java虚拟机规范(se8)——class文件格式

Posted 2022-09-20 lilinwei340

4.4 常量池

　　java虚拟机指令并不依赖类、接口、类实例或者数组的运行时布局。相反，指令依靠常量池中的符号信息。

　　所有的常量池条目都有如下的通用结构：

cp_info 
    u1 tag;
    u1 info[];

　　常量池表中的每一个项目是以1比特的标识位开始，指示是哪种cp_info条目。info数组的内容由标志位来决定。有效的标识以及对应的值见表4.4-A。每个标识位后面必须跟2个或更多字节，这些字节给出了这些指定常量的信息。额外信息的格式由标识值来决定。

　　表4.4-A 常量池标识

Constant Type	Value
CONSTANT_Class	7
CONSTANT_Fieldref	9
CONSTANT_Methodref	10
CONSTANT_InterfaceMethodref	11
CONSTANT_String	8
CONSTANT_Integer	3
CONSTANT_Float	4
CONSTANT_Long	5
CONSTANT_Double	6
CONSTANT_NameAndType	12
CONSTANT_Utf8	1
CONSTANT_MethodHandle	15
CONSTANT_MethodType	16
CONSTANT_InvokeDynamic	18

 

4.4.1 CONSTANT_Class_info结构

　　CONSTANT_Class_info结构用于表示类或者接口：

CONSTANT_Class_info 
    u1 tag;
    u2 name_index;

　　CONSTANT_Class_info结构的项目如下：

　　tag

　　　　标志位的值为CONSTANT_Class（7）。

　　name_index

　　　　name_index的值必须是常量池表中的一个有效索引。常量池在这个索引位置的条目必须是一个CONSTANT_Utf8_info结构，表示一个有效的二进制类或者接口名称，这个名称使用内部形式进行编码。

　　因为数组是对象，字节码anewarray和multianewarray（不包括字节码new）能够通过常量池中的CONSTANT_Class_info结构来引用一个数组“类”。对于这样的数组“类”，类的名称就是数组类型来的描述符（4.3.2）。

　　例如，二维数组类型int[][]的类名表示为[[I，然而Thread[]的类名表示为[Ljava/lang/Thread。

　　只有数组的维度为255或者更少时，数组类型描述符才是有效的

4.4.2 CONSTANT_Fieldred_info，CONSTANT_Methodref_info，以及CONTANT_InterfaceMethodref_info结构

　　字段，方法和接口方法使用相似的结构来表示：

　　

CONSTANT_Fieldref_info 
    u1 tag;
    u2 class_index;
    u2 name_and_type_index;


CONSTANT_Methodref_info 
    u1 tag;
    u2 class_index;
    u2 name_and_type_index;


CONSTANT_InterfaceMethodref_info 
    u1 tag;
    u2 class_index;
    u2 name_and_type_index;

　　这个结构的条目如下：

　　tag

　　　　CONTANT_Fieldref_info的tag值为CONSTANT_Fieldref(9)。

　　　　CONTANT_Methodref_info的tag值为CONSTANT_Methodref(10)。

　　　　CONTANT_InterfaceMethodref_info的tag值为CONSTANT_InterfaceMethodref(11)。

　　class_index

　　　　class_index的值必须是constant_pool表中的一个有效索引。索引位置的条目必须是一个CONSTANT_Class_info结构，表示一个有这个字段或者方法作为成员的类或者接口类型。

　　　　CONSTANT_Methodref_info结构的class_index必须是一个类类型，不能是接口类型

　　　　CONSTANT_InterfaceMethodref_info的class_index表示的条目必须是一个接口类型

　　　　CONSTANT_Fieldref_info结构的class_index条目可以是类类型或者接口类型。

　　name_and_type_index

　　　　name_and_type_index的值必须是constant_pool表中的一个有效索引。索引位置的条目必须是一个CONSTANT_NameAndType_info结构，指示这个字段或者方法的名称和描述符。

　　在CONSTANT_Fieldref_info中，指示的描述符必须是一个字段描述符。其它的必须是方法描述符。

　　如果CONSTANT_Methodref_info结构的方法的名称以‘<‘ （‘\u003c‘）开始，那么这个名称必须是特殊名称<init>表示一个实例的初始化方法。它的返回类型必须是void。

4.4.3 CONSTANT_String_info 结构

　　CONSTANT_String_info结构用来表示String类型的常量对象

CONSTANT_String_info 
    u1 tag;
    u2 string_index;

　　CONSTANT_String_info结构的项目如下：

　　tag

　　　　CONSTANT_String_info的tag值为CONSTANT_String（8）。

　　string_index

　　　　class_index的值必须是constant_pool表中的一个有效索引。索引位置的条目必须是一个CONSTANT_Utf8_info结构，表示需要初始化的String对象的Unicode代码点的序列。

4.4.4 CONSTANT_Integer_info和CONSTANT_Float_info结构

　　CONSTANT_Integer_info和CONSTANT_Float_info结构表示4字节数值常量(int 和 float)。

CONSTANT_Integer_info 
    u1 tag;
    u4 bytes;


CONSTANT_Float_info 
    u1 tag;
    u4 bytes;

　　这些架构的项目如下：

　　tag

　　　　CONSTANT_Integer_info结构的tag值为CONSTANT_Integer（3）.

　　　　CONSTANT_Float_info结构的tag值为CONSTANT_Float（4）.

　　bytes

　　　　CONSTANT_Integer_info的bytes项目表示int常量的值，int值的字节存储为大端模式。

　　　　CONSTANT_Float_info的bytes项目表示float常量的值，使用IEEE 754单精度浮点格式。单精度格式的字节存储为大端模式。

　　　　CONSTANT_Float_info结构表示的值由下面这些规则决定。值的字节首先按照int形式转换，然后：

　　　　1、如果转换的比特位为0x7f800000，那么float的值为正无穷大

　　　　2、如果转换的比特位为0xff800000，那么float的值为负无穷大

　　　　3、如果转换的比特位在0x7f800001到0x7fffffff或者在0xff800001到0xffffffff之间，那么float的值为NaN。

　　　　4、其它情况下，flaot的值根据比特位计算如下：

　　　　

int s = ((bits >> 31) == 0) ? 1 : -1;
int e = ((bits >> 23) & 0xff);
int m = (e == 0) ?
          (bits & 0x7fffff) << 1 :
          (bits & 0x7fffff) | 0x800000;

　　　　那么float的值等于数学表达式s · m · 2e-150.的结果

 4.4.6 CONSTANT_NameAndType_info结构

　　CONSTANT_NameAndType_info结构用来表示字段和方法，但是不指明属于哪个类或者接口类型：

CONSTANT_NameAndType_info 
    u1 tag;
    u2 name_index;
    u2 descriptor_index;

　　CONSTANT_NameAndType_info结构的项目如下：

　　tag

　　　　CONSTANT_NameAndType_info结构的tag项目的值为CONSTANT_NameAndType（12）.

　　name_index

　　　　name_index的值必须是常量池表中的有效索引。这个索引位置必须是一个CONSTANT_Utf8_info结构，表示一个特殊的方法名<init>或者一个有效的非限定名称指示一个字段或者方法。

　　desciptor_index

　　　　name_index的值必须是常量池表中的有效索引。这个索引位置必须是一个CONSTANT_Utf8_info结构，表示一个有效的字段描述符或者方法描述符。

4.4.7 CONSTANT_Utf8_info结构

　　CONSTANT_Utf8_info结构用来表示一个字符串常量值：

　　

CONSTANT_Utf8_info 
    u1 tag;
    u2 length;
    u1 bytes[length];

　　结构中的项目如下：

　　tag

　　　　CONSTANT_Utf8_info的tag值为CONSTANT_Utf8（1）.

　　length

　　　　length的值bytes数组中字节的数量（不是string的长度）。

　　bytes[]

　　　　bytes数组包含的字符串的字节。

　　　　字节的值不能为(byte)0

　　　　字节的值不能为(byte)0xf0 到 (byte)0xff.

　　字符串的内容使用修正的UTF-8编码。使用修正的UTF-8编码以便每个代码点仅使用一个字节来表示仅包含非空ASCII字符的代码点序列，也可以表示Unicode代码空间的所有代码点。修正的UTF-8不以空值结束。编码过程如下：

　　代码点在‘\u0001‘ 到 ‘\u007F‘范围间，使用一个单独的字节来表示：

　　

0

bits 6-0

　　7位的数值给出了代码点表示的值。

　　null代码点（‘\u0000‘）和代码点在‘\u0080‘到‘\u07FF‘范围的使用一对字节x和y来表示：

　　x:

1

1

0

bits 10-6

　　y:

1

0

bits 5-0

　　这两个字节的代码点的值为：

((x & 0x1f) << 6) + (y & 0x3f)

　　代码点在‘\u0800‘到 ‘\uFFFF‘范围的使用三个字节x,y,z来表示：

　　x:

1

1

1

0

bits 15-12

　　y:

1

0

bits 11-6

 

　　z:

1

0

bits 5-0

 

　　三字节表示的代码点的值为：

　　

((x & 0xf) << 12) + ((y & 0x3f) << 6) + (z & 0x3f)

　　代码点高于U + FFFF的字符（所谓的补充字符）通过分别编码其UTF-16表示的两个代理代码单元来表示。每个代理代码单元由三个字节表示。这意味着补充字符由六个字节u，v，w，x，y和z表示：

u:	1 1 1 0 1 1 0 1
v:	1 0 1 0 (bits 20-16)-1
w:	1 0 bits 15-10
x:	1 1 1 0 1 1 0 1
y:	1 0 1 1 bits 9-6
z:	1 0 bits 5-0

　　六字节表示的代码点的值为：

0x10000 + ((v & 0x0f) << 16) + ((w & 0x3f) << 10) +
((y & 0x0f) << 6) + (z & 0x3f)

　　多字节字符的字节以大端模式（高字节优先）顺序存储在类文件中。

　　这种格式与“标准”UTF-8格式有两点不同。首先，使用2字节格式而不是1字节格式对空字符（char）0进行编码，以便修正的UTF-8字符串永远不会嵌入空值。其次，仅使用标准UTF-8的1字节，2字节和3字节格式。 Java虚拟机无法识别标准UTF-8的四字节格式;它使用自己的2*三字节格式。