http://blog.csdn.net/tyrone1979/article/details/964560
1．目的
大型软件系统开发时，某些Java组件可能涉及到多种数据库或中间件系统的连接和应用，例如一个数据传递组件需要从DB2中读取数据，并将数据通过中间件WebSphere MQ发送到其他系统，这类组件功能单一，但却需要连接多种第三方产品，使得程序员的单元测试变的非常不便，程序员不得不注视或修改部分源代码，或者在本地安装所需第三方产品。无疑这两种选择都是痛苦的。
基于以上的不便，本文开发了解析Java Class文件程序，目的是将第三方产品API的Class文件转换为Java源文件（不包括Java类的方法实现），在源文件的各种程序所需的方法里实现一些简单的语句，例如数据库连接方法永远返回true，获得数据方法永远返回”Hello world”等，用JDK重新编译转换后的Java源文件，来替换真正的API文件，这样程序员在UT测试时，无需修改源代码，也无需安装任何产品，并且能通过修改替换的API Java源文件实施各种UT测试。
为了实现以上需求，必须先要了解Java Class文件格式。Java虚拟机识别的class文件格式包含Java虚拟机指令（或者bytecodes）和一个符号表以及其他的辅助信息。本文将使用VC++语言解析Java Class文件符号表，逆向生成Java源代码结构。如图1：
图1
之所以使用VC++而不使用Java的主要是因为VC++界面开发简单；运行速度快，不需要虚拟机；需要用指针建立复杂的数据结构。
2．实现
实现该工具的过程如下：
1．解析Class文件，从Class文件中读取数据并保存到称为ClassFile结构体中；
2．解析ClassFile结构体，生成源代码字符串；
3．将字符串显示到视图中。
2.1解析Class文件
为实现第1步，首先需要了解Class文件格式规范，参考《Java虚拟机规范》第四章class文件格式，总结class文件的数据结构如图2。
2.1.1Class文件格式
Class文件格式ClassFile结构体的C语言描述如下：
structClassFile
{
u4 magic;//识别Class文件格式，具体值为0xCAFEBABE，
u2 minor_version;// Class文件格式副版本号，
u2 major_version;// Class文件格式主版本号，
u2 constant_pool_count;//常数表项个数，
cp_info **constant_pool;//常数表，又称变长符号表，
u2 access_flags;//Class的声明中使用的修饰符掩码，
u2 this_class;//常数表索引，索引内保存类名或接口名，
u2 super_class;//常数表索引，索引内保存父类名，
u2 interfaces_count;//超接口个数，
u2 *interfaces;//常数表索引，各超接口名称，
u2 fields_count;//类的域个数，
field_info **fields;//域数据，包括属性名称索引，
//域修饰符掩码等，
u2 methods_count;//方法个数，
method_info **methods;//方法数据，包括方法名称索引，方法修饰符掩码等，
u2 attributes_count;//类附加属性个数，
attribute_info **attributes;//类附加属性数据，包括源文件名等。
};
其中u2为unsigned short，u4为unsigned long：
typedef unsigned charu1;
typedef unsigned shortu2;
typedef unsigned longu4;
cp_info **constant_pool是常量表的指针数组，指针数组个数为constant_pool_count，结构体cp_info为
structcp_info
{
u1 tag;//常数表数据类型
u1 *info;//常数表数据
};
常数表数据类型Tag定义如下：
#defineCONSTANT_Class7
#defineCONSTANT_Fieldref9
#defineCONSTANT_Methodref10
#defineCONSTANT_InterfaceMethodref11
#defineCONSTANT_String8
#defineCONSTANT_Integer3
#defineCONSTANT_Float4
#defineCONSTANT_Long5
#defineCONSTANT_Double6
#defineCONSTANT_NameAndType12
#defineCONSTANT_Utf81
每种类型对应一个结构体保存该类型数据，例如CONSTANT_Class的info指针指向的数据类型应为CONSTANT_Class_info
structCONSTANT_Class_info
{
u1 tag;
u2 name_index;
};
图2
CONSTANT_Utf8的info指针指向的数据类型应为CONSTANT_Utf8_info
structCONSTANT_Utf8_info
{
u1 tag;
u2 length;
u1 *bytes;
};
Tag和info的详细说明参考《Java虚拟机规范》第四章4.4节。
access_flags为类修饰符掩码，域与方法都有各自的修饰符掩码。
#defineACC_PUBLIC0x0001
#defineACC_PRIVATE0x0002
#defineACC_PROTECTED0x0004
#defineACC_STATIC0x0008
#defineACC_FINAL0x0010
#defineACC_SYNCHRONIZED0x0020
#defineACC_SUPER0x0020
#defineACC_VOLATILE0x0040
#defineACC_TRANSIENT0x0080
#defineACC_NATIVE0x0100
#defineACC_INTERFACE0x0200
#defineACC_ABSTRACT0x0400
#defineACC_STRICT0x0800
例如类的修饰符为public abstract则access_flags的值为ACC_PUBLIC | ACC_ABSTRACT=0x0401。
this_class的值是常数表的索引，索引的info内保存类或接口名。例如类名为com.sum.java.swing.SwingUtitlities2在info保存为com/sum/java/swing/SwingUtitlities2
super_class的值是常数表的索引，索引的info内保存超类名，在info内保存形式和类名相同。
interfaces是数组，数组个数为interfaces_count，数组内的元素为常数表的索引，索引的info内保存超接口名，在info内保存形式和类名相同。
field_info **fields是类域数据的指针数组，指针数组个数为fields_count，结构体field_info定义如下：
structfield_info
{
u2 access_flags;//域修饰符掩码
u2 name_index;//域名在常数表内的索引
u2 descriptor_index;//域的描述符，其值是常数表内的索引
u2 attributes_count;//域的属性个数
attribute_info **attributes;//域的属性数据，即域的值
};
例如一个域定义如下：
private final static byte UNSET=127;
则该域的修饰符掩码值为：ACC_PRIVATE | ACC_STATIC | ACC_FINAL=0x001A
常数表内name_index索引内保存数据为UNSET，常数表内descriptor_index索引内保存的数据为B（B表示byte,其他类型参考《Java虚拟机规范》第四章4.3.2节）。attributes_count的值为1，其中attributes是指针数组。指针数组个数为attributes_count，在此为1，attribute_info结构体如下：
structattribute_info
{
u2 attribute_name_index;//常数表内索引
u4 attribute_length;//属性长度
u1 *info;//根据属性类型不同而值不同
};
attribute_info可以转换(cast)为多种类型ConstantValue_attribute，Exceptions_attribute，LineNumberTable_attribute，LocalVariableTable_attribute，Code_attribute等。
因为域的属性只有一种：ConstantValue_attribute，因此此结构体转换为
structConstantValue_attribute
{
u2 attribute_name_index;//常数表内索引
u4 attribute_length;//属性长度值，永远为2
u2 constantvalue_index;//常数表内索引，保存域的值
//在此例中，常数表内保存的值为127
};
method_info **methods是方法数据的指针数组，指针数组个数为methods_count，结构体method_info定义如下：
structmethod_info
{
u2 access_flags;//方法修饰符掩码
u2 name_index;//方法名在常数表内的索引
u2 descriptor_index;//方法描述符，其值是常数表内的索引
u2 attributes_count;//方法的属性个数
attribute_info **attributes;//方法的属性数据，
//保存方法实现的Bytecode和异常处理
};
例如一个方法定义如下：
public static booleancanAccessSystemClipboard(){
…
}
则access_flags的值为ACC_PUBLIC | ACC_STATIC =0x0009，常数表内name_index索引内保存数据为canAccessSystemClipboard，常数表内descriptor_index索引内保存数据为()Z；(括号表示方法参数，Z表示返回值为布尔型，详细说明参照《Java虚拟机规范》第四章4.3.2节)。attribute_info **attributes是方法的属性指针数组，个数为attributes_count，数组内保存的是常数表索引，info为Code_attribute或Exceptions_attribute。
本文不解析方法内容，因此忽略Code_attribute和Exceptions_attribute的内容。
ClassFile结构体中的attribute_info **attributes是附加属性数组指针，个数为attributes_count，本文只识别SourceFile属性。
structSourceFile_attribute
{
u2 attribute_name_index;//常数表内索引
u4 attribute_length;//属性长度值，永远为2
u2 sourcefile_index;//常数表内索引，info保存源文件名
};
例如com.sum.java.swing.SwingUtitlities2类的源文件名为SwingUtitlities2.java。
以上是本文需要解析的Class文件格式。
2.1.2读取数据
定义CJavaClass类完成解析Class文件，生成Java源程序字符串。使用VC++的MFC类CFile从Class文件读取数据。例如：用16进制编辑器打开Class文件，如图3，前4个byte分别是CA FE BA BE，使用CFile::Read(tmp,sizeof(u4))读取后，tmp的值为0xBEBAFECA，所以需要位转换。定义以下方法从文件读取定长数据：
voidreadu1(u1 *buff);
voidreadu2(u2 *buff);
voidreadu4(u4 *buff);
定义如下方法读取变长数据。
voidreadun(void *buff,u4 len)；
读取的u2和u4的数据需要位转换：
U1[0]
U1 [1]
U1[1]
U1 [0]
U2：
U1[0]
U1 [1]
U1[3]
U4：
U1 [2]
U1[3]
U1 [2]
U1[0]
U1 [1]
调用voidreadu4(u4 *buff);后buff的值为0xCAFEBABE，该值为ClassFile的magic，识别该文件是Java Class文件。
图3
magic的后面是Class格式的版本号，图3的版本为0x00000030=0.48。版本后面是常数表的元素个数，图3的常数表的元素个数为0xD2=210个。常数表的元素个数之后如ClassFile结构体定义的常数表，类信息，接口信息，域信息，方法信息和附加属性等。
2.2生成Java源文件
解析Class文件后，生产ClassFile结构体。遍历该结构体数据，则可根据Java语言规范生成Java源文件。例如根据ClassFile的access_flags值获得Java类的修饰符，其中access是CArray<CString,CString&>，保存类所有的修饰符：
if((flag & ACC_PUBLIC )==ACC_PUBLIC)
{
access.Add(CString("public"));
}
if((flag & ACC_PRIVATE)==ACC_PRIVATE)
{
access.Add(CString("private"));
}
if((flag & ACC_PROTECTED)==ACC_PROTECTED)
{
access.Add(CString("protected"));
}
…
2.3显示视图
将获得的Java源代码显示在MFC的CScrollView视图非常简单，可以添加一些关键字颜色，例如注释显示为草绿色等，如图4。
图4
3．总结
本文根据《Java虚拟机规范》开发了解析Java Class文件格式，并生成Java源代码结构的工具。其优点是：
1．脱离Java虚拟机或Java开发环境；
2．可查阅没有Java源代码的Class文件的内容；
3．为一些复杂的Java Jar包生成相同类名的替代类，方便开发调试。例如，用返回固定字符串的java源文件更换需要网络链接的相同java类，有助于本地运行与调试。
缺点是：
1．由于没有反编译Bytecode，工具生成的部分Java源文件需要手动添加一些Java属性值；
2．Java源文件内的所需要使用的Java方法内容需要程序员手动实现。
我想，这就是旅行的真义吧。
