深入理解Java Class檔案格式（八）
在本專欄的第一篇文章 深入理解Java虛擬機器到底是什麼 中， 我們主要講解了什麼是虛擬機器， 這篇部落格是對JVM的一個概述。 在隨後的幾篇文章中，一直在講解class檔案格式。 在今天這篇部落格中， 將會繼續講解class檔案中的其他資訊。 在本文中， 將會講解class檔案中的最後一部分， 屬性（attributes） 。 這裡的屬性和原始檔中的屬性不是一個概念。 在原始檔中， 我們把在類中定義的欄位也叫做屬性。 而class檔案中的屬性， 可以看做是儲存一些額外資訊的資料結構。 下面我們就來介紹屬性。
class檔案中的attributes_count和attributes
attributes_count位於class檔案中methods的下面。 它佔兩個位元組， 儲存的是一個整數值， 表示class檔案中屬性的個數。
attributes_count下面的是attributes， 可以把它看做一個數組， 每個陣列項是一個attribute_info ， 每個attribute_info 表示一個屬性。attributes中有 attributes_count個attribute_info 。
需要說明的是， 屬性會出現在多個地方， 不僅僅出現在頂層的ClassFile中， 也會出現在class檔案中的資料項中， 如出現在field_info中， 用來描述特定欄位的一些資訊， 還可以出現在method_info中， 用來描述特定方法的一些資訊。 （關於field_info和method_info已經在上面一篇部落格中介紹過， 不明白的可以參考上面的部落格： 深入理解Java Class檔案格式（七））
屬性（attribute_info）的大概格式是這樣的：
其中attribute_name_index佔兩個位元組， 它是一個指向常量池資料項的索引。 它指向一個CONSTANT_Utf8_info ， 這個CONSTANT_Utf8_info 中存放的是當前屬性的名字。
attribute_name_index下面的四個位元組叫做attribute_length， 它表示當前屬性的長度， 這個長度不包括前6個位元組， 也就是說只包括屬性真實資訊（也就是info）的長度
attribute_length下面的資料是info， 它的長度由上面提到的attribute_length指定， 它存放的是真實的屬性資料。
下面我們會依次介紹一些重要屬性， 相對不是很重要的屬性會一筆帶過。
ClassFile中的SourceFile屬性
首先介紹一個比較簡單的屬性：SourceFile。 該屬性出現在頂層的class檔案中。 它描述了該類是從哪個原始檔中編譯來的， 注意， 描述的是原始檔， 而不是類， 一個原始檔中可以存在多個類。 它的格式如下：
前面說過， attribute_name_index指向常量池中的一個CONSTANT_Utf8_info ， 這個CONSTANT_Utf8_info 中存放的是這個屬性的名字字串， 即“SourceFile” 。
attribute_length是屬性資訊的長度， 這裡是2， 因為這個屬性的info就兩個位元組。
sourcefile_index佔兩個位元組， 這也是為什麼attribute_length是2的原因。 sourcefile_index指向常量池中的一個CONSTANT_Utf8_info ， 這個CONSTANT_Utf8_info 中存放的是生成該類的原始檔的檔名， 這裡的檔名不包括路徑部分。
下面舉例說明， 示例程式碼：
package com.jg.zhang;
public class Person {
int age;
int getAge(){
return age;
}
}
反編譯後的相關資訊：
public class com.jg.zhang.Person
SourceFile: "Person.java"
Constant pool:
.........
#20 = Utf8 SourceFile
#21 = Utf8 Person.java
.........
反編譯結果中的 SourceFile: "Person.java" 一行是SourceFile屬性的簡單表示形式。 可以把它看做一個可讀的attribute_info 。 下面常量池中的第20項的CONSTANT_Utf8_info是對這個屬性的屬性名（attribute_name_index）的描述 ， 第21項的CONSTANT_Utf8_info是對原始檔的檔名的描述。
下面是圖例， 注意， 虛線範圍內表示常量池區域：
ClassFile中的InnerClasses屬性
InnerClasses是一個存在於頂層class檔案中的屬性， 它描述的是內部類和外圍類的關係。 這是一個相對來說比較複雜的屬性， 因為每個類可能有多個內部類， 而這些內部類中可能還有內部類， 多層巢狀。外圍類中的InnerClasses屬性必須描述它的所有內部類， 而內部類中的InnerClasses也必須描述它的外圍類。
由於這個屬性相對較為複雜， 而對於我們理解class檔案又不具有很大的意義， 所以我們只是簡單的介紹一下。 如果想深入理解這個屬性， 請參考 《深入Java虛擬機器》 第144到166頁。
下面是這個屬性的結構：
attribute_name_index和attribute_length就不過多介紹了， 和上面介紹的是一樣的。
number_of_classes描述的是內部類的個數。
classes可以看做是一個數組， 這個陣列中的每一項是一個inner_class_info， 而每個inner_class_info是對一個內部類的描述。每個 inner_class_info的結構如下：
Synthetic屬性
Synthetic屬性可以出現在filed_info中， method_info中和頂層的ClassFile中， 分別表示這個欄位， 方法或類不是有使用者程式碼生成的（即不存在與原始檔中）， 而是由編譯器自動新增的。 例如， 編譯器會為內部類增加一個欄位， 該欄位是對外部類物件的引用； 如果一個不定義構造方法， 那麼編譯器會自動新增一個無引數的構造方法<init>， 如果定義了靜態欄位或靜態程式碼塊， 還會根據具體情況， 增加靜態初始化方法<clinit> 。 此外， 有些機制， 如動態代理， 會在執行時自動生成位元組碼檔案， 由於這些類不是由原始檔中編譯來的， 所以這些類的class檔案中會有一個Synthetic屬性。
它的結構如下：
可以看到， 它沒有真正的屬性資料info， 它只是一個標誌性的屬性， 用來表示它所在的欄位， 方法或類是由編譯器自動新增的 。
下面以例項程式碼來說明， 原始碼如下：
package com.jg.zhang;
public class Person {
static{
System.out.println("static");
}
int age;
int getAge(){
return age;
}
}
反編譯後的相關資訊如下：
{
int age;
flags:
static {};
.........
public com.jg.zhang.Person();
.........
int getAge();
.........
}
由反編譯結果可以看出， 編譯器自動生成了靜態初始化方法和構造方法。 可能是因為Synthetic屬性是可選的（也就是說某個版本的編譯器可以選擇不加入Synthetic屬性） ，所以在反編譯後的結果中沒有發現Synthetic屬性。
ConstantValue屬性
ConstantValue屬性出現在class檔案中的field_info中， 也就是說它是一個和欄位相關的屬性。 每個field_info中最多隻能出現一個ConstantValue屬性。 此外， 要注意的是， 必須是靜態欄位才可以有ConstantValue屬性。 這個靜態欄位可以是final的， 也可以不是final的。
這個屬性為靜態變數提供了另一種初始化的方式。 靜態變數初始化的方式有兩種， 一種就是現在要講得ConstantValue屬性， 另一種就是靜態初始化方法<clinit> 不同的編譯器和虛擬機器可以有不同的實現方式。 但是如果虛擬機器決定使用ConstantValue屬性為靜態變數賦值， 那麼為這個變數的賦值動作， 必須位於執行<clinit>方法之前。
此外， 只有基本資料型別或String型別的靜態變數才可以存在ConstantValue屬性， 原因在下面會有說明。
下面介紹它的結構：
attribute_name_index和attribute_length就不過多介紹了， 和上面介紹的是一樣的。這裡的attribute_length為2 。
位於attribute_length之下的是constantvalue_index ， 這是一個指向常量池中某個資料項的索引。這個常量池資料項中存放的就是當前欄位的值。
這個常量池中的資料項，根據field_info描述的欄位的不同， 可以是不同型別的資料項， 如果當前欄位是byte， short， char， int， boolean型別， 那麼這個被指向的常量池資料項就會是一個CONSTANT_Integer_info ， 如果當前欄位是一個long型別的欄位， 那麼這個被指向的常量池資料項就會是一個CONSTANT_Long_info 。 如果當前欄位是是一個String型別的欄位 ， 那麼這個被指向的常量池資料項就是一個CONSTANT_String_info 。 這裡有一點需要說明， 雖然java語言支援byte， short， char， boolean型別， 但是JVM卻不支援這幾種型別， 表現在class檔案中就是， class檔案中的常量池中沒有和這幾個資料型別相對應的資料項， 這幾中型別都被JVM在執行時當做int來對待， 表現在class檔案中就是， 這幾種型別都對應常量池中的CONSTANT_Integer_info 資料項。
這也說明了， 為什麼只有基本資料型別和String型別的靜態常量才會存在ConstantValue屬性 。 因為constantvalue_index只是一個指向常量池的索引， 而其他引用型別的常量不會存在於常量池中。
下面以例項來說明， 例項程式碼如下：
package com.jg.zhang;
public class Person {
static final int a = 1;
int age;
int getAge(){
return age;
}
}
反編譯後的相關結果如下：
......
Constant pool:
#7 = Utf8 ConstantValue
#8 = Integer 1
{
static final int a;
flags: ACC_STATIC, ACC_FINAL
ConstantValue: int 1
.........
}
可以看到， 原始檔中的a欄位， 是static final 的， 所以編譯器為這個欄位的filed_info生成了ConstantValue屬性。 這個屬性的示意圖如下所示， 注意， 虛線範圍內表示常量池區域：
Deprecated屬性
Deprecated屬性可以存在於filed_info中， method_info中和頂層的ClassFile中， 分別表示這個欄位， 方法或類已經過時。 這個屬性用來支援原始檔中的@deprecated註解。 也就是說， 如果在原始檔中為一個欄位， 方法或類標註了@deprecated註解， 那麼編譯器就會在class檔案中為這個欄位， 方法或類生成一個Deprecated屬性 。
Deprecated屬性的格式如下：
上面的屬性一樣， attribute_name_index屬性指向一個常量池中的CONSTANT_Utf8_info 。 這個CONSTANT_Utf8_info中存放著該屬性的名字 “Deprecated” 。
attribute_length永遠為0 ， 因為這個屬性只是一個標誌資訊， 用來表示欄位， 方法， 類已經過時， 而不具有任何實質性的屬性資訊。
下面以程式碼示例來說明， 程式碼如下：
package com.jg.zhang;
public class Person {
int age;
@Deprecated
int getAge(){
return age;
}
}
在getAge方法上使用了@deprecated 。 下面是反編譯之後的相關資訊：
......
Constant pool:
......
#18 = Utf8 Deprecated
......
{
......
int getAge();
flags:
Deprecated: true
......
}
可以看到， 在getAge方法相關的資訊中， 有一行 Deprecated: true ， 這說明編譯器在getAge方法的method_info中加入了Deprecated屬性。 常量池第18項的CONSTANT_Utf8_info中存放的是Deprecated屬性的屬性名“Deprecated” 。
下面是示意圖， 虛線範圍內表示常量池區域：
總結
本文就到此為止。 在本文中， 主要講解了class檔案中的一些屬性。 這些屬性可以出現在class檔案中的對個地方， 用來描述一些其他資訊。
在下一篇部落格中， 會繼續講解其他屬性。 下一篇部落格要講解的屬性相對比較重要， 因為這些屬性主要是和方法相關的。 到目前為止， 我們已經講解了class檔案中的大部分資訊， 包括常量池， this_class, super_class, field_info, method_info等等。 雖然method_info是對一個方法的描述， 但是目前我們知道的而關於method_info的資訊， 只描述了方法的方法名， 描述符等簽名信息。 但是方法中還包括很多重要資訊， 比如位元組碼指令， 異常處理塊， 方法宣告丟擲的異常 等。 這些重要資訊在class檔案中是如何描述的呢？ 下一篇部落格將會揭曉答案， 敬請關注。