Class 和 Dex 文件深入理解 | JAVA_Android

class 文件结构深入解析

什么是 class 文件

​ 能够被 JVM 识别，加载并执行的文件格式，他就类似于 mp3 的格式，只能运用于特定的地方，如 mp3 只能被播放，而 class 文件则是需要被 JVM 进行加载。

​ 并不是只有 java 语言才能生成 class 文件，当然还有其他的一下语言:

​

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如何生成一个 class文件

​ 通过 ide 自动生成 class 文件，通过 run 来执行 calss 文件

​ 通过 javac 生成 class 文件 ，通过 java 命令去执行 class 文件

class 文件的作用

​ 记录一个类文件中的所有信息，记住是所有的信息，包括类名称，方法，变量等，class 中记录的信息远远多于java源代码中的信息。例如：我们并没有在类中定义 this、super 这样的关键字，但是我们可以使用，这是因为 java 虚拟机在生成 class 文件时已经帮我们记录在里面了。

class 文件结构

​ 一种8位字节的二进制文件

​ 各个数据按顺序紧密的排列，没有间隙，不想有些文件，为了读取方便，则不会让数据紧密排列。而 class 文件这样的好处就是 体积小。

​ 每个类或者接口都单独占据一个 class 文件

​ class 的文件格式采用的是类似结构体的结构来存储数据，这种结构只有两种数据类型：无符号竖和表，其中无符号数属于基本的数据类型，u1，u2，u4，u8 来分别代表 一个字节 ，2,4,8个字节。无符号数可以用阿里描述数字，索引引用，数量值或者 utf-8构成的字符串值，而表是由多个无符号数或其他表构成的复合数据结构，所有的表都以 _info 结尾，表用于描述有层次关系的复合结构数据类型，其实整个 class 文件就是一张表。（但是我觉得更像结构体）

​ 下面看一下具体的结构

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我们看一下这个表格，class 文件中定义了很多字段，这些字段又包含了非常多的内容。通过这些字段，jvm 就可以找到我们类中所有的内容

access_flags ：作用域

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这个图清楚地表示了 access_flags 字段的作用域。

constant_pool：常量池，下面是几种常用的类型

​ CONSTANT_Integer_info

​ CONSTANT_Long_info

​ CONSTANT_String_info

​ // 下面这几个里面存储的并不是真的内容，而是索引，这些索引最终指向的就是上面这几种类型，所以我们所有的信息都是存在常量池中的。

​ CONSTANT_Class_info //类信息，例如名字等，引用到类的一些信息等

0.png

​ CONSTANT_Fieldref_info //类中变量信息

​ CONSTANT_Methodref_info //类中方法信息

我们可以通过工具来查看一下 class 文件内容，工具名字为 010 Editor。

struct cp_info_constant_pool[0] 中的 u2，代表的是无符号数，u2 代表访问标志，如 u2 class_index 指向的就是这个方法所属的类。相当于索引吧，

注意看 u1 tag：

​ 在常量池中有14种类型，这个常量都是一个表，每一个表都有各自组成的机构，这写常量都有一个特点，每个常量的开始都是一个用 u1 类型的无符号数表示的标志位，如下表所示：

4179925-1d5f4a103a509c17

常量池中第一个 struct cp_info constant_poll[0] ，他的后面是 Methodref ，标志是 10 ，我们和上面的表对比一下，找到第 10 个，也是 Methodref ，通过这个表，我们可以查看 u1 tag 到底表示的是那种类型。

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如上面的 fields_count 为1，下面就有一个 struct field_info 的表，里面保存了字段的信息，methods_count 为 2，下面就有 methods[0] 和 methods[1]表，来表示这两个方法。这也就对应了上面的表

class 文件弊端

​ 内存占用大，不适合移动端

​ 堆栈的加载模式，加载速度慢

​ 文件 IO 操作多，类查找慢 。每次加载类的时候都要去寻找和加载

dex文件结构深入解析

什么是 dex 文件

​ 能够被 DVM 所识别，加载并执行的文件格式，dex 文件可以 用 c 和c++ 进行生成

如何生成一个 dex 文件

​ 通过 IDE 自动帮我们 build 生成

​ 手动通过 dx 命令生成 dex 文件

dex 文件的作用

​ 记录整个工程中所有类文件的信息，是整个工程(class 则是记录当前类的信息)

dex 文件结构

​ 一种 8 位字节的二进制流文件

​ 各个数据按顺序紧密的排列，无间隙

​ 整个应用中所有的 java 源文件都放在一个dex中，这里不考虑 multidex

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dex 文件头

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1. magic ：一般称为魔数，他可以判断当前的 dex 文件是否有效，可以看到他的 大小就是 9 h，也就是他用了 8个1字节的无符号数表示。
2. checksum ： dex 文件的校验和，通过它可以判断 dex 文件是否被损坏
3. signature[] ： 用于校验 dex 文件，其实就是把整个 dex 文件用 SHA-1 签名得到的一个值，
4. file_size ： 表示真个文件的大小，占用了4个字节
5. header_size ： 表示 dex 头部分的大小，占用4字节
6. endian_tga ：字节序标记，用于指定 dex 运行环境的 cpu，预设值为0x123456789
7. link_size 和 link_off ：分别指定了链接段的大小和文件的偏移，通常都为0
8. map_off ：指定了 DexMapList 的文件偏移
9. string_ids_size 和 string_ids_offf：这两个字段表示了 dex 文件中所有用到的字符串的个数和位置偏移。通过转换 size 为16，偏移为112。

​ 下面我们可以看一下 string_ids_size 的16进制和off 的16进制，分别为10 00 00 00 和 70 00 00 00，前者转换10进制后为 16，说明 size 有 16 个字符串，off 则代表偏移 70h ， 最后一个空字符“0”表示的是结尾 。然后我们找到70h 看一下

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下面我们看一下70h

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从70 开始，到 AOh 结束，所选中的都是 字符串的偏移量，通过这些偏移量我们才能找字符串，看一下上面第二个框，是 字符串的索引，可以看到他也是从70h 开始，大小是40h，也就是到A0h。在这段区域内保存的才是真正的字符串索引。我们可以看一下70h 第一个 92 01 00 00 ，他代表的偏移地址就是 0192h，接着我们找一下 0192h

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可以看到我一共选中了 8个字节，在这8个字节中我们可以用到的有6个，最开始的 06 则表示我们用到的个数，最后的 0 表示的是字符串结尾，下面我们把他们进行转换一下：

在线进制转换表

在线 ASCII 对照表

通过上面这种方式我们就可以找到字符串的16进制，并转换为对应的字符串。

其他的都一样，我们也没有必要像上面遮这样找，其实我们可以直接在索引区找到对应的值。例如上面这个例子：

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这里的数据是从 163开始的，是因为他并没有及时前面的 06 ，这个06至少代表后面要用到 6 个而已。

从 9 往下基本都是这个样子的。通过上面这种方法就可以查到具体的位置。

索引区

类型索引：

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如 Hellow 类索引，Object 索引，String 索引的。这些都是我们所引用到的。

方法原型索引 ：

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字段索引：

1573286058416

方法索引：

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如上面的 main 方法 ，printStream 打印方法等。。他会记录当前类所引用的方法索引和继承的方法索引

类索引：

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整个dex 文件中所有类索引

map 列表：

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他是对整个头文件的一个校验

数据区

​ 每个索引对应的值就是数据了。

最后看一下整个 dex 未必会的格式

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Class 和 Dex 的区别

每个 class 文件是一个表。这个文件只记录了当前java的信息。

dex 将文件划分为了 三个区域，这三个区域存储了整个工程中所有的java 文件的信息，所以 dex 在类越来越多的时候优势就提现出来了。他只要一个dex文件，很多区域都是可以进行复用的，减少了dex 文件的大小。

本质上他们是一样的，dex 是从 class 文件演变而来的，但是 calss 中存在了许多沉余信息，dex 去掉了沉余信息，并进行了整合

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