 8 位字节为单位的二进制流，各个数据项目严格按照顺序紧凑地排列在 Class 文件之中。Class 文件中存储数据有两种数据类型：无符号数和表
- 无符号数：Class 文件中基本的数据结构，以 u1、u2、u4、u8 来分别代表 1 个字节、2 个字节、4 个字节和 8 个字节的无符号数
- 表：多个无符号数或者其他表作为数据项构成的复合数据结构，所有表都习惯的以“_info”结尾。
下面是一段代码
package com.somelogs.bug;
/**
* 描述
*
* @author LBG - 2018/1/11 0011 10:25
*/
public class TestClass {
private int m;
public int inc() {
return m + 1;
}
}
编译后生成 TestClass.class 文件，用 WinHex 打开 class 文件，如下图
Class 文件格式
| 类型 | 名称 | 数量 |
|---|---|---|
| u4 | magic | 1 |
| u2 | minor_version | 1 |
| u2 | major_version | 1 |
| u2 | constant_pool_count | 1 |
| cp_info | constant_pool | constant_pool_count - 1 |
| u2 | access_flags | 1 |
| u2 | this_class | 1 |
| u2 | super_class | 1 |
| u2 | interfaces_count | 1 |
| u2 | interfaces | interfaces_count |
| u2 | fields_count | 1 |
| field_info | fields | fields_count |
| u2 | methods_count | 1 |
| method_info | methods | methods_count |
| u2 | attributes_count | 1 |
| attribute_info | attributes | attributes_count |
魔数
每个 Class 文件前 4 个字节成为魔数（Magic Number），它的唯一作用是确定这个文件是否为一个能被虚拟机接收的 Class 文件。魔数的值为：0xCAFEBABE，就记着“咖啡宝贝”吧~
版本号
魔数后面的四个字节是 Class 版本号，前两个字节是次版本号（minor version），后两个是主版本号（major version）。上图中次版本号为 0x0000，主版本号为 0x0033，也就是十进制的 51,，说明该 Class 是可以被 JDK 1.7 及以上的虚拟机执行。
常量池
紧接着版本号的就是常量池，常量池可以理解为 Class 文件的资源仓库。
常量池主要存放两大类常量：字面量（Literal）和符号引用（Symbolic References）。
- 字面量：比较接近于 Java 语言层面的敞亮概念，如文本字符串、声明为 final 的常量等
- 符号引用：类和接口的全限定名、字段的名称和描述符、方法的名称和描述符
常量池容量
常量池的入口存放 u2 类型的数据，表示常量池容量计数值。不过需要注意的是
常量池中常量的数量 = 常量池容量计数值 - 1
比如上图中 0x0016，表示常量池容量值为 22，那么常量的个数就是 21。
常量
常量池中每一项常量都是一个表，总共有 14 中结构不同的表，如下
表 1.2
| 类型 | 标志 | 描述 |
|---|---|---|
| CONSTANT_Utf8_info | 1 | UTF-8 编码的字符串 |
| CONSTANT_Integer_info | 3 | 整型字面量 |
| CONSTANT_Float_info | 4 | 浮点型字面量 |
| CONSTANT_Long_info | 5 | 长整型字面量 |
| CONSTANT_Double_info | 6 | 双精度浮点型字面量 |
| CONSTANT_Class_info | 7 | 类或接口的符号引用 |
| CONSTANT_String_info | 8 | 字符串类型字面量 |
| CONSTANT_Fieldref_info | 9 | 字段的符号引用 |
| CONSTANT_Methodref_info | 10 | 类中方法的符号引用 |
| CONSTANT_InterfaceMethodref_info | 11 | 接口中方法的符号引用 |
| CONSTANT_NameAndType_info | 12 | 字段或方法的部分符号引用 |
| CONSTANT_MethodHandle_info | 15 | 标识方法句柄 |
| CONSTANT_MethodType_info | 16 | 标识方法类型 |
| CONSTANT_InvokeDynamic_info | 18 | 表示一个方法的调用点 |
上面 14 中表有一个共同点，就是表的第一位是一个 u1 类型的的标志位（tag），取值看上面表格中的标志值。
常量项的结构总表
表 1.3
回到上面示例代码 Class 文件，第一个常量的 tag 为 0x0A，十进制是 10，查表 1.2 可知该常量类型是 CONSTANT_Methodref_info。再查表 1.3 可以知道 CONSTANT_Methodref_info 的数据结构，tag 占一个字节，后面两个 index 分别占用 2 个字节。在图中表示为 0x0004：指向常量池中第 4 个常量、0x0012：指向常量池中第 18 个常量。紧接着这个常量的是以 0x09 开头的，查表 1.2 得知是 CONSTANT_Fieldref_info 类型，然后再查表 1.3 看他的数据结构，也是占 5 个字节。然后继续下一个常量...依次可以找出所有常量，如下图
回头看第一个常量的第一个 index：0x0004，指向第四个常量，看上面图第四个常量是 0x07 开头，查表 1.2 可知是 CONSTANT_Class_info 类型，并且 index 为 0x0015，十进制等于 21，也就是指向第 21 个常量。也就是图中最后一个红色方框 0x01，为 CONSTANT_Utf8_info 类型。CONSTANT_Utf8_info 类型的 length 说明了这个 UTF-8 编码的字符串长度是多少字节，它后面紧跟的是长度为 length 字节的使用 UTF-8 缩略编码表示的字符串。该常量的 length 为 0x0010，十进制是 16，也就是后面的 16 个字节，内容为“java/lang/Object”，图如下
当然如果不想这么麻烦自己算，JDK 为我们提供了 javap 命令，如下
