常量池中各數(shù)據(jù)項類型詳解
常量池中的數(shù)據(jù)項是通過索引來引用的， 常量池中的各個數(shù)據(jù)項之間也會相互引用。在這11中常量池數(shù)據(jù)項類型中， 有兩種比較基礎， 之所以說它們基礎， 是因為這兩種類型的數(shù)據(jù)項會被其他類型的數(shù)據(jù)項引用。 這兩種數(shù)據(jù)類型就是constant_utf8 和 constant_nameandtype ， 其中constant_nameandtype類型的數(shù)據(jù)項（constant_nameandtype_info）也會引用constant_utf8類型的數(shù)據(jù)項（constant_utf8_info） 。 與其他介紹常量池的書籍或其他資料不同， 本著循序漸進和先后分明的原則， 我們首先對這兩種比較基本的類型的數(shù)據(jù)項進行介紹， 然后再依次介紹其他9中數(shù)據(jù)項。
（1） constant_utf8_info
一個constant_utf8_info是一個constant_utf8類型的常量池數(shù)據(jù)項， 它存儲的是一個常量字符串。 常量池中的所有字面量幾乎都是通過constant_utf8_info描述的。下面我們首先講解constant_utf8_info數(shù)據(jù)項的存儲格式。在前面的文章中， 我們提到， 常量池中數(shù)據(jù)項的類型由一個整型的標志值（tag）決定， 所以所有常量池類型的info中都必須有一個tag信息， 并且這個tag值位于數(shù)據(jù)項的第一個字節(jié)上。 一個11中常量池數(shù)據(jù)類型， 所以就有11個tag值表示這11中類型。而constant_utf8_info的tag值為1， 也就是說如果虛擬機要解析一個常量池數(shù)據(jù)項， 首先去讀這個數(shù)據(jù)項的第一個字節(jié)的tag值， 如果這個tag值為1， 那么就說明這個數(shù)據(jù)項是一個constant_utf8類型的數(shù)據(jù)項。 緊挨著tag值的兩個字節(jié)是存儲的字符串的長度length， 剩下的字節(jié)就存儲著字符串。 所以， 它的格式是這樣的：
其中tag占一個字節(jié)， length占2個字節(jié)， bytes代表存儲的字符串， 占length字節(jié)。所以， 如果這個constant_utf8_info存儲的是字符串"hello"， 那么他的存儲形式是這樣的：
現(xiàn)在我們知道了constant_utf8_info數(shù)據(jù)項的存儲形式， 那么constant_utf8_info數(shù)據(jù)項都存儲了什么字符串呢？ constant_utf8_info可包括的字符串主要以下這些：
- ?程序中的字符串常量
- ?常量池所在當前類（包括接口和枚舉）的全限定名
- ?常量池所在當前類的直接父類的全限定名
- ?常量池所在當前類型所實現(xiàn)或繼承的所有接口的全限定名
- ?常量池所在當前類型中所定義的字段的名稱和描述符
- ?常量池所在當前類型中所定義的方法的名稱和描述符
- ?由當前類所引用的類型的全限定名
- ?由當前類所引用的其他類中的字段的名稱和描述符
- ?由當前類所引用的其他類中的方法的名稱和描述符
- ?與當前class文件中的屬性相關的字符串， 如屬性名等
總結一下， 其中有這么五類： 程序中的字符串常量， 類型的全限定名， 方法和字段的名稱， 方法和字段的描述符， 屬性相關字符串。 程序中的字符串常量不用多說了， 我們經(jīng)常使用它們創(chuàng)建字符串對象， 屬性相關的字符串， 等到講到class中的屬性信息（attibute）時自會提及。 方法和字段的名稱也不用多說了 。 剩下的就是類型的全限定名，方法和字段的描述符 。 還有一點需要說明， 類型的全限定名， 方法和字段的名稱， 方法和字段的描述符， 可以是本類型中定義的， 也可能是本類中引用的其他類的。
下面我們通過一個例子來進行說明。 示例源碼：
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package com.jg.zhang;public class programer extends person { static string company = "companya"; static{ system.out.println("staitc init"); } string position; computer computer; public programer() { this.position = "engineer"; this.computer = new computer(); } public void working(){ system.out.println("coding..."); computer.working(); }} |
別看這個類簡單， 但是反編譯后， 它的常量池有53項之多。 在這53項常量池數(shù)據(jù)項中， 各種類型的數(shù)據(jù)項都有， 當然也包括不少的constant_utf8_info 。 下面只列出反編譯后常量池中的constant_utf8_info 數(shù)據(jù)項：
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#2 = utf8 com/jg/zhang/programer //當前類的全限定名#4 = utf8 com/jg/zhang/person //父類的全限定名#5 = utf8 company //company字段的名稱#6 = utf8 ljava/lang/string; //company和position字段的描述符#7 = utf8 position //position字段的名稱#8 = utf8 computer //computer字段的名稱#9 = utf8 lcom/jg/zhang/computer; //computer字段的描述符#10 = utf8 <clinit> //類初始化方法（即靜態(tài)初始化塊）的方法名#11 = utf8 ()v //working方法的描述符#12 = utf8 code //code屬性的屬性名#14 = utf8 companya //程序中的常量字符串#19 = utf8 java/lang/system //所引用的system類的全限定名#21 = utf8 out //所引用的out字段的字段名#22 = utf8 ljava/io/printstream; //所引用的out字段的描述符#24 = utf8 staitc init //程序中的常量字符串#27 = utf8 java/io/printstream //所引用的printstream類的全限定名#29 = utf8 println //所引用的println方法的方法名#30 = utf8 (ljava/lang/string;)v //所引用的println方法的描述符#31 = utf8 linenumbertable //linenumbertable屬性的屬性名#32 = utf8 localvariabletable //localvariabletable屬性的屬性名#33 = utf8 <init> //當前類的構造方法的方法名#41 = utf8 com/jg/zhang/computer //所引用的computer類的全限定名#45 = utf8 this //局部變量this的變量名#46 = utf8 lcom/jg/zhang/programer; //局部變量this的描述符#47 = utf8 working //woking方法的方法名#49 = utf8 coding... //程序中的字符串常量#52 = utf8 sourcefile //sourcefile屬性的屬性名#53 = utf8 programer.java //當前類所在的源文件的文件名 |
上面只列出了反編譯結果中常量池中的constant_utf8_info數(shù)據(jù)項。 其中第三列不是javap反編譯的輸出結果， 而是我加上的注釋。 讀者可以對比上面的程序源碼來看一下， 這樣的話， 就可以清楚的看出， 源文件中的各種字符串， 是如何和存放到constant_utf8_info中的。
這里要強調(diào)一下， 源文件中的幾乎所有可見的字符串都存放在constant_utf8_info中， 其他類型的常量池項只不過是對constant_utf8_info的引用。 其他常量池項， 把引用的constant_utf8_info組合起來， 進而可以描述更多的信息。 下面將要介紹的constant_nameandtype_info就可以驗證這個結論。
（2） constant_nameandtype類型的數(shù)據(jù)項
常量池中的一個constant_nameandtype_info數(shù)據(jù)項， 可以看做constant_nameandtype類型的一個實例 。 從這個數(shù)據(jù)項的名稱可以看出， 它描述了兩種信息，第一種信息是名稱（name）， 第二種信息是類型（type） 。 這里的名稱是指方法的名稱或者字段的名稱， 而type是廣義上的類型， 它其實描述的是字段的描述符或方法的描述符。 也就是說， 如果name部分是一個字段名稱， 那么type部分就是相應字段的描述符； 如果name部分描述的是一個方法的名稱， 那么type部分就是對應的方法的描述符。 也就是說， 一個constant_nameandtype_info就表示了一個方法或一個字段。
下面先看一下constant_nameandtype_info數(shù)據(jù)項的存儲格式。 既然是常量池中的一種數(shù)據(jù)項類型， 那么它的第一個字節(jié)也是tag， 它的tag值是12， 也就是說， 當虛擬機讀到一個tag為12的常量池數(shù)據(jù)項， 就可以確定這個數(shù)據(jù)項是一個constant_nameandtype_info 。 tag值一下的兩個字節(jié)叫做name_index， 它指向常量池中的一個constant_utf8_info， 這個constant_utf8_info中存儲的就是方法或字段的名稱。 name_index以后的兩個字節(jié)叫做descriptor_index， 它指向常量池中的一個constant_utf8_info， 這個constant_utf8_info中存儲的就是方法或字段的描述符。 下圖表示它的存儲布局：
下面舉一個實例進行說明， 實例的源碼為：
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package com.jg.zhang;public class person { int age; int getage(){ return age; }} |
這個person類很簡單， 只有一個字段age， 和一個方法getage 。 將這段代碼使用javap工具反編譯之后， 常量池信息如下：
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#1 = class #2 // com/jg/zhang/person #2 = utf8 com/jg/zhang/person #3 = class #4 // java/lang/object #4 = utf8 java/lang/object #5 = utf8 age #6 = utf8 i #7 = utf8 <init> #8 = utf8 ()v #9 = utf8 code #10 = methodref #3.#11 // java/lang/object."<init>":()v #11 = nameandtype #7:#8 // "<init>":()v #12 = utf8 linenumbertable #13 = utf8 localvariabletable #14 = utf8 this #15 = utf8 lcom/jg/zhang/person; #16 = utf8 getage #17 = utf8 ()i #18 = fieldref #1.#19 // com/jg/zhang/person.age:i #19 = nameandtype #5:#6 // age:i #20 = utf8 sourcefile #21 = utf8 person.java |
常量池一共有21項， 我們可以看到， 一共有兩個constant_nameandtype_info 數(shù)據(jù)項， 分別是第#11項和第#19項， 其中第#11項的constant_nameandtype_info又引用了常量池中的第#7項和第#8項， 被引用的這兩項都是constant_utf8_info ， 它們中存儲的字符串常量值分別是 <init> 和 （）v。 其實他們加起來表示的就是父類object的構造方法。 那么這里為什么會是父類object的構造方法而不是本類的構造方法呢？ 這是因為類中定義的方法如果不被引用（也就是說在當前類中不被調(diào)用）， 那么常量池中是不會有相應的 constant_nameandtype_info 與之對應的， 只有引用了一個方法， 才有相應的constant_nameandtype_info 與之對應。 這也是為什么說constant_nameandtype_info 是方法的符號引用的一部分的原因。 （這里提到一個新的概念， 叫做方法的符號引用， 這個概念會在后面的博客中進行講解） 可以看到， 在源碼存在兩個方法， 分別是編譯器默認添加的構造方法和我們自己定義的getage方法， 因為并沒有在源碼中顯示的調(diào)用這兩個方法，所以在常量池中并不存在和這兩個方法相對應的constant_nameandtype_info 。 之所以會存在父類object的構造方法對應的constant_nameandtype_info ， 是因為子類構造方法中會默認調(diào)用父類的無參數(shù)構造方法。 我們將常量中的其他信息去掉， 可以看得更直觀：
下面講解常量池第#19項的constant_nameandtype_info ， 它引用了常量池第#5項和第#6項， 這兩項也是constant_utf8_info 項， 其中存儲的字符串分別是age和i， 其中age是源碼中字段age的字段名， i是age字段的描述符。 所以這個constant_nameandtype_info 就表示對本類中的字段age的引用。 除去常量池中的其他信息， 可以看得更直觀：
和方法相同， 只定義一個字段而不引用它（在源碼中表現(xiàn)為不訪問這個變量）， 那么在常量池中也不會存在和該字段相對應的constant_nameandtype_info 項。這也是為什么說constant_nameandtype_info作為字段符號引用的一部分的原因。 （這里提到一個新的概念， 叫做字段的符號引用， 這個概念會在后面的博客中進行講解） 在本例中之所以會出現(xiàn)這個constant_nameandtype_info ， 是因為在源碼的getage方法中訪問了這個字段：
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int getage(){ return age; } |
下面給出這兩個constant_nameandtype_info真實的內(nèi)存布局圖：
和object構造方法相關的constant_nameandtype_info的示意圖：
和age字段相關的constant_nameandtype_info示意圖：
這兩張圖能夠很好的反映出constant_nameandtype_info和constant_utf8_info 這兩種常量池數(shù)據(jù)項的數(shù)據(jù)存儲方式， 也能夠真實的反應constant_nameandtype_info和constant_utf8_info 的引用關系。
總結
在本文中我們主要介紹了常量池中的兩種數(shù)據(jù)項： constant_nameandtype_info 和 constant_utf8_info 。 其中constant_utf8_info存儲的是源文件中的各種字符串， 而constant_nameandtype_info表述的是源文件中對一個字段或方法的符號引用的一部分（即 方法名加方法描述符， 或者是 字段名加字段描述符）。
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