文件格式分析 --- 最小class

为什么要研究文件格式，就像我们在学习到一定程度会学习汇编，不是用汇编写代码，而是理解底层原理有助于我们理解程序的执行流程

class是java编译后的可执行的字节码文件。

解析class的工具有javap，010editor，idapro

下面是java

package com.example;

public class {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello World by gk");
    }
}

编译后的二进制

我们可以看出整个文件最大的部分是常量池和方法

常量池

常量池[0] - CONSTANT_Methodref
标记字节：0A（表示方法引用）
类索引：00 02（指向常量池#2，即Object类）
名称类型索引：00 03（指向常量池#3，即构造方法的名称和类型）

常量池[1] - CONSTANT_Class_info
标记字节：07（表示类引用）
名称索引：00 04（指向常量池#4，即"java/lang/Object"字符串）

常量池[2] - CONSTANT_NameAndType
标记字节：0C（表示名称和类型）
名称索引：00 05（指向常量池#5，即""）
描述符索引：00 06（指向常量池#6，即"()V"）

常量池[3] - CONSTANT_Utf8
标记字节：01（表示UTF8字符串）
长度值：00 10（表示长度16）
字符串内容："java/lang/Object"的UTF8编码

常量池[4] - CONSTANT_Utf8
标记字节：01（表示UTF8字符串）
长度值：00 06（表示长度6）
字符串内容："<init>"的UTF8编码

常量池[5] - CONSTANT_Utf8
标记字节：01（表示UTF8字符串）
长度值：00 03（表示长度3）
字符串内容："()V"的UTF8编码

常量池[6] - CONSTANT_Fieldref
标记字节：09（表示字段引用）
类索引：00 07（指向常量池#7，即System类）
名称类型索引：00 08（指向常量池#8，即out字段的名称和类型）

常量池[7] - CONSTANT_Class_info
标记字节：07（表示类引用）
名称索引：00 09（指向常量池#9，即"java/lang/System"字符串）

常量池[8] - CONSTANT_NameAndType
标记字节：0C（表示名称和类型）
名称索引：00 0A（指向常量池#10，即"out"）
描述符索引：00 0B（指向常量池#11，即"Ljava/io/PrintStream;"）

常量池[9] - CONSTANT_Utf8
标记字节：01（表示UTF8字符串）
长度值：00 10（表示长度16）
字符串内容："java/lang/System"的UTF8编码

常量池[10] - CONSTANT_Utf8
标记字节：01（表示UTF8字符串）
长度值：00 03（表示长度3）
字符串内容："out"的UTF8编码

常量池[11] - CONSTANT_Utf8
标记字节：01（表示UTF8字符串）
长度值：00 15（表示长度21）
字符串内容："Ljava/io/PrintStream;"的UTF8编码

常量池[12] - CONSTANT_String
标记字节：08（表示字符串常量）
字符串索引：00 0D（指向常量池#13，即"Hello World"字符串）

常量池[13] - CONSTANT_Utf8
标记字节：01（表示UTF8字符串）
长度值：00 0B（表示长度11）
字符串内容："Hello World"的UTF8编码

常量池[14] - CONSTANT_Methodref
标记字节：0A（表示方法引用）
类索引：00 0F（指向常量池#15，即PrintStream类）
名称类型索引：00 10（指向常量池#16，即println方法的名称和类型）

常量池[15] - CONSTANT_Class_info
标记字节：07（表示类引用）
名称索引：00 11（指向常量池#17，即"java/io/PrintStream"字符串）

常量池[16] - CONSTANT_NameAndType
标记字节：0C（表示名称和类型）
名称索引：00 12（指向常量池#18，即"println"）
描述符索引：00 13（指向常量池#19，即"(Ljava/lang/String;)V"）

常量池[17] - CONSTANT_Utf8
标记字节：01（表示UTF8字符串）
长度值：00 13（表示长度19）
字符串内容："java/io/PrintStream"的UTF8编码

常量池[18] - CONSTANT_Utf8
标记字节：01（表示UTF8字符串）
长度值：00 07（表示长度7）
字符串内容："println"的UTF8编码

常量池[19] - CONSTANT_Utf8
标记字节：01（表示UTF8字符串）
长度值：00 15（表示长度21）
字符串内容："(Ljava/lang/String;)V"的UTF8编码

常量池[20] - CONSTANT_Class_info
标记字节：07（表示类引用）
名称索引：00 15（指向常量池#21，即"com/example/HelloWorld"字符串）

常量池[21] - CONSTANT_Utf8
标记字节：01（表示UTF8字符串）
长度值：00 16（表示长度22）
字符串内容："com/example/HelloWorld"的UTF8编码

常量池[22] - CONSTANT_Utf8
标记字节：01（表示UTF8字符串）
长度值：00 04（表示长度4）
字符串内容："Code"的UTF8编码

常量池[23] - CONSTANT_Utf8
标记字节：01（表示UTF8字符串）
长度值：00 0F（表示长度15）
字符串内容："LineNumberTable"的UTF8编码

常量池[24] - CONSTANT_Utf8
标记字节：01（表示UTF8字符串）
长度值：00 12（表示长度18）
字符串内容："LocalVariableTable"的UTF8编码

常量池[25] - CONSTANT_Utf8
标记字节：01（表示UTF8字符串）
长度值：00 04（表示长度4）
字符串内容："this"的UTF8编码

常量池[26] - CONSTANT_Utf8
标记字节：01（表示UTF8字符串）
长度值：00 18（表示长度24）
字符串内容："Lcom/example/HelloWorld;"的UTF8编码

常量池[27] - CONSTANT_Utf8
标记字节：01（表示UTF8字符串）
长度值：00 04（表示长度4）
字符串内容："main"的UTF8编码

常量池[28] - CONSTANT_Utf8
标记字节：01（表示UTF8字符串）
长度值：00 16（表示长度22）
字符串内容："([Ljava/lang/String;)V"的UTF8编码

常量池[29] - CONSTANT_Utf8
标记字节：01（表示UTF8字符串）
长度值：00 04（表示长度4）
字符串内容："args"的UTF8编码

常量池[30] - CONSTANT_Utf8
标记字节：01（表示UTF8字符串）
长度值：00 13（表示长度19）
字符串内容："[Ljava/lang/String;"的UTF8编码

常量池[31] - CONSTANT_Utf8
标记字节：01（表示UTF8字符串）
长度值：00 0A（表示长度10）
字符串内容："SourceFile"的UTF8编码

常量池[32] - CONSTANT_Utf8
标记字节：01（表示UTF8字符串）
长度值：00 0F（表示长度15）
字符串内容："HelloWorld.java"的UTF8编码

什么是属性，这里的class的属性类似与exe的节区的概念，所有内容都是由属性构成的。code属性表示代码区域对应exe的text区域

不同位置可能的属性：

类属性：SourceFile, InnerClasses, Deprecated等
字段属性：ConstantValue, Synthetic, Deprecated等
方法属性：Code, Exceptions, Deprecated等

方法1

访问标志
值：0x0001    表示这是一个public的构造方法

方法名索引
值：5    指向常量池#5,内容："<init>",这是构造方法的特殊名称

方法描述符索引
值：6    指向常量池#6 内容："()V"
描述符解析：
()：表示无参数
V：表示返回值是void

属性计数
值：1
表示这个构造方法有1个属性（Code属性）

Code属性详细信息： 
a. 属性名索引
值：23    指向常量池#23    内容："Code"

b. 属性长度
值：47    表示Code属性的内容占47字节

c. 最大栈深度 
值：1    表示操作数栈最多需要1个空间

d. 局部变量表大小
值：1
表示需要1个局部变量空间（用于this引用）

e. 代码长度
值：5h
表示方法的字节码指令占5个字节

第一条指令：
字节码：2A (aload_0)
含义：将第0个局部变量（this引用）加载到操作数栈顶
作用：准备调用父类构造方法时需要的this引用

第二条指令：
字节码：B7 (invokespecial)
操作数：00 01（指向常量池#1）
含义：调用父类的构造方法
具体调用：java/lang/Object.()V

第三条指令：
字节码：B1 (return)
含义：从构造方法返回
作用：完成构造方法的执行

方法的字节码 子属性计数 ：
类型：struct attribute_info
值：2
含义：表示有两个属性表项
作用：告诉JVM需要解析的属性数量

LineNumberTable属性 ：
属性名索引
值：24
含义：指向常量池中的"LineNumberTable"字符串
作用：标识这是行号表属性

属性长度
值：6
含义：属性信息的长度（字节）
作用：确定属性数据的范围

表长度
类型：u2
值：1
含义：行号表中的条目数
作用：说明有多少行号映射关系

行号表
start_pc：
值：0
含义：字节码的偏移位置
作用：指示代码开始位置

line_number：
值：3
含义：源代码的行号
作用：对应源文件中的行号

LocalVariableTable属性：
属性名索引
值：25
含义：指向常量池中的"LocalVariableTable"字符串
作用：标识这是局部变量表属性

属性长度
值：12
含义：属性信息的长度（字节）
作用：确定属性数据的范围

表长度
值：1
含义：局部变量表中的条目数
作用：说明有多少局部变量

LocalVariableTable项：
start_pc：
值：0
含义：变量的作用域起始位置
作用：标记变量开始有效的位置

length：
值：5
含义：变量的作用域长度
作用：确定变量的有效范围

name_index：
值：26
含义：指向变量名的常量池索引
作用：获取变量的名称this

descriptor_index：
值：27
含义：指向变量类型描述符的常量池索引
作用：确定变量的类型Lcom/example/HelloWorld;

index：
值：0
含义：变量在局部变量表中的槽位
作用：定位变量的存储位置

方法2同上忽略

javap反汇编

C:\Users\21558\CascadeProjects\class_demo>javap -v "C:\Users\21558\Documents\WeChat Files\wxid_nwercn4twf1c22\FileStorage\File\2025-02\HelloWorld.class"
Classfile /C:/Users/21558/Documents/WeChat Files/wxid_nwercn4twf1c22/FileStorage/File/2025-02/HelloWorld.class
  Last modified 2025年1月19日; size 557 bytes
  SHA-256 checksum a4c83c79ac32ed56d145ff91391e36f338b37eb95ebab2a4d4192795afee16d0
  Compiled from "HelloWorld.java"
public class com.example.HelloWorld
  minor version: 0
  major version: 52
  flags: (0x0021) ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
  this_class: #21                         // com/example/HelloWorld
  super_class: #2                         // java/lang/Object
  interfaces: 0, fields: 0, methods: 2, attributes: 1
Constant pool:
   #1 = Methodref          #2.#3          // java/lang/Object."<init>":()V
   #2 = Class              #4             // java/lang/Object
   #3 = NameAndType        #5:#6          // "<init>":()V
   #4 = Utf8               java/lang/Object
   #5 = Utf8               <init>
   #6 = Utf8               ()V
   #7 = Fieldref           #8.#9          // java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
   #8 = Class              #10            // java/lang/System
   #9 = NameAndType        #11:#12        // out:Ljava/io/PrintStream;
  #10 = Utf8               java/lang/System
  #11 = Utf8               out
  #12 = Utf8               Ljava/io/PrintStream;
  #13 = String             #14            // Hello World
  #14 = Utf8               Hello World
  #15 = Methodref          #16.#17        // java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
  #16 = Class              #18            // java/io/PrintStream
  #17 = NameAndType        #19:#20        // println:(Ljava/lang/String;)V
  #18 = Utf8               java/io/PrintStream
  #19 = Utf8               println
  #20 = Utf8               (Ljava/lang/String;)V
  #21 = Class              #22            // com/example/HelloWorld
  #22 = Utf8               com/example/HelloWorld
  #23 = Utf8               Code
  #24 = Utf8               LineNumberTable
  #25 = Utf8               LocalVariableTable
  #26 = Utf8               this
  #27 = Utf8               Lcom/example/HelloWorld;
  #28 = Utf8               main
  #29 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V
  #30 = Utf8               args
  #31 = Utf8               [Ljava/lang/String;
  #32 = Utf8               SourceFile
  #33 = Utf8               HelloWorld.java
{
  public com.example.HelloWorld();
    descriptor: ()V
    flags: (0x0001) ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 3: 0
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       5     0  this   Lcom/example/HelloWorld;

  public static void main(java.lang.String[]);
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
    flags: (0x0009) ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=2, locals=1, args_size=1
         0: getstatic     #7                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
         3: ldc           #13                 // String Hello World
         5: invokevirtual #15                 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
         8: return
      LineNumberTable:
        line 5: 0
        line 6: 8
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
            0       9     0  args   [Ljava/lang/String;
}
SourceFile: "HelloWorld.java"

C:\Users\21558\CascadeProjects\class_demo>javap -p "C:\Users\21558\Documents\WeChat Files\wxid_nwercn4twf1c22\FileStorage\File\2025-02\HelloWorld.class"
Compiled from "HelloWorld.java"
public class com.example.HelloWorld {
  public com.example.HelloWorld();
  public static void main(java.lang.String[]);
}

smali反汇编

.class public Lcom/example/HelloWorld;
.super Ljava/lang/Object;
.source "HelloWorld.java"


# direct methods
.method public constructor <init>()V
    .registers 1

    .line 3
    invoke-direct {p0}, Ljava/lang/Object;-><init>()V

    return-void
.end method

.method public static main([Ljava/lang/String;)V
    .registers 3

    .line 5
    sget-object v0, Ljava/lang/System;->out:Ljava/io/PrintStream;

    const-string v1, "Hello World"

    invoke-virtual {v0, v1}, Ljava/io/PrintStream;->println(Ljava/lang/String;)V

    .line 6
    return-void
.end method

用ida反汇编

; +-------------------------------------------------------------------------+
; |      这个文件由 IDA (交互式反汇编器) 生成                               |
; |           版权所有 (c) 2023 Hex-Rays, <support@hex-rays.com>            |
; +-------------------------------------------------------------------------+

; 文件校验信息
; Input SHA256 : A4C83C79AC32ED56D145FF91391E36F338B37EB95EBAB2A4D4192795AFEE16D0
; Input MD5    : FBC27DC5D80422D99FACC4CA045323F6
; Input CRC32  : 0E1D6D53

; 文件信息
; 文件名称   : C:\Users\21558\Pictures\jar2\HelloWorld.class
; 文件格式   : JavaVM Class File (JDK 1.8版本)

; 字节码版本：Java 8 (52.0)
.bytecode 52.0
.source "HelloWorld.java"

; 导入的类和方法原型声明
;.import java.lang.Object                      ; 导入Object类，HelloWorld类的父类
;  java.lang.Object.<init>()void               ; 导入Object类的构造方法
;.import java.lang.System                      ; 导入System类
;  java.lang.System.out java.io.PrintStream    ; 导入System.out静态字段
;.import java.io.PrintStream                   ; 导入PrintStream类
;  java.io.PrintStream.println(java.lang.String)void  ; 导入println方法

; 类声明部分
.class public com.example.HelloWorld           ; 声明公共类 HelloWorld
.super java.lang.Object                        ; 声明父类为 Object

; 构造方法
.method public <init>                          ; 默认构造函数
  .limit stack 1                               ; 操作数栈最大深度为1
  .limit locals 1                              ; 局部变量表大小为1
met001_begin:                                  
  .line 3
    aload_0                                    ; 加载this引用到操作数栈
    invokespecial java.lang.Object.<init>()void  ; 调用父类Object的构造方法
    return                                     ; 返回
met001_end:

;met001_slot000 ; DATA XREF: <init>↑r
.var 0 is this com.example.HelloWorld from met001_begin to met001_end
.end method

met001_slot000 是局部变量表中的第一个槽位（slot）的标签名称
.var 0 表示这是局部变量表中索引为0的变量
is this 表明这个变量是当前类的实例引用（this引用）
com.example.HelloWorld 指定了变量的类型
from met001_begin to met001_end 定义了这个变量的作用域范围，从方法开始到方法结束

每个方法都有自己的局部变量表
局部变量表中的每个位置称为一个槽位（slot）
对于实例方法，slot0 永远保存this引用
方法的参数从slot1开始存放
方法内声明的局部变量从参数之后的slot开始存放




; main方法
.method public static main                     ; 主方法声明
  .limit stack 2                               ; 操作数栈最大深度为2
  .limit locals 1                              ; 局部变量表大小为1
met002_begin:
  .line 5
    getstatic java.lang.System.out java.io.PrintStream  ; 获取System.out静态字段
    ldc "Hello World"                          ; 将字符串常量"Hello World"压入栈
    invokevirtual java.io.PrintStream.println(java.lang.String)void  ; 调用println方法
  .line 6
    return                                     ; 返回
met002_end:

  .end method

posted on 2025-01-19 15:20 GKLBB 阅读(17) 评论(0) 收藏举报

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