Java基础- 浅谈javac和javap

javac

javac 是 Java 编程语言的编译器，它是 Java Development Kit (JDK) 的一部分。javac 命令用于将 Java 源代码文件（扩展名为 .java）编译成 Java 字节码文件（扩展名为 .class），这些字节码文件随后可以由 Java 虚拟机 (JVM) 执行。以下是对 javac 指令的详细介绍：

基本用法

• 命令格式：javac [options] [sourcefiles] [classes] [args]
• 示例：要编译名为 MyProgram.java 的源文件，使用以下命令：

  javac MyProgram.java
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常用选项

• -d 目录：指定编译器输出 .class 文件的目标目录。如果目录不存在，javac 将尝试创建它。
• -classpath 或 -cp 路径：设置查找类文件和注释处理器的路径。
• -sourcepath 路径：指定查找输入源文件的位置。
• -target 版本：指定生成特定版本的 Java VM 的类文件。例如，如果想生成与 Java 8 兼容的类文件，可以使用 -target 1.8。
• -source 版本：提供与 -target 选项相对应的源代码的版本支持。
• -g：生成所有调试信息，包括局部变量的信息。
• -Xlint：提供对源代码的更全面检查，报告更多警告和潜在的问题。
• -encoding 编码：指定源文件使用的字符编码，例如 UTF-8。

高级选项

• -bootclasspath 路径：覆盖引导类文件的位置。这在与非标准的 Java 运行时环境 (JRE) 一起使用时特别有用。
• -processor：指定要使用的注释处理器的名称。
• -J 选项：直接将选项传递给 JVM。

错误处理

• 当源代码中有语法或语义错误时，javac 会报告这些错误，并在可能的情况下给出修改建议。
• 编译错误必须修正才能成功编译程序。

版本

• javac 的行为和可用选项可能会根据 JDK 的版本略有不同。建议查看使用的 JDK 版本的官方文档了解具体细节。

使用场景

• javac 通常在命令行环境中使用，但也可以在集成开发环境 (IDE) 如 Eclipse 或 IntelliJ IDEA 中间接使用。

了解 javac 的这些方面对于 Java 开发者来说是很重要的，因为它是 Java 开发过程中的基本工具之一。通过有效地使用 javac，开发者可以确保他们的 Java 程序被正确编译，且在目标 Java 虚拟机上运行无误。

javap

javap 是 Java Development Kit (JDK) 中的一个命令行工具，它被用作 Java 类文件的反汇编程序。这意味着可以使用 javap 来查看编译后的 Java 字节码，或者更具体地说，查看 .class 文件中的信息。这对于理解 Java 字节码、调试、以及学习 Java 编译器如何工作非常有帮助。

基本用法

• 命令格式：javap [options] [classes]
• 示例：要反汇编名为 MyClass.class 的类文件，使用以下命令：

  javap MyClass
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  注意，不需要指定 .class 扩展名。

常用选项

• -c：显示方法的字节码。这是最常用的选项，因为它允许我们看到 Java 源代码是如何被编译成字节码的。
• -p 或 -private：显示所有类和成员，包括私有的。
• -v 或 -verbose：提供关于类文件结构的详细信息，包括常量池。
• -s：显示内部类型签名。
• -l：输出行号和本地变量表。

高级选项

• -classpath 或 -cp 路径：设置查找类文件的路径。
• -bootclasspath 路径：覆盖引导类文件的位置。
• -b：反汇编备用（备份）类文件。
• -sysinfo：显示系统信息（包括 Java 环境属性）。

输出解析

• javap 输出的内容包括类的声明、继承的父类、实现的接口、构造函数、方法、字段等。
• 如果使用 -c 选项，我们将看到每个方法的字节码，这对于理解 Java 字节码非常有帮助。

使用场景

• 调试：javap 可以帮助理解为什么编译的 Java 代码在运行时表现异常。
• 学习：通过查看 Java 字节码，了解 Java 编译器是如何将高级语言转换为机器码的。
• 优化：检查编译器优化结果或理解性能问题。

注意事项

• javap 仅提供对字节码的静态分析。它不能告诉我们程序的运行时行为。
• 对于使用高级功能（如泛型）的代码，反汇编的结果可能不易于理解，因为这些结构在字节码中有不同的表示。

了解 javap 对于希望深入理解 Java 字节码的开发者和研究者来说是非常重要的。通过 javap，我们可以更好地理解 Java 程序的底层工作原理。

在 Java 字节码中，方法描述符 descriptor: ([Ljava/lang/String;)V 是用来描述方法签名的一部分。这个描述符具体来说包含两个部分：参数类型和返回类型。

1. 参数类型：([Ljava/lang/String;)

   • [ 表示数组。
   • Ljava/lang/String; 表示 String 类型，其中 L 表示引用类型，java/lang/String 是 String 类的内部名称，用斜杠 / 而不是点 . 分隔包名和类名。

2. 返回类型：V

   • V 表示 void 类型。在 Java 字节码中，void 类型用 V 来表示。

因此，([Ljava/lang/String;)V 描述的是一个方法，它接受一个 String 类型数组作为参数（这是 main 方法的标准形式），并且没有返回值（void）。在 Java 源代码中，这对应于如下签名：

public static void main(String[] args)
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理解 Java 字节码的方法描述符对于深入理解 Java 虚拟机（JVM）和 Java 字节码的工作原理是很重要的。这种低级表示形式揭示了 Java 源代码是如何被转换为字节码，进而在 JVM 上执行的。

Java字节码

将下面这段Java代码编译为class字节码文件，然后反汇编class文件，观察生成的字节码。

public class Demo1_22 {
    public static void main(String[] args) {
        String s1 = "a";
        String s2 = "b";
        String s3 = "ab";
    }
}
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将.java编译为.class，然后反汇编.class文件

javac .\Demo1_22.java
javap -v .\Demo1_22.class
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反汇编出的内容如下：

Classfile /D:/ideaProject/JVM_Detect/src/per/mjn/Demo1_22.class
  Last modified 2023年11月18日; size 312 bytes
  MD5 checksum 3ae0972c52c7e5643f0a0ba3dccd4758
  Compiled from "Demo1_22.java"
public class per.mjn.Demo1_22
  minor version: 0
  major version: 55
  flags: (0x0021) ACC_PUBLIC, ACC_SUPER
  this_class: #5                          // per/mjn/Demo1_22
  super_class: #6                         // java/lang/Object
  interfaces: 0, fields: 0, methods: 2, attributes: 1
Constant pool:
   #1 = Methodref          #6.#15         // java/lang/Object."":()V
   #2 = String             #16            // a
   #3 = String             #17            // b
   #4 = String             #18            // ab
   #5 = Class              #19            // per/mjn/Demo1_22
   #6 = Class              #20            // java/lang/Object
   #7 = Utf8               <init>
   #8 = Utf8               ()V
   #9 = Utf8               Code
  #10 = Utf8               LineNumberTable
  #11 = Utf8               main
  #12 = Utf8               ([Ljava/lang/String;)V
  #13 = Utf8               SourceFile
  #14 = Utf8               Demo1_22.java
  #15 = NameAndType        #7:#8          // "":()V
  #16 = Utf8               a
  #17 = Utf8               b
  #18 = Utf8               ab
  #19 = Utf8               per/mjn/Demo1_22
  #20 = Utf8               java/lang/Object
{
  public per.mjn.Demo1_22();
    descriptor: ()V
    flags: (0x0001) ACC_PUBLIC
    Code:
      stack=1, locals=1, args_size=1
         0: aload_0
         1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."":()V
         4: return
      LineNumberTable:
        line 3: 0

  public static void main(java.lang.String[]);
    descriptor: ([Ljava/lang/String;)V
    flags: (0x0009) ACC_PUBLIC, ACC_STATIC
    Code:
      stack=1, locals=4, args_size=1
         0: ldc           #2                  // String a
         2: astore_1
         3: ldc           #3                  // String b
         5: astore_2
         6: ldc           #4                  // String ab
         8: astore_3
         9: return
      LineNumberTable:
        line 5: 0
        line 6: 3
        line 7: 6
        line 8: 9
}
SourceFile: "Demo1_22.java"
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以上代码显示了 per.mjn.Demo1_22 类的详细结构。它包括类的定义、常量池、两个方法（构造函数和 main 方法）以及源文件信息。下面，我们来逐部分进行解释。

类定义

• 文件信息：

  • Classfile /D:/ideaProject/JVM_Detect/src/per/mjn/Demo1_22.class：类文件的路径。
  • Last modified 2023年11月18日; size 312 bytes：最后修改时间和文件大小。
  • MD5 checksum：文件的 MD5 校验和。
  • Compiled from "Demo1_22.java"：源文件名称。

• 类信息：

  • public class per.mjn.Demo1_22：公共类 per.mjn.Demo1_22。
  • minor version: 0, major version: 55：类文件格式的版本号，这里是 Java 11（major version 55）。
  • flags: (0x0021) ACC_PUBLIC, ACC_SUPER：类的访问标志，表示这是一个公共类，并使用 super 关键字。
  • this_class: #5, super_class: #6：类自身和父类的引用。
  • interfaces: 0, fields: 0, methods: 2, attributes: 1：类实现的接口数量、字段数量、方法数量和属性数量。

常量池

• 列出了类文件中所有的常量引用，包括类名、方法名、字段名、字符串常量等。
• 例如，#1 = Methodref #6.#15 指向 Object 类的构造函数，#2 = String #16 是字符串 “a” 的引用。

方法

1. 构造函数 per.mjn.Demo1_22()：

   • public：公共访问级别。
   • descriptor: ()V：无参数，返回 void。
   • 字节码指令：调用父类 Object 的构造函数，然后返回。

2. main 方法 public static void main(java.lang.String[])：

   • public static：公共静态方法。
   • descriptor: ([Ljava/lang/String;)V：接受一个字符串数组参数，返回 void。
   • 字节码指令：创建三个字符串 “a”、“b” 和 “ab”，分别存储在局部变量中，然后返回。

行号表

• 显示源代码行号与字节码指令之间的对应关系。

源文件信息

• SourceFile: "Demo1_22.java"：指明源文件名。

这个字节码文件提供了 Demo1_22 类的结构和行为的低级视图。它有助于理解 Java 编译器是如何将源代码转换为字节码的，以及这些字节码是如何在 Java 虚拟机上执行的。这对于深入理解 Java 和 JVM 的工作原理是非常有价值的。

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补充

在 Java 字节码中，方法描述符 descriptor: ([Ljava/lang/String;)V 是用来描述方法签名的一部分。这个描述符具体来说包含两个部分：参数类型和返回类型。

1. 参数类型：([Ljava/lang/String;)

   • [ 表示数组。
   • Ljava/lang/String; 表示 String 类型，其中 L 表示引用类型，java/lang/String 是 String 类的内部名称，用斜杠 / 而不是点 . 分隔包名和类名。

2. 返回类型：V

   • V 表示 void 类型。在 Java 字节码中，void 类型用 V 来表示。

因此，([Ljava/lang/String;)V 描述的是一个方法，它接受一个 String 类型数组作为参数（这是 main 方法的标准形式），并且没有返回值（void）。在 Java 源代码中，这对应于如下签名：

public static void main(String[] args)
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理解 Java 字节码的方法描述符对于深入理解 Java 虚拟机（JVM）和 Java 字节码的工作原理是很重要的。这种低级表示形式揭示了 Java 源代码是如何被转换为字节码，进而在 JVM 上执行的。