【jvm jdk】class文件中的字段表集合--field字段在class文件中是怎样组织的

读完本文，你将会学到：

• 类中定义的field字段是如何在class文件中组织的

• 不同的数据类型在class文件中是如何表示的

• static final类型的field字段的初始化赋值问题

注意：私有字段编译后，再用javap命令反编译，不在字段表集合中，这是什么原因呢？

1.概述

字段表集合是指由若干个字段表（field_info）组成的集合。对于在类中定义的若干个字段，经过JVM编译成class文件后，会将相应的字段信息组织到一个叫做字段表集合的结构中，字段表集合是一个类数组结构，如下图所示：

注意：这里所讲的字段是指在类中定义的静态或者非静态的变量，而不是在类中的方法内定义的变量。请注意区别。

比如，如果某个类中定义了5个字段，那么，JVM在编译此类的时候，会生成5个字段表（field_info）信息,然后将字段表集合中的字段计数器的值设置成5，将5个字段表信息依次放置到字段计数器的后面。

2. 字段表集合在class文件中的位置

字段表集合紧跟在class文件的接口索引集合结构的后面，如下图所示：

3. Java中的一个Field字段应该包含那些信息？

字段表field_info结构体的定义

上面图中的数据类型和字段名称顺序反了

针对上述的字段表示，JVM虚拟机规范规定了field_info结构体来描述字段，其表示信息如下：

上面图中加号的数据类型和字段名称顺序反了，但是箭头是对的

下面我将一一讲解FIeld_info的组成元素：访问标志（access_flags）、名称索引（name_index）、描述索引（descriptor_index）、属性表集合

4. field字段的访问标志

如上图所示定义的field_info结构体，field字段的访问标志(access_flags)占有两个字节，共16位，它能够表述的信息如下所示：

举例：如果我们在某个类中有定义field域：private static String str;，那么在访问标志上，第15位ACC_PRIVATE和第13位ACC_STATIC标志位都应该为1。field域str的访问标志信息应该是如下所示：

如上图所示，str字段的访问标志的值为0x000A，它由两个修饰符ACC_PRIVATE和ACC_STATIC组成。

根据给定的访问标志（access_flags），我们可以通过以下运算来得到这个域有哪些修饰符：

上面列举的str字段的访问标志的值为000A，那么分别域上述的标志符的特征值取&，结果为1的只有ACC_PRIVATE和ACC_STATIC，所以该字段的标志符只有有ACC_PRIVATE和ACC_STATIC。

5. 字段的字段名称表示和数据类型表示

field字段名称，我们定义了一个形如private static String str的field字段，其中"str"就是这个字段的名称。

用javap命令查看的反编译结果中，字段表集合中的name_index值被处理过了，直接显示最终值了，如果显示成#引用常量池会更直观，可以参考 《图 7-1 实例解析》中的名称索引的值为"0x0005"，即常量池中的#5，值为str

class文件对数据类型的表示如下图所示：

用javap命令查看的反编译结果中，字段表集合中的类型描述descriptor_index的值被处理过了，直接显示最终值了，如果显示成#引用常量池会更直观，可以参考 《图 7-1 实例解析》中的描述索引的值为"0x0006"，即常量池中的#6，值为 Ljava/lang/String

class文件将字段名称和field字段的数据类型表示作为字符串存储在常量池中。在field_info结构体中，紧接着访问标志的，就是字段名称索引和字段描述符索引，它们分别占有两个字节，其内部存储的是指向了常量池中的某个常量池项的索引，对应的常量池项中存储的字符串，分别表示该字段的名称和字段描述符。

6.属性表集合-----静态field字段的初始化

这个小章节的目的是介绍属性表集合，也就是某种条件下，才会有ConstantValue结构，但是《原文》描述有缺点，但是《原文》的图示是对的，可以参考，我又额外补充了《ConstantValue详解》

首先需要明确两个点：
(1) 字段中可以有自己的属性表；
(2) 并不是所有的字段都需要用到属性表；

attribute_info struct {
    
    
		u2 		`attribute_name_index`;		//可用于字段表中的属性名称，见下表
		u4		attribute_length;
		u1 		info						// attribute_length个info
}

attribute_name_index：指向一个常量池中CONSTANT_Utf8_info的常量项，存放着这个属性的名称，比如常量池中的ConstantValue，就是用在这个地方的，除了ConstantValue之外，常见的属性如下表：

属性名称	含义
ConstantValue	该字段为final定义常量值
Signature	支持泛型签名
Synthetic	标识字段是否为编译器自动生成
RuntimeVisibleAnnotations	标注运行时注解可见
RuntimeInvisibleAnnotations	标注运行时注解不可见

可以参考 《图 7-1 实例解析》中的属性名称索引的值为"0x0007"，即常量池中的#7，值为 ConstantValue

原文(有缺陷，建议跳过，但原文的图示是对的，可以参考)

在定义field字段的过程中，我们有时候会很自然地对field字段直接赋值，如下所示：

	public static final int MAX=100;
	public  int count=10;   //原文值为0，我觉得不好，无法区分编译后是否已经赋值

对于虚拟机而言，上述的两个field字段赋值的时机是不同的：

• 对于非静态（即无static修饰）的field字段的赋值将会出现在实例构造方法()中
• 对于静态的field字段，有两个选择：1、在静态构造方法<cinit>()中进行；2 、使用ConstantValue属性进行赋值

注意：下面这段原文有疑问，貌似不准确，ConstantValue是否存在和final有关，和static无关，建议跳过，因为作者举例的MAX之所以生成ConstantValue结构，根本原因还是有final修饰。


Sun javac编译器对于静态field字段的初始化赋值策略：
目前的Sun javac编译器的选择是：如果使用final和static同时修饰一个field字段，并且这个字段是基本类型或者String类型的，那么编译器在编译这个字段的时候，会在对应的field_info结构体中增加一个ConstantValue类型的结构体，在赋值的时候使用这个ConstantValue进行赋值；如果该field字段并没有被final修饰，或者不是基本类型或者String类型，那么将在类构造方法<cinit>()中赋值。

对于上述的public static final init MAX=100; javac编译器在编译此field字段构建field_info结构体时，除了访问标志、名称索引、描述符索引外，会增加一个ConstantValue类型的属性表。

ConstantValue详解

在前面提到过原文对ConstantValue的解释不太准确，在JVM入坑(五) - .class文件结构分析(4)：字段表集合 中提到ConstantValue比较详细的用法，直接借鉴。

ConstantValue属性的作用是通知JVM自动为final修饰变量(类变量和成员变量)生成ConstantValue属性

由此可以得出结论：

• 1、无论是类变量还是成员变量，被final修饰是ConstantValue属性的前提条件；
• 2、只有字段的变量值为基础数据类型和String类型才会有ConstantValue属性；
• 3、无论字段如何被修饰，值只能是字面量，只要值是new的对象，一定没有ConstantValue属性；

import java.util.HashMap;

public class A {
    
    
    final String str1 = "abc"; // ok，被final修饰+String类型声明+字面量(String类型)
    final String str2 = new String("vvv"); // 与str2相似,但值是不是字面量(这里是new 出来的)
    final HashMap map = new HashMap(); // 类型不是基础类型，也不是string类型

    final int i1 = 101; // ok ，被final修饰+基础类型声明+字面量(基础类型)
    static final int i2 = 102; // ok，与i1类似，但多了static修饰，说明static与final不冲突
    static int i3 = 203; // 与i1相反，被static修饰，没被final修饰，说明与static无关
    int i4 = 104; // 与i1类似，但没被final修饰，证明必须有final修饰
    Integer i5 = Integer.valueOf(120); // Integer算对象类型，不是基础类型
    int i6 = Integer.valueOf(106); // 值不是字面量
}

javap -v A反编译，带ConstantValue属性的已经被高亮显示：

 final java.lang.String `str1`;
    descriptor: Ljava/lang/String;
    flags: ACC_FINAL
   `ConstantValue: String abc`

  final java.lang.String str2;       //值是不是字面量(这里是new 出来的)
    descriptor: Ljava/lang/String;
    flags: ACC_FINAL

  final java.util.HashMap map;
    descriptor: Ljava/util/HashMap;   //类型不是基础类型，也不是string类型
    flags: ACC_FINAL

  final int `i1`;
    descriptor: I
    flags: ACC_FINAL
    `ConstantValue: int 101`

  static final int `i2`;
    descriptor: I
    flags: ACC_STATIC, ACC_FINAL
   ` ConstantValue: int 102`

  static int i3;      //没被final修饰
    descriptor: I
    flags: ACC_STATIC

  int i4;      //没被final修饰
    descriptor: I
    flags:

  java.lang.Integer i5;
    descriptor: Ljava/lang/Integer;     // Integer算对象类型，不是基础类型
    flags:

  int i6;      // 值不是字面量
    descriptor: I
    flags:

7.实例解析

定义如下一个简单的Simple类，然后通过查看Simple.class文件内容并结合javap -v Simple 生成的常量池内容，分析str field字段的结构：

package com.louis.jvm;
 
public class Simple {
    
    
 
	private  transient static final String str ="This is a test";
}

       图 7-1 实例解析

注：
1. 字段计数器中的值为0x0001,表示这个类就定义了一个field字段
2. 字段的访问标志是0x009A,二进制是00000000 10011010，即第9、12、13、15位标志位为1，这个字段的标志符有：ACC_TRANSIENT、ACC_FINAL、ACC_STATIC、ACC_PRIVATE;

3. 名称索引中的值为0x0005,指向了常量池中的第5项，为“str”,表明这个field字段的名称是str；

4. 描述索引中的值为0x0006,指向了常量池中的第6项，为"Ljava/lang/String;"，表明这个field字段的数据类型是java.lang.String类型；

5.属性表计数器中的值为0x0001,表明field_info还有一个属性表；

6.属性表名称索引中的值为0x0007,指向常量池中的第7项，为“ConstantValue”,表明这个属性表的名称是ConstantValue，即属性表的类型是ConstantValue类型的；

7.属性长度中的值为0x0002，因为此属性表是ConstantValue类型，它的值固定为2；

8.常量值索引 中的值为0x0008,指向了常量池中的第8项，为CONSTANT_String_info类型的项，表示“This is a test” 的常量。在对此field赋值时，会使用此常量对field赋值。

参考《Java虚拟机原理图解》1.4 class文件中的字段表集合–field字段在class文件中是怎样组织的

JVM入坑(五) - .class文件结构分析(4)：字段表集合 ConstantValue详解