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自己动手写JVM六【解析class文件（四）】

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本章节继续学习ClassFile中各项所代表的含义。

常量池

常量池占据了class文件很大一部分数据，里面存储着各式各样的常量信息，包括数字和字符串常量、类和接口名，字段和方法等等，下面我们就来详细了解常量池和各种常量。

ConstantPool结构体

constant_pool.go文件中定义了ConstantPool类型，常量池实际上也是一个表，所以ConstantPool被定义成ConstantInfo的数组。所以，要理解常量池，得先去看ConstantInfo是什么，然后再回过来，此处未完待续，接着往下看。

ConstantInfo

由于常量池中存放的信息各不相同，所以每种常量的格式不同。常量数据的第一个字节时tag，用来区分常量的类型，下面是Java虚拟机规范给出的常量结构：

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cp_info {
    u1 tag;
    u1 info[];
}

Java虚拟机一共定义了14中常量，虽然篇幅比较长，但为了看的更清楚，还是列举下吧：

类型 标志 描述
CONSTANT_Utf8_info 1 UTF-8编码的字符串
CONSTANT_Integer_info 3 整形字面量
CONSTANT_Float_info 4 浮点型字面量
CONSTANT_Long_info 5 长整型字面量
CONSTANT_Double_info 6 双精度浮点型字面量
CONSTANT_Class_info 7 类或接口的符号引用
CONSTANT_String_info 8 字符串类型字面量
CONSTANT_Fieldref_info 9 字段的符号引用
CONSTANT_Methodref_info 10 类中方法的符号引用
CONSTANT_InterfaceMethodref_info 11 接口中方法的符号引用
CONSTANT_NameAndType_info 12 字段或方法的符号引用
CONSTANT_MethodHandle_info 15 表示方法句柄
CONSTANT_MothodType_info 16 标志方法类型
CONSTANT_InvokeDynamic_info 18 表示一个动态方法调用点

ConstantInfo被定义成一个接口，位于constant_info.go文件中，至于为什么ConstantInfo是个接口，看看上面这14种类型就明白了。下面在constant_info.go文件中定义对应tag的常量值，顺便把ConstantInfo接口也贴出来：

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const (
	CONSTANT_Utf8               = 1
	CONSTANT_Integer            = 3
	CONSTANT_Float              = 4
	CONSTANT_Long               = 5
	CONSTANT_Double             = 6
	CONSTANT_Class              = 7
	CONSTANT_String             = 8
	CONSTANT_Fieldref           = 9
	CONSTANT_Methodref          = 10
	CONSTANT_InterfaceMethodref = 11
	CONSTANT_NameAndType        = 12
	CONSTANT_MethodHandle       = 15
	CONSTANT_MethodType         = 16
	CONSTANT_InvokeDynamic      = 18
)
type ConstantInfo interface {
	// 读取常量信息，由具体的常量结构体实现
	readInfo(reader *ClassReader)
}

继续编辑constant_info.go，添加读取常量信息入口：

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func readConstantInfo(reader *ClassReader, cp ConstantPool)  {
}

由于读取常量信息由具体的常量结构体实现，目前还没有任何实现，所以没办法继续下去了，下面要做的就是去理解并实现14种常量结构。

CONSTANT_Integer_info

CONSTANT_Integer_info使用4个字节存储整数常量，tag占一个字节，一共5个字节。其结构定义如下：

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CONSTANT_Integer_info {
    u1 tag;
    u4 bytes;
}

CONSTANT_Integer_info和后面将要介绍的三种数字常量无论结构还是实现都非常相似，所以把它们都定义在cp_numeric.go文件中，ConstantIntegerInfo相关代码如下：

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// 读取CONSTANT_Integer_info
func (self *ConstantIntegerInfo) readInfo(reader *ClassReader) {
	// 读取4个字节
	bytes := reader.readUint32()
	// 将bytes转为int32
	self.val = int32(bytes)
}
// 获取int32常量值
func (self *ConstantIntegerInfo) Value() int32 {
	return self.val
}

CONSTANT_Integer_info正好可以容纳一个Java的int型常量，但实际上比int更小的boolean、byte、short和char类型的常量也放在CONSTANT_Integer_info。ClassFile.class的int常量class文件如下：
jvmgo_13
由上图可以看出，tag为0x03，表示CONSTANT_Integer_info。bytes为0x075BCD15，转换成十进制正好是123456789。

CONSTANT_Float_info

CONSTANT_Float_info使用4字节存储IEEE754单精度浮点数常量，tag占一个字节，一共5个字节。其结构和ConstantIntegerInfo非常类似，这里就不给出代码了，在cp_numeric.go文件中可以查看。

CONSTANT_Long_info

CONSTANT_Long_info使用8个字节存储整数常量，tag占一个字节，一共9个字节。其结构和ConstantIntegerInfo非常类似，这里就不给出代码了，在cp_numeric.go文件中可以查看。

CONSTANT_Double_info

CONSTANT_Double_info使用8个字节存储IEEE754双精度浮点数，tag占一个字节，一共9个字节。其结构和ConstantIntegerInfo非常类似，这里就不给出代码了，在cp_numeric.go文件中可以查看。

CONSTANT_Utf8_info

CONSTANT_Utf8_info常量里放的是MUTF-8编码的字符串，结构如下：

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CONSTANT_Utf8_info {
    u1 tag;
    u2 length;
    u1 bytes[length];
}

要注意的是，字符串在class文件中是以MUTF-8(Modified UTF-8)方式编码的，与正常的UTF-8是有点区别的，具体这里就不讨论了。ConstantUtf8Info位于cp_utf8.go中：

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type ConstantUtf8Info struct {
	str string
}
// 读取CONSTANT_Utf8_info
func (self *ConstantUtf8Info) readInfo(reader *ClassReader) {
	// 读取length(2个字节)，并转换成uint32
	length := uint32(reader.readUint16())
	// 读取指定长度的字节
	bytes := reader.readBytes(length)
	// 将字节转换成MUTF-8
	self.str = decodeMUTF8(bytes)
}
// 获取string常量值
func (self *ConstantUtf8Info) Str() string {
	return self.str
}

上面代码中decodeMUTF8方法篇幅比较长，是书的作者参照java.io.DataInputStream.readUTF(DataInput)方法写的，这里就不贴出来了，文件中有。像字段名、字段描述符等就是以字符串的形式存储在class文件中的，比如字段PI对应的class文件如下图所示：
jvmgo_14
上图可以看出，tag为0x01，表示CONSTANT_Utf8_info。length为0x0002，表示bytes的长度为2，所以bytes的值为接下来的后2个字节0x5049，对应的ASCII码正是PI。

下节继续。。。