Plik klasy Java - Java class file

Plik klasy Java to plik (z rozszerzeniem nazwy pliku .class ) zawierający kod bajtowy Java, który można wykonać w wirtualnej maszynie Java (JVM) . Plik klasy Java jest zwykle tworzony przez kompilator Java z plików źródłowych języka programowania Java ( plików .java ) zawierających klasy Java (alternatywnie do tworzenia plików klas można również użyć innych języków JVM ). Jeśli plik źródłowy ma więcej niż jedną klasę, każda klasa jest kompilowana w oddzielny plik klasy.

Maszyny JVM są dostępne dla wielu platform , a plik klasy skompilowany na jednej platformie będzie wykonywany na maszynie JVM innej platformy. Dzięki temu aplikacje Java są niezależne od platformy .

Historia

W dniu 11 grudnia 2006 r. format pliku klasy został zmodyfikowany w ramach żądania specyfikacji Java (JSR) 202.

Układ i struktura plików

Sekcje

Struktura plików klas Java składa się z 10 podstawowych sekcji:

• Magiczna liczba : 0xCAFEBABE
• Wersja formatu pliku klasy : podrzędna i główna wersja pliku klasy
• Stała pula : pula stałych dla klasy
• Access Flags : na przykład, czy klasa jest abstrakcyjna, statyczna itp.
• Ta klasa : nazwa obecnej klasy
• Super klasa : nazwa super klasy
• Interfejsy : dowolne interfejsy w klasie
• Pola : dowolne pola w klasie
• Metody : dowolne metody w klasie
• Atrybuty : dowolne atrybuty klasy (na przykład nazwa pliku źródłowego itp.)

Magiczny numer

Pliki klas są identyfikowane przez następujący 4- bajtowy nagłówek (w systemie szesnastkowym ): CA FE BA BE(pierwsze 4 wpisy w tabeli poniżej). Historię tej magicznej liczby wyjaśnił James Gosling odnosząc się do restauracji w Palo Alto :

„Kiedyś chodziliśmy na lunch do miejsca o nazwie St Michael's Alley. Według lokalnej legendy, w głębokiej, mrocznej przeszłości występowali tam The Grateful Dead, zanim się rozwinęli. Dead Kinda Place. Kiedy zmarł Jerry , zbudowano nawet małą buddyjską świątynię. Kiedy tam chodziliśmy, nazywaliśmy to miejsce „Cafe Dead”. Gdzieś po drodze zauważono, że to numer HEX. Ja przerabiałem jakiś kod formatu pliku i potrzebowałem kilku magicznych liczb : jednej dla trwałego pliku obiektowego i jednej dla klas.Użyłem CAFEDEAD dla formatu pliku obiektowego i podczas grepowania dla 4-znakowych słów szesnastkowych, które pasują po „CAFE (wydawało się, że to dobry motyw) Uderzyłem BABE i postanowiłem go użyć. W tamtym czasie nie wydawało się to szczególnie ważne ani przeznaczone do nigdzie poza śmietnikiem historii. Tak więc CAFEBABE stało się aktami klasowymi format, a CAFEDEAD był formatem obiektu trwałego, ale funkcja obiektu trwałego przestała działać a wraz z nim poszło użycie CAFEDEAD - ostatecznie został on zastąpiony przez RMI .

Ogólny układ

Ponieważ plik klasy zawiera elementy o zmiennej wielkości i nie zawiera również osadzonych przesunięć plików (lub wskaźników), jest zwykle analizowany sekwencyjnie, od pierwszego bajtu do końca. Na najniższym poziomie format pliku opisany jest za pomocą kilku podstawowych typów danych:

• u1 : 8-bitowa liczba całkowita bez znaku
• u2 : 16-bitowa liczba całkowita bez znaku w kolejności bajtów big-endian
• u4 : 32-bitowa liczba całkowita bez znaku w kolejności bajtów big-endian
• table : tablica elementów o zmiennej długości pewnego typu. Liczba elementów w tabeli jest identyfikowana przez poprzedzający numer licznika (liczba to u2), ale rozmiar w bajtach tabeli można określić tylko poprzez zbadanie każdego z jej elementów.

Niektóre z tych podstawowych typów są następnie ponownie interpretowane jako wartości wyższego poziomu (takie jak ciągi lub liczby zmiennoprzecinkowe), w zależności od kontekstu. Nie ma wymuszania wyrównania słów, więc nigdy nie używa się bajtów dopełniających. Ogólny układ pliku klasy jest przedstawiony w poniższej tabeli.

Reprezentacja w języku programowania podobnym do C

Ponieważ C nie obsługuje wielu tablic o zmiennej długości w strukturze, poniższy kod nie zostanie skompilowany i służy tylko jako demonstracja.

struct Class_File_Format {
   u4 magic_number;

   u2 minor_version;   
   u2 major_version;

   u2 constant_pool_count;   
  
   cp_info constant_pool[constant_pool_count - 1];

   u2 access_flags;

   u2 this_class;
   u2 super_class;

   u2 interfaces_count;   
   
   u2 interfaces[interfaces_count];

   u2 fields_count;   
   field_info fields[fields_count];

   u2 methods_count;
   method_info methods[methods_count];

   u2 attributes_count;   
   attribute_info attributes[attributes_count];
}

Stała pula

Tabela puli stałych to miejsce, w którym przechowywana jest większość wartości stałych dosłownych. Obejmuje to wartości, takie jak liczby wszelkiego rodzaju, łańcuchy, nazwy identyfikatorów, odwołania do klas i metod oraz deskryptory typów. Wszystkie indeksy lub odwołania do określonych stałych w tabeli puli stałych są podane przez liczby 16-bitowe (typ u2), gdzie wartość indeksu 1 odnosi się do pierwszej stałej w tabeli (wartość indeksu 0 jest nieprawidłowa).

Z powodu historycznych wyborów dokonanych podczas opracowywania formatu pliku, liczba stałych w tabeli puli stałej nie jest w rzeczywistości taka sama jak liczba stałych puli poprzedzających tabelę. Po pierwsze, tabela jest indeksowana od 1 (a nie od 0), ale w rzeczywistości liczba powinna być interpretowana jako maksymalny indeks plus jeden. Dodatkowo dwa rodzaje stałych (longs i doubles) zajmują dwa kolejne miejsca w tabeli, chociaż drugi taki slot jest indeksem fantomowym, który nigdy nie jest bezpośrednio używany.

Typ każdej pozycji (stałej) w puli stałej jest identyfikowany przez początkowy znacznik bajtu . Liczba bajtów następujących po tym znaczniku i ich interpretacja zależą od wartości znacznika. Prawidłowe typy stałych i ich wartości znaczników to:

Istnieją tylko dwa typy stałych całkowitych, całkowite i długie. Inne typy całkowite występujące w języku wysokiego poziomu, takie jak boolean, byte i short, muszą być reprezentowane jako stała całkowita.

Nazwy klas w Javie, jeśli są w pełni kwalifikowane, są tradycyjnie rozdzielane kropkami, na przykład „java.lang.Object”. Jednak w obrębie stałych referencyjnych klasy niskiego poziomu pojawia się formularz wewnętrzny, który zamiast tego używa ukośników, na przykład „java/język/obiekt”.

Ciągi znaków Unicode, pomimo pseudonimu „ciąg UTF-8”, nie są w rzeczywistości zakodowane zgodnie ze standardem Unicode, chociaż jest podobny. Istnieją dwie różnice ( pełną dyskusję można znaleźć w UTF-8 ). Po pierwsze, punkt kodowy U+0000 jest zakodowany jako sekwencja dwubajtowa C0 80(w szesnastce) zamiast standardowego kodowania jednobajtowego 00. Druga różnica polega na tym, że znaki uzupełniające (te poza BMP na poziomie U+10000 i wyższym) są kodowane przy użyciu konstrukcji pary zastępczej podobnej do UTF-16, a nie bezpośrednio przy użyciu UTF-8. W tym przypadku każdy z dwóch surogatów jest zakodowany oddzielnie w UTF-8. Na przykład U+1D11E jest zakodowany jako 6-bajtowa sekwencja ED A0 B4 ED B4 9Ezamiast poprawnego 4-bajtowego kodowania UTF-8 w F0 9D 84 9E.

Zobacz też

• Kod bajtowy Java

Bibliografia

Dalsza lektura

• Tim Lindholm , Frank Yellin (1999). Specyfikacja wirtualnej maszyny Java (wyd. drugie). Sala Prezydencka. Numer ISBN 0-201-43294-3. Źródło 2008-10-13 .Oficjalny dokument definiujący wirtualną maszynę Java , który zawiera format pliku klasy. Zarówno pierwsze, jak i drugie wydanie książki są bezpłatnie dostępne online do przeglądania i/lub pobierania .