6.2 无关性的基石
Oracle公司以及其他虚拟机发 行商发布过许多可以运 行在各种不同硬件平台和操作系统上的 Java虚拟机，这些虚拟机都可以载入和执行同一种平台无关的字节码，从而实现了程序的“一次编写，到处运行 ”。
各种不同平台的 Java虚拟机，以及所有平台都统一支持的程序存储格式 ——字节码（ Byte Code）是构成平台无关性的基石
6.3 Class类文件的结构
Class文件是一组以 8个字节为基础单位的二进制流，各个数据项目严格按照顺序紧凑地排列在文件之中，中间没有添加任何分隔符，这使得 整个 Class文件中存储的内容几乎全部是程序运行的必要数据，没有空隙存在。当遇到需要 占用 8个字节以上空间的数据项时，则会按照高位在前 [2]的方式分割成若干个 8个字节进行存储。
6.3.1魔数与 Class 文件的版本
每个Class文件的头 4个字节被称为魔数（ 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受的 Class文件。图6-2显示的是使用十六进制编辑器 WinHex打开这个 Class文件的结果，可以清楚地看见开头 4个字节的十六进制表示是 0xCAFEBABE
6.3.2常量池
紧接着主、次版本号之后的是常量池入口，常量池可以比喻为Class文件里的资源仓库，它是 Class 文件结构中与其他 项目关联最多的数 据，通常也是占用 Class文件空间最大的数据项目之一，另外，它还是在 Class文件中第一个出现的表类型数据项目。由于常量池中常量的数量是不固定的，所以在常量池的入口需要放一项 u2类型的数据，代表常量池容量计数值（ constant_pool_count）。与Java中语言习惯不同，这个容量计数是从中语言习惯不同，这个容量计数是从1而不是而不是0开始的，如图开始的，如图6-3所示，常量池容量（偏移地址：示，常量池容量（偏移地址：0x00000008）为十六进制数）为十六进制数0x0016，即十，即十进制的进制的22，这就代表常量池中有，这就代表常量池中有21项常量，索引值范围为项常量，索引值范围为1～～21。在。在Class文件格式规范文件格式规范制定之时，设制定之时，设计者将第计者将第0项常量空出来是有特殊考虑项常量空出来是有特殊考虑的，这样做的目的在于，如果后面某些指向常量池的索引值的数据在特定的，这样做的目的在于，如果后面某些指向常量池的索引值的数据在特定情况下需要表达情况下需要表达“不引用任何一个常量池项目不引用任何一个常量池项目”的含义，可以把索引值设置的含义，可以把索引值设置为为0来表示。来表示。Class文件结构中只有常量池的容量计数是从文件结构中只有常量池的容量计数是从1开始，对于开始，对于其他集合类型，包括接口索引集合、字段表集合、方法表集合等的容量计其他集合类型，包括接口索引集合、字段表集合、方法表集合等的容量计数都与一般习惯相同，是从数都与一般习惯相同，是从0开始。开始。
常量池中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语言层面的常量 概念，如文本字 符串、被声明为 final的常量值等。而符号引用则属于编译原理方面的概念，主要包括下面几类常量：
·被模块导出或者开放的包（ Package
·类和接口的全限定名（ Fully Qualified Name
·字段的名称和描述符（ Descriptor
·方法的名称和描述符
·方法句柄和方法类型（ Method Handle、 Method Type、 Invoke Dynamic
·动态调用点和动态常量（ Dynamically-Computed Call Site、Dynamically-Computed Constant
Java代码在进行 Javac编译的时候，并不像 C和 C++那样有 “连接 ”这一步骤，而是在虚拟机加载 Class 文件的时候进行动态连接（具体见第 7章）。也就是说，在 Class文件中不会保存各个方法、字段最终在内存中的布局信息，这些字段、方法的符号引用不经过虚拟机在运行期转换的话是无法得到真正的内存入口地址，也就无法直接被虚拟机使用的。当虚拟机做类加载时，将会从常量池获得对应的符号引用，再在类创建时或运行时解析、翻译到具体的内存地址之中。关于类的创建和动态连接的内容，在
6.3.3 访问标志
在常量池结束之后，紧接着的2个字节代表访问标志access_flags），这个标志用于识别一些类或者接口层次的访问 信息，包括：这个 Class是类还是接口；是否定义为 public类型；是否定义为abstract 类型；如果是类的话，是否被声明为 final；等等。具体的标志位以及标志的含义见表 6-7
TestClass是一个普通 Java类，不是接口、枚举、注解或者模块，被 public关键字修饰但没有被声明为 final和 abstract，并且它使用了 JDK 1.2之后的编译器进行编译，因此它的 ACC_PUBLIC、 ACC_SUPER标志应当为真，而 ACC_FINAL、 ACC_INTERFACE、 ACC_ABSTRACT、ACC_SYNTHETIC、 ACC_ANNOTATION、 ACC_ENUM、ACC_MODULE这七个标志应当为假，因此它的 access_flags的值应为：0x0001|0x0020=0x0021。从图 6-5中看到， access_flags 标志（偏移地址：0x000000EF）的确为 0x0021。
6.3.4 类索引、父类索引与接口索引集合
类索引（this_class）和父类索引 super_class）都是一个 u2类型的数据，而接口索引集合（ interfaces）是一组 u2类型的数据的集合， Class文件中由这三项数据来确定该类型的继承关系。类索引用于确定这个类的限定名，父类索引用于 确定这个类的父类的全限定名。由于 Java语言不允许多重继承，所以父类索引只有一个，除了 java.lang.Object之外，所有的Java类都有父类，因此除了 java.lang.Object外，所有 Java类的父类索引都不为 0。接口索引集合就用来描述这个类实现了哪些接口，这些被实现的接口将按 implements关键字（如果这个 Class文件表示的是一个接口，则应当是 extends关键字）后的接口顺序从左到右排列在接口索 引集合中。
类索引、父类索引和接口索引集合都按顺序排列在访问标志之后，类索引和父类索引 用两个 u2类型的索引值表示，它们各自指向一个类型为CONSTANT_Class_info的类描述符常量，通过 CONSTANT_Class_info类型的常量中的索引值可以找到定义在 CONSTANT_Utf8_info类型的常量中的全限定名字符串。
对于接口索引集合，入口的第一项u2类型的数据为接口计数器interfaces_count），表示索引表的容量。如果该类没有实现任何接口，则该计数器值为 0，后面接口的索引表 不再占用任何字节。
从偏移地址0x000000F1开始的 3个 u2类型的值分别为 0x0001、0x0003、 0x0000，也就是类索引为 1，父类索引为 3，接口索引集合大小为 0。查询前面代码清单 6-2中 javap命令计算出来的常量池，找出对应的类和父类的常量，结果如代码清单
6.3.5 字段表集合
字段表（field_info）用于描述接口或者类中声明的变量。 Java语言中的 “字段 Field）包括类级变量以及实例级变量 但不包括在方法内部声明的局部变 量。读者可以回忆一下在 Java语言中描述一个字段可以包含哪些信息。字段可以包括的修饰符有字段的作用域（ public、 private、protected修饰符）、是实例变量还是类变量（ static修饰符）、可变性final）、并发可见性 volatile修饰符，是否强制从主内存读写）、可否被序列化（ transient修饰符）、字段数据类型（基本类型、对象、数组）、字段名称。上述这些信息中，各个修饰符都是布尔值，要么有某个修饰符，要么没有，很适合使用标志位来表示。而字段叫做什么名 字、字段被定义为什么数据类型，这些都是无法固定的，只能引用常量池中的常量来描述。
跟随access_flags标志的是两项索引值： name_index和descriptor_index。它们都是对常量池项的引用，分别代表着字段的简单名称以及字段和方法的描述符。现在需要解释一下 “简单名称 ”“描述符 ”以及前面出现过多次的 “全限定名 ”这三种特殊字符串的概念。
全限定名和简单名称很好理解，以代码清单6-1中的代码为例，“org/fenixsoft/clazz/TestClass”是这个类的全限定名，仅仅是把类全名中的“.”替换成了 “/”而已，为了使连续的 多个全限定名之间不产生混淆，在使用时最后一般会加入一个 “；；”号表示全限定名结束。简单名称则就是指没有类型和参数修饰的方法或者字段名称，这个类中的 inc()方法和 m字段的简单名称分别就是 “inc”和 “m”。
相比于全限定名和简单名称，方法和字段的描述符相比于全限定名和简单名称，方法和字段的描述符就要复杂一些。描就要复杂一些。描述符的作用是用来描述字段的数据类型、方法的参数列表（包括数量、类述符的作用是用来描述字段的数据类型、方法的参数列表（包括数量、类型以及顺序）和返回值。根据描述符规则，基本数据类型（型以及顺序）和返回值。根据描述符规则，基本数据类型（byte、、char、、double、、float、、int、、long、、short、、boolean）以及代表无返回值的）以及代表无返回值的void类型类型都用一个大写字符来表示，而对象类型则用字符都用一个大写字符来表示，而对象类型则用字符L加对象的全限定名来表加对象的全限定名来表示。
对于数组类型，每一维度将使用一个前置的“[”字符来描述，如一个定义为 “java.lang.String[][]”类型的二维数组将被记录成“[[Ljava/lang/String；；”，一个整型数组 “int[]”将被记录成 “[I”。
用描述符来描述方法时，按照先参数列表、后返回值的顺序描述，参数列表按照参数的严格顺序放在一组小括号 “()”之内。如方法 void inc()的描述符为 “()V”，方法 java.lang.String toString()的描述符为“()Ljava/lang/String；；”，方法 int indexOf(char[]source int sourceOffset int sourceCount char[]target int targetOffset int targetCount int fromIndex)的描述符为 “([CII[CIII)I”。
对于代码清单6-1所编译的 TestClass.class文件来说，字段表集合从地址 0x000000F8开始，第一个 u2 类型的数据为容量计数器 fields_count。如图 6-8所示 ，其值为 0x0001，说明这个类只有一个字段表数据。接下来紧跟着容量计数器的是 access_flags标志，值为 0x0002，代表 private修饰符的 ACC_PRIVATE 标志位为真（ ACC_PRIVATE标志 的值 为 0x0002其他修饰符为假。代表字段名称的 name_index的值为 0x0005，从代码清单 6-2列出的常量表中可查得第五项常量是一个 CONSTANT_Utf8_info类型的字符串，其值为型的字符串，其值为“m”，代表字段描述符的，代表字段描述符的descriptor_index的值为的值为0x0006，指向常量池的字符串，指向常量池的字符串“I”。根据这些信息，我们可以推断出原代码。根据这些信息，我们可以推断出原代码定义的字段为定义的字段为“private int m；；”。
字段表所包含的固定数据项目到descriptor_index为止就全部结束了，不过在 descrip-tor_index之后跟随着一个属性表集合，用于存储一些额外的信息，字段表可以在属性表中附加描述零至多项的额外信息。对于本例中的字段 m，它的属性表计数器为 0，也就是没有需要额外描述的信息但是，如果将字段 m的声明改为 “final static int m=123；；”，那就可能会存在一项名称为 ConstantValue的属性，其值指向常量 123.
字段表集合中不会列出从父类或者父接口中继承而来的字段，但有可能出 现原本 Java代码之中不存在的字段，譬如在内部类中为了保持对外部类的访问性，编译器就会自动添加指向外部类实例的字段。另外，在 Java语言中字段是无法重载的，两个字段的数据类型、修饰符不管是否相同，都必须使用不一样的名称，但是对于 Class文件格式来讲，只要两个字段的描 述符不是完全相同，那字段重名就是合法的。
6.3.6 方法表集合
如果理解了上一节关于字段表的内容，那本节关于方法表的内容将会变得很简单。 Class文件存储格式中对方法的描述与对字段的描述采用了几乎完全一致的方式，方法表的结构如同字段表一样，依 次包括访问标志access_flags）、名称索引 name_index）、描述符索引descriptor_index）、属性表集合 attributes）几项。
方法里的 Java代码，经过 Javac编译器编译成字节码指令之后，存放在方法属性表集合中一个名为 “Code”的属性里面， 属性表作为 Class文件格式中最具扩展性的一种数据项目，将在下一节中详细讲解。
方法表集合的入口地址为 0x00000101，第一个 u2类型的数据（即计数器容量）的值为 0x0002，代表集合中有两个方法，这两个方法为编译器添加的实例构造器 <init>和源码中定义的方法 inc()。第一个方法的访问标志值为 0x0001，也就是只有 ACC_PUBLIC标志为真，名称索引值为0x0007，查代码清单 6-2的常量池得方法名为 “<init>”，描述符索引值为述符索引值为0x0008，对应常量为，对应常量为“()V”，属性表计数器，属性表计数器attributes_count的值为的值为0x0001，表示此方法的属性表集合有，表示此方法的属性表集合有1项属性，属性名称的索引值项属性，属性名称的索引值为为0x0009，对应常量为，对应常量为“Code”，说明此属，说明此属性是方法的字节码描述。
在Java语言中，要重载（ Overload）一个方法，除了要与原方法具有相同的简单名称之外，还要求必须拥有一个与原方法不同的特征签名 [2]。特征签名是指一个方法中各个参数在常量池中的字段符号引用的集合， 也正是因为返回值不会包含在特征签名之中，所以 Java语言里面是无法仅仅依靠返回值的不同来对一个已有方法进行重载的。但是在 Class文件格式之中，特征签名的范围明显要更大一些，只要描述符不是完全一致的两个方法就可以共存。也就是说，如果两个方法有相同的名称和特征签名，但返回值不同，那么也是可以合法 共存于同一个 Class文件中的。
6.3.7 属性表集合
属性表（attribute_info）在前面的讲解之中已经出现过数次， Class文件、字段表、方法表都可以携带自己的属性表集合，以描述某些场景专有的信息。与Class文件中其他的数据项目要求严格的顺序、长度和内容不同，属性表集合的限制稍微宽松一些，不再要求各个属性表具有严格顺序，且《Java虚拟机规范》允许只要不与已有属性名重复，任何人实现的编译编译器都可以向属性表中写入自己定义的属性信，Java虚拟机运行时会忽略虚拟机运行时会忽略掉它不认识的属性。为了能正确解析掉它不认识的属性。
对于每一个属性，它的名称都要从常量池中引用一个CONSTANT_Utf8_info类型的常量来表示，而属性值的结构则是完全自定义的，只需要通过一个 u4的长度属性去说明属性值所占用的位数即可。
1.Code属性
Java程序方法体里面的代码经过 Javac编译器处理之后，最终变为字节码指令存储在 Code属性内。Code属性出现在方法表的属性集合之中，但并非所有的方法表都必须存在这个属性，譬如接口或者抽象类中的方法就不存在 Code属性，如果方法表有 Code属性存在，
