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Class 文件中的字段表、方法表与属性表

1. 前言​

本节内容主要是介绍 Class 文件结构中的字段表、方法表与属性表。从本节标题的描述中，我们只看到了这 3 种表结构，但实际上本节会讲解 6 种结构，因为每一种表结构，都需要有计数器进行计数。本节主要知识点如下：

  • 字段表计数器和字段表的定义及意义，以及结构示意图，为本节重点内容之一；
  • 方法表计数器和方法表的定义及意义，以及结构示意图，为本节重点内容之一；
  • 属性表计数器和属性表的定义及意义，以及结构示意图，为本节次重点内容，由于JVM 对属性表没有特别规范的限制，此处了解其定义及结构即可。

本节所讲解的内容，是Class 文件结构的最后部分，学习完本节课程后，会对 Class 文件结构有一个整体的认识，并且每一部分的结构顺序与课程中讲解的顺序完全一样，把所有的示意图进行拼接，就能够形成一个完成的 Class 文件结构示意图。

2. 字段表计数器和字段表​

上节课程抛出了问题，接口索引集合后边紧跟的结构是什么？这里我们来进行解答，后边紧跟的是字段表计数器，字段表计数器后边紧跟的是字段表。

定义：字段表计数器（fields_count）与字段表不可分割，这里我们对两部分结构一起讲解。

  • 字段表计数器（fields_count）：记录字段表中字段的数量，为无符号数类型。
  • 字段表（fields）：字段表（fields）用于描述接口或者类中声明的变量。字段（field）包括类级变量（即静态变量）以及实例变量（即:非静态变量），但不包括在方法内部声明的局部变量。字段表为表类型结构。

Tips：这里请学习者特别关注下字段表定义介绍中的最后两句话：“字段(field)包括类级变量(即静态变量)以及实例变量(即:非静态变量)，但不包括在方法内部声明的局部变量。“ 简单的总结这句话的意思是字段表中存储的是全局标量，不存储局部变量。

字段表计数器无符号数结构示意图：与其他计数器一样，字段表计数器（fields_count）是一个无符号数结构类型的数据，u2 大小。

图片描述

字段表-表结构类型示意图：字段表是一个表结构的类型数据，回忆下我们接触到的第一个 Class 文件的表结构类型数据为常量池。这里我们来看下字段表的表结构示意图。

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前文提到过，字段（field）包括类级变量（即静态变量）以及实例变量（即:非静态变量），上图所示的一个 field_info 就代表了一个变量。为了表示一个变量，需要知道这个变量的修饰符，如 public，还需要知道这个变量的变量名称，因此一个 field_info 中存储了很多特征值，所有的特征值综合起来就完整的描述了一个变量。

3. 方法表计数器与方法表​

字段表后边紧跟的是方法表计数器，方法表计数器后边紧跟的是方法表。

定义：方法表计数器（methods_count）与方法表不可分割，这里我们对两部分结构一起讲解。

  • 方法表计数器（methods_count）：记录方法表中字段的数量，为无符号数类型。
  • 方法表（methods）：存储了当前类或者当前接口中的 public 方法，protected 方法，default 方法，private 方法等。方法表为表结构类型。

Tips：Class文件是通过Java文件编译而来的，如果文件中有方法，就会将方法的信息存储到方法表，并通过方法表计数器进行方法的计数。

方法表计数器无符号数结构示意图：与其他计数器一样，方法表计数器（methods_count）是一个无符号数结构类型的数据，u2 大小。

图片描述

方法表-表结构类型示意图：方法表是一个表结构的类型数据，与前文所讲解的字段表结构一样。

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一个method_info中会存储很多方法的特征值，我们通过如下示例方法进行举例：

public String get(String name) {
    return "";
}

对于get 方法，method_info 中会存储如下信息：

  • 方法的修饰符 public：还记的我们上节所讲述的 access_flag 吗？access_flag 对应表中有一个 ACC_PUBLIC 就代表了 public 修饰符，他对应的值为 0x0001，此处的标记也需要使用到这个表。都是通用的哦；
  • 方法名称：get 方法；
  • 方法的参数：String name；
  • 方法的返回值类型： String 类型的返回值。

通过如上方法特征值的共同修饰，完成了一个 method_info 的存储，也就完成了一个方法的存储。

4.属性表计数器与属性表​

方法表后边紧跟的是属性表计数器，属性表计数器后边紧跟的结构为属性表。至此，Class 文件的全部结构就讲解完了。回顾之前的知识，Class 文件结构是以魔数开头，以属性表结尾的。

定义：属性表计数器（attributes_count）与属性表不可分割，这里我们对两部分结构一起讲解。

  • 属性表计数器（attributes_count）：记录属性表中属性的数量，为无符号数类型。
  • 属性表（attributes）：属性表（attributes）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的顺序，并且只要不与已有属性名重复，任何人实现的编译器都可以向属性表中写入自己定义的属性信息，Java 虚拟机运行时会忽略掉它不能识别的属性。

Tips：学习者对属性这一概念并不陌生了，这里不多加赘述，但是我们重点要关注下属性表的两大特点：一个是限制宽松，无顺序长度要求；一个是开发者可以自己向属性表中添加不重复的属性。言外之意是属性表作为 Class 文件的一个结构，是非常灵活的，且没有明确的长度大小规定。此部分知识我们稍作了解即可。

属性表计数器无符号数结构示意图：与其他计数器一样，属性表计数器（attributes_count）是一个无符号数结构类型的数据，u2 大小。

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属性表-表结构类型示意图：属性表也是一个表结构类型，与字段表、方法表结构类似，但是属性表没有固定的长度和顺序限制，此处我们了解下其结构即可。

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5. 小结​

本节讲解了 Class 文件结构中最后的几种结构，分别是字段表计数器，字段表，方法表计数器，方法表，属性表计数器，属性表。其中字段表与方法表为本节重点内容，属性表部分视为次重点，仅做了解即可。

至此，我们的 Class 文件结构就讲解完了，我们回顾下 Class 文件的整体结构为：魔数->次版本号->主版本号->常量池计数器->常量池->类索引->父类索引->接口索引计数器->接口索引集合->字段表计数器->字段表->方法表计数器->方法表->属性表计数器->属性表。

学习者需要认真学习 Class 文件的数据结构，掌握整体结构以及细节知识点。