ASM：（3）ClassFile
原文：https://lsieun.github.io/java-asm-01/asm-vs-classfile.html
ASM与ClassFile
我们都知道，在.class文件中，存储的是ByteCode数据。但是，这些ByteCode数据并不是杂乱无章的，而是遵循一定的数据结构。
这个.class文件遵循的数据结构就是由Java Virtual Machine Specification中定义的 The class File Format，如下所示。
ClassFile {
u4 magic;
u2 minor_version;
u2 major_version;
u2 constant_pool_count;
cp_info constant_pool[constant_pool_count-1];
u2 access_flags;
u2 this_class;
u2 super_class;
u2 interfaces_count;
u2 interfaces[interfaces_count];
u2 fields_count;
field_info fields[fields_count];
u2 methods_count;
method_info methods[methods_count];
u2 attributes_count;
attribute_info attributes[attributes_count];
}
字节码类库
ASM是操作字节码的类库，但并不是唯一的，还有许多其它的操作字节码的类库。
在下面列举了几个比较常见的字节码类库（按时间先后顺序）：
- Apache Commons BCEL：其中BCEL为Byte Code Engineering Library首字母的缩写。
- Javassist：Javassist表示Java programming assistant
- ObjectWeb ASM：本课程的研究对象。
- Byte Buddy：在ASM基础上实现的一个类库
那么，字节码的类库和ClassFile之间是什么样的关系呢？我们可以用下图来表示：
对于上图，我们用三句来描述它们的关系：
- 中间层－多个
.class文件，虽然每个类里面的内容各不相同，但它们里面的内容都称为字节码（ByteCode）。 - 中下层－不论这些
.class文件内容有怎样大的差异，它们都共同遵守同一个数据结构，即ClassFile。 - 中上层－为了方便于人们对于字节码（ByteCode）内容的操作，逐渐衍生出了各种操作字节码的类库。
- 上下层－不考虑中间层，我们可以说，不同的字节码类库是在同一个ClassFile结构上发展起来的。
既然有多个可以选择的字节码类库，那么我们为什么要选择ASM呢？这就得看ASM自身所具有的特点，或者说与众不同的地方。
ASM的特点
- 问题：与其它的操作Java字节码的类库相比，ASM有哪些与众不同的地方呢？
- 回答：在实现相同的功能前提下，使用ASM，运行速度更快（运行时间短，属于“时间维度”），占用的内存空间更小（内存空间，属于“空间维度”）。
ASM与ClassFile的关系
为了大家更直观的理解ASM与ClassFile之间关系，我们用下图来表示。其中，Java ClassFile相当于“树根”部分，ObjectWeb ASM相当于“树干”部分，而ASM的各种应用场景属于“树枝”或“树叶”部分。
学习ASM有三个不同的层次：
- 第一个层次，ASM的应用层面。也就是说，ASM能够做什么？对于一个
.class文件来说，我们可以使用ASM进行analysis、generation和transformation操作。 - 第二个层次，ASM的源码层面。也就是，ASM的两个组成部分，它为分Core API和Tree API的内容。
- 第三个层次，Java ClassFile层面。从JVM规范的角度，来理解
.class文件的结构，来理解ASM中方法和参数的含义。
ClassFile快速参考
对于一个具体的.class而言，它是遵循ClassFile结构的。这个数据结构位于Java Virtual Machine Specification的 The class File Format部分。
ClassFile {
u4 magic;
u2 minor_version;
u2 major_version;
u2 constant_pool_count;
cp_info constant_pool[constant_pool_count-1];
u2 access_flags;
u2 this_class;
u2 super_class;
u2 interfaces_count;
u2 interfaces[interfaces_count];
u2 fields_count;
field_info fields[fields_count];
u2 methods_count;
method_info methods[methods_count];
u2 attributes_count;
attribute_info attributes[attributes_count];
}
其中，
u1: 表示占用1个字节u2: 表示占用2个字节u4: 表示占用4个字节u8: 表示占用8个字节
而cp_info、field_info、method_info和attribute_info表示较为复杂的结构，但它们也是由u1、u2、u4和u8组成的。
相应的，在.class文件当中，定义的字段，要遵循field_info的结构。
field_info {
u2 access_flags;
u2 name_index;
u2 descriptor_index;
u2 attributes_count;
attribute_info attributes[attributes_count];
}
同样的，在.class文件当中，定义的方法，要遵循method_info的结构。
method_info {
u2 access_flags;
u2 name_index;
u2 descriptor_index;
u2 attributes_count;
attribute_info attributes[attributes_count];
}
在method_info结构中，方法当中方法体的代码，是存在于Code属性结构中，其结构如下：
Code_attribute {
u2 attribute_name_index;
u4 attribute_length;
u2 max_stack;
u2 max_locals;
u4 code_length;
u1 code[code_length];
u2 exception_table_length;
{ u2 start_pc;
u2 end_pc;
u2 handler_pc;
u2 catch_type;
} exception_table[exception_table_length];
u2 attributes_count;
attribute_info attributes[attributes_count];
}