前言

本文将简单介绍一下的class的结构与字节码，了解将有利于我们熟悉jvm的对类文件的处理机制。

class类文件结构

众所周知，java是支持一个跨平台的语言，其支持跨平台的功能重要原因之一就是它有一个规范标准的class文件。
class文件是一个以8字节为基础的二进制流，各个项目严格紧凑顺序的排列在文件之中，也就是说没有空隙，没有分割符，整个class文件中全是运行必要数据，遇到占用8字节以上的空间数据，按照高位在前的分割方式分成多个8位字节进行存储。

class采用类c的伪结构存储存储数据，这种结构支持的数据类型有两种：无符号数和表

• 无符号数属于基本数据类型，可以表示基本的类型信息如数字，utf-8的字符串，包括对象的索引信息。以u1,u2,u4,u8来代表其其空间是一个字节，二个字节，四个字节，八个字节。

• 表是由多个无符号数字或者其他表作为数据结构组成的复合类型。通常命名方式以”_info“结尾。
  
  如图 class文件的格式。
  接下来按顺序解释下图中字段的含义

• magic 魔数，用来表示这个class文件是否能被jvm识别的文件，之所以不用文件后缀名，是出于安全，文件后缀名可以随意篡改。不仅class文件采用魔数，诸多文件都采用魔数作为身份标识，如jpeg，gif等。class文件的魔数是0xCAFEBABE，直译为咖啡宝贝。

• minor_version, major_version 即为jdk的次版本，主版本号

• constant_pool_count 即为常量池计数器，类文件中的常量池数据是不固定的，所以需要个计数器。计数器是从1开始而不是和其他集合类型计数器从0开始，因为第0项作为保留项，目的在于指向常量池的索引某些情况下不需要引用常量池，所以索引的值就可以写0.

• constant_pool常量池， class的资源仓库，与其他项目数据关联最多，也是占据了class文件最多的空间之一。常量池主要存放量大类常量

  • 字面量 比价接近java语言常量的概念，如字符串，final修饰的常量

  • 符号引用，编译原理方面的概念，主要包含以下几种常量

    • 被模块导出或者开方的包
    • 类和接口的全限定名
    • 字段名称和描述符
    • 方法名称和描述符
    • 方法句柄和方法类型
    • 动态调用点和动态常量

• 访问标志 access_flags，用于识别类和接口的访问信息，如是否pulic， 是否abstract等。

• this_class， super_class 分别为类索引和父类索引，维护类的继承关系

• interface_count 接口索引的计数器

• interface 接口索引集合

• field_count 字段计数器

• field_info 描述接口或类中声明的变量

• method_count 方法计数器

• method_info 方法集合

• attribute_count 属性表的计数器

• attribute_info 属性表的信息，此属性用来描述类的信息，如标识过期，异常表，签名，包括编译成代码等。

字节码

了解字节码指令集前，先讲一下jvm的指令：由一个字节长度的，代表某种特殊操作意义的数字（操作码），以及跟随其后零个或者多个代表此操作所需的参数（操作数）构成。由于jvm采用的是面向操作数栈而不是面向寄存器的架构，所以大多指令只有操作码，不含操作数，指令参数都存在操作数栈中。字节码就是一种jvm的指令集。

字节码指令类型

因为jvm只支持一个字节的指令，即字节码的指令集也就是0-255。所以几乎每个字节码都有对应的数据类型，如fload指令，就代表着从局部变量表中加载个float数据到操作数栈中。大多数与数据类型相关的指令的操作码，都有其助记符标明服务哪种类型，如i就是int，f就是float，a就是引用，l就是long等。
接下来将分别介绍一些操作的指令

存储和加载指令

将局部变量加载到操作数栈的指令： 助记符+load，如iload就是将证书加载到操作数，fload将单精度数据加载到操作数栈。

将一个数值从操作数栈存储到局部变量表的指令： 助记符+ strore，如istore

将一个常量加载到操作数栈： 助记符+const，如iconst等，还有其它的指令如bipush, sipuh, ldc.

运算指令

jvm运算只支持数据类型，其指令集就只有四种数字 类型，int，long，float，double。
运算操作有：

• 加法指令，助记符+add，只支持四种数字类型，所以就四种指令，ladd，iadd，fadd，dadd
• 减法指令：助记符+sub
• 乘法指令： 助记符+mul
• 除法指令：助记符+div
• 求余指令：助记符+rem
• 取反指令： 助记符+neg
  以及其他位操作指令

类型转换指令

就常见的int转long，float转double这些宽化类型转换无需字节码。
处理窄化类型转换就需要显示的使用字节码指令集，如i2b、i2c、i2s、l2i、f2i、f2l、d2i、d2l和d2，窄化类型转换自然会存在精度缺失的问题。

其它指令

还有一些其他类型的指令

• 对象创建指令，new，创建数组实例指令：newarray等
• 操作数栈管理指令;出栈指令pop，入栈指令dup等
• 控制转移指令，即条件语句指令，如ifeq等
• 方法调用和方法返回指令，如invokeinterface调用接口指令
• 异常返回指令：throw的异常指令athrow
• 同步指令，支持synchronize的指令为monitorenter和monitorexi两条指令。

后话

之所以介绍类结构与字节码为了帮助读者可以更好的理解之后jvm对类的编译和对象实例化的过程。