关于Java虚拟机二三事（七）类文件结构（下）

1.前言

    class文件存储格式中对方法的描述与对字段的描述几乎采用了完全一致的方式，方法表的结构如同字段表一样，依次包括了访问标注（access_flag）、名称索引（name_index）、描述符索引（descriptor_index）、属性表集合（attributes）几项。

2. 概述

    方法表集合是指由若干个方法表（method_info）组成的集合，对于在类中定义的若干个，经过JVM编译成class文件后，会将相应的method方法信息组织到一个叫做方法表集合的结构中，方法表集合是一个类数组结构，如下所示。

                             3.method方法的描述——方法表集合在class文件中的位置

    method方法描述的方法表集合紧跟在字段表集合（字段表的介绍可参考 关于Java虚拟机二三事（六）---类文件结构（中））的后面，如下所示。

        

    这里可以看到一个新的表类型——method_info

4.method方法信息组成——method_info结构体定义

    对于一个方法的表示，可以由如下部分组成。

        

    实际上JVM还会对method方法的描述添加其他信息，如上图中的method_info结构体的定义，该结构体定义跟描述field字段的field_info结构体几乎完全一致。如下图所示。

        

    方法表的结构如同字段表一样，依次包括了访问标注（access_flag）、名称索引（name_index）、描述符索引（descriptor_index）、属性表集合（attributes）几项。

    访问标志（access_flag）

   method_info结构体最前面的两个字节表示访问标志（access_info），记录这个方法的作用域、静态or非静态、可变性、是否可同步、是否为本地方法、是否为抽象等信息，实际上不止这些信息，后文会对其做详细介绍。

    名称索引（name_index）

    紧跟在访问标志（access_flag）后面的两个字节是名称索引（name_index），这两个字节的值指向了常量池中的某一项常量项，这个方法的名称以UTF-8格式的字符串存储在这个常量池项中，如public void methodName，很显然，“methodName”表示这个方法的名称，那么常量池中会有一个CONSTANT_UTF8_info格式的常量池项，里面存储“methodName”字符串，而methodName()方法的方法表中的名称索引则指向这个常量池项。

    描述索引（descriptor_index）

    描述索引表示的是这个方法的特征或者说是签名，一个方法会有若干个参数和返回值，而若干个参数的数据类型和返回值的数据类型构成了这个方法描述，其基本格式为：（参数数据类型描述列表）返回值数据类型。后续将会继续讨论

    属性表集合（attribute_info）

    这个属性表集合非常重要，方法的实现被JVM编译成成JVM的机器码指令，机器码指令就是存放在一个Code类型的属性表中，如果方法声明要抛出异常，那么异常信息会在一个Exceptions类型的属性表中予以展现。Code类型的属性表可以说是非常复杂的内容，是本文的重点和难点。

    接下来，将对上文提及的四个概念进行逐一讲解。

4.1 访问标志（access_flag）---记录method方法的访问信息。

    访问标志（access_flags）共占有2 个字节，分为 16 位，这 16位 表示的含义如下所示：

    

举例：某个类中定义了如下方法：

    greeting()方法的修饰符有：public、static、synchronized、final这几个修饰符修饰，那么相对应地，greeting()方法的访问标志中的ACC_PUBLIC、ACC_STATIC、ACC_SYNCHRONIZED、ACC_FINAL标志位都应该是1，即：

        

    从上图中可以看出访问标志的值应该是二进制00000000 00111001,即十六进制0x0039。我们将在文章的最后一个例子中证实这里点。

4.2名称索引和描述符索引---一个方法的签名

    紧接着访问标志（access_flag）后面的两个字节，叫做名称索引（name_index），这两个字节的值是指向了常量池中某个常量池项的索引，该项常量池表示这个方法名称的字符串。

    方法描述索引（descriptor_info）是紧跟在名称索引后面的两个字节，这两个字节中的值跟名称索引中的值性质一样，都是指向了常量池中的某个常量池项，是表示了方法描述符的字符串。

    所谓的方法描述，实际上就是指用一个什么药的字符串来描述一个方法。方法描述符的组成如下所示

    举例：对于如下定义的的greeting()方法，我们来看一下对应的method_info结构体中的名称索引和描述符索引信息是怎样组织的。

     如下图所示,method_info结构体的名称索引中存储了一个索引值x，指向了常量池中的第x项，第 x项表示的是字符串"greeting",即表示该方法名称是"greeting"；描述符索引中的y 值指向了常量池的第y项，该项表示字符串"()V"，即表示该方法没有参数，返回值是void类型。

            

4.3 属性表集合——记录方法的及其指令和抛出异常等信息

• 这个方法的代码实现，即方法的可执行的机器指令
• 这个方法声明的要抛出的异常信息
• 这个方法是否被@deprecated注解表示
• 这个方法是否是编译器自动生成的

    属性表（attribute_info）结构体的一般结构如下所示：

            

    如上图所示，Exceptions类型的属性表（attribute_info）结构体由以下元素组成：

属性名称索引（attribute_name_index）: 占有2个字节，其中的值指向了常量池中的表示“Exceptions”字符串的常量池项

属性长度（attribute_length）；它比较特殊，占有4个字节，它的值表示跟在其后面多少个字节表示异常信息。

异常数量（number_of_exceptions）：占有2个字节，它的值表示方法声明抛出了多少个异常，即表示跟在气候有多少个异常名称索引。

异常名称索引（exceptions_index_table）:占有2个字节，它的值指向了常量池中的某一项，该项是一个CONSTANT_Class_info类型的项，表示这个异常的完全限定名称；

    

Exceptions类型的属性表的长度计算 如果某个方法定义中，没有声明抛出异常，那么，表示该方法的方法表(method_info)结构体中的属性表集合中不会有Exceptions类型的属性表；换句话说，如果方法声明了要抛出的异常，方法表(method_info)结构体中的属性表集合中必然会有Exceptions类型的属性表，并且该属性表中的异常数量不小于1。 我们假设异常数量中的值为 N，那么后面的异常名称索引的数量就为N，它们总共占有的字节数为N*2，而异常数量占有2个字节，那么将有下面的这个关系式：        属性长度(attribute_length)中的值= 2  + 2*异常数量(number_of_exceptions)中的值        Exceptions类型的属性表（attribute_info）的长度=2+4+属性长度(attribute_length)中的值

举例：

    将上面定义的Interface接口类编译成class文件，然后我们查看Interface.class文件，找出方法表集合所在的位置和相应数据，并用javap -v Interface命令查看常量池信息，如下图所示。

            

            

  由于sayHello()方法是在的Interface接口类中声明的，它没有被实现，所以它对应的方法表(method_info)结构体中的属性表集合中没有Code类型的属性表。

注：

1. 方法计数器（methods_count）中的值为0x0001，表明其后的方法表(method_info)就一个,即我们就定义了一个方法，其后会紧跟着一个方法表(method_info)结构体；

2. 方法的访问标志（access_flags）的值是0x0401，二进制是00000100 00000001,第6位和第16位是1，对应上面的标志位信息，可以得出它的访问标志符有：ACC_ABSTRACT、ACC_PUBLIC。细心的读者可能会发现，在上面声明的sayHello()方法中并没有声明为abstract类型啊。确实如此，这是因为编译器对于接口内声明的方法自动加上ACC_ABSTRACT标志。

3. 名称索引（name_index）中的值为0x0005，0x0005指向了常量池的第5项，第五项表示的字符串为“sayHello”，即表示的方法名称是sayHello

4. 描述符索引(descriptor_index)中的值为0x0006,0x0006指向了常量池中的第6项，第6项表示的字符串为“()V” 表示这个方法的无入参，返回值为void类型

5. 属性表计数器(attribute_count)中的值为0x0001,表示后面的属性表的个数就1个，后面紧跟着一个attribute_info结构体；

6. 属性表（attribute_info）中的属性名称索引(attribute_name_index)中的值为0x0007，0x0007指向了常量池中的第7 项，第 7项指向字符串“Exceptions”，即表示该属性表表示的异常信息；

7. 属性长度（attribute_length）中的值为：0x00000004,即后续的4个字节将会被解析成属性值；

8. 异常数量（number_of_exceptions）中的值为0x0001,表示这个方法声明抛出的异常个数是1个；

9.异常名称索引(exception_index_table)中的值为0x0008,指向了常量池中的第8项，第8项表示的是CONSTANT_Class_info类型的常量池项，表示“java/lang/Exception”，即表示此方法抛出了java.lang.Exception异常。