android文件格式

classes.dex

dex文件结构

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无符号LEB128实现如下：

DEX文件由多个结构体组合而成。如下图，要给DEX由7个部分组成：dex header为Dex文件头，它指定了DEX文件的一些属性并记录了其他数据结构在DEX文件中的物理偏移。string_ids到class_def部分可以理解为“索引结构区”；真实的数据放在data数据区中；link_data为静态链接数据区。

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Dex由DexFile结构体表示，定义如下：

DexOptHeader是ODEX头，DexHeader是DEX文件头部信息。

magic字段表示DEX文件，固定值为”“64 65 78 0a 30 33 35 00″即”“dex.035”。
chesum是校验和，用来判断dex是否被篡改。
signature用于识别未经dexopt优化的dex文件。
filesize字段记录包括Dexheader在内的整个DEX文件大小。
headerSize字段记录DexHeader结构体占用的字节数，值为0x70。
endiantag指定DEX运行的CPU字节序，预设值是ENDIAN_CONSTANT,等于0x12345678。
linkSize和linkoff字段分别指定链接段大小，文件偏移。
mapOff指定DexMapList结构的文件偏移。
后面几个为一些数据的大小和偏移。

DexHeader结构下面的数据是索引结构区和数据区。各数据结构和偏移地址由DexHeader结构stringIdsOff~classDefOff指定。并非真正的类数据，而是指向DEX文件的data数据区的偏移量或数据结构索引。

Dalvik虚拟机解析DEX文件内容，最终映射成DexMapList数据结构。DexHeader结构的mapOff字段指明DexMapList结构在DEX文件中的偏移。

struct DexMapList{
    u4 size;            /*DexMapItem结构个数*/
    DexMapItem list[1]; /*DexMapItem结构*/
}

size表示接下来有多少个DexMapItem结构。此结构如下:

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type字段是一个枚举常量。

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size为指定类型个数，offset为偏移。就是从offset开始，有size个type。

比如这里类型是kDexTypeHeaderItem就代表整个DexHeader头，占据了0x70空间，从0开始。

紧接着的是字符串类型，就是KDEXTypeStringIdItem对应于DexHeader的stringIdsSize与stringIdsOff字段。表示从0x70开始连续0x10个DexStringId对象。

这里的字符串是MUTF-8编码表示。经过修改的UTF-8，有以下区别：

MUTF-8使用1~3字节编码长度。

对于大于16位的Unicode编码U+0x10000~U+0x10fffff,使用3字节来编码。

对于U+0x0000,采用2字节编码。

才有类似C语言中的空字符null作为结尾。

3. 接下来是KDexTypeTypeIdItem,对应于DexHeader中的typeIdsSize与typeIdsOff字段，指向的结构体为DexTypeId。声明如下：

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descriptorIdx指向DexString列表索引，所对应的字符串代表了具体类的类型。

然后是kDexTypeProtoIdItem，对应于DexHeader中的protoIdsSize和protoIdsOff字段。指向结构体为DexProtoID，指向结构体是：

DexProtoId是一个方法声明结构体，shortyIdx为方法声明字符串，ReturnTypeIdx为方法返回类型字符串。parametersOff指向一个DexTypeList结构体，存放了方法参数列表。

DexTypeList结构体如下：
接下来KDexTypeFieldIdItem。对应DexHeader中fieldIdsSize与fieldIdsOff字段，指向结构体如下：

DexFieldId结构体中的数据全部都是索引值，指明字段所在的类

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6. 接下来是KDexTypeMethodIdItem,它对应于DexHeader中MethodIdsSize与methodIdsOff,指向DexFieldId，如下：

DexMethodId结构中数据也是索引，指明了方法所在的类，方法声明，方法名。

7. 接下来kDexTypeClassDefItem,对应DexHeader的classDefsSize与classDefsOff字段，指向的结构体为DexClassDef，如下：

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DexClassDef。classIdx是一个索引值，表示类的类型。accessFlags字段是类的访问标志，是一个以ACC_开头的枚举值。superclassIdx字段是父类类型索引值，如果类中有含有接口声明或实现，interfacesOff会指向一个DexTypeList结构，否则这里是0.sourceFileIdx字段是字符串索引值，表示所在类源文件的名称。annotationsOff字段指向注释目录结构，根据类型不同，有注释类，注释方法，注释字段，注解参数，如果类中没有注释，字段值为0.classDataOff字段指向DexClassData结构，是类的数据部分。staticValueOff字段指向DexEncodedArray结构，记录类的静态数据。

DexClassData结构如下：

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DexClassDataHeader结构记录了当前类中字段和方法数目，如下：

DexClassDataHeader就够和DexClassData都是在DexClass.h声明。

DexField结构描述了字段的类型与访问标志，如下：

fieldIdx字段为指向DexFieldId的索引，AccessFlags与DexClassDef中相应的字段类型相同。

DexMethod描述方法的原型，名称访问标志，及代码数据块。

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methodIdx字段指向DexMethodId的索引，accessFlags字段为访问标志，codeOff字段指向一个DexCode结构体，描述方法详细信息及方法中指令内容，如下：

registersize指定方法寄存器个数。insSize字段指定方法的参数个数。

insSize字段指定了方法的参数个数，对应smali的.paramter指令。outsSize字段指定了方法在调用外部方法是使用的寄存器个数。

insnsSize字段为代码部分。

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DEX文件验证优化过程

因为同一台虚拟机验证失败会导致部分资源（如加载的Native动态库）难以从内存中释放，Android提供一个专门验证与优化DEX文件的工具dexopt，源码位于dalvik/dexopt目录下,Dalvik虚拟机加载DEX文件时，指定验证优化选项来调用dexopt进行验证与优化。

dexpot的主程序代码为OptMain.cpp,其中处理apk/jar/zip中的classes.dex文件函数是extratAndProcessZip（）。通过dexZipFindEntry()检查是否有classes.dex。dexZipGetEntryInfo()读时间戳和CRC校验值。->dexZipExtractEntryToFile()函数释放class.dex缓存文件。解析过来的优化选项。调用dvmPrepForDexOpt（）函数，启动虚拟机。初始化完成，调用dvmContinueOptimization(),开始真正验证优化。

AndroidManifest.xml

AXML文件格式

AXML文件由文件头ResFileHeader，字符串池ResStringPool，资源ID块ResIDs,XML数据内容块ReXMLTree组成。

ResFileheader表示文件头部，用ResChunk_header表示，除了在文件开头表示文件头，还用于表示其他chunk头部信息。

structuralResChunk_header
{
    uint16_t type;
    uint16_t headerSize;
    uint32_t size;
}

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type为chunk所属结构体类型。

文件头8字节，filesize包含当前头结构体8字节。

文件头之后字符串池ResStringPool,包含AXML使用的字符串。由字符串头，字符串列表，样式列表。

接着是资源ID块ResIDs，存放AndroidManifest.xml使用系统属性值所对应的资源ID。

最好是ResXMLTree，表示Xml文件具体内容。

resources.arsc

这是一个包含不同语言环境中res目录下所有资源的类型，名称，ID所对应的信息，格式为ARSC。

结构从整体看，由ResTableHeader,资源项值字符串池ResStringPool,Package数据内容块ResTablePackage三部分组成。

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META-INF目录

储存一些与APK签名有关的信息。

CERT.RSA存放apk开发者证书与签名信息。

MANIFEST.MF是签名的清单文件。

ODEX

为了提高DEX文件执行效率，将DEX文件生成ODEX。

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比起DEX增加了：

DexOptHeader：ODEX文件头，描述ODEX基本信息。

Dependences：依赖库列表。

classLookups：优化数据块的类索引列表信息。

RegisterMaps：优化数据块寄存器图信息。用于帮助Dalvik虚拟机进行精确垃圾回收。

OAT

ART使用AOT（ahead-of-Time）编译技术，将apk在第一次安装时候，使用dex2oat将dex的dalvik编译成native机器码。为了提高安装速率又引入了JIT编译。

OAT文件格式

androi在ELF基础上，增加了属于Android应用程序二进制接口。

一个oat文件必须包含oatdata,oatexec,oatlastword三个符号。oatdata符号指向的地址是OAT所在elf的.rodata段，存访OAT文件头OATHeader，OAT的DEX文件头OATDexFile，原始的EDX文件DexFile，OAT的DEX类OatClass等信息。

oatexec符号指向text段，存放编译产生的Native指令代码。

oatlastword符号指向OAT文件结束出在elf文件中的偏移。确定OAT文件在哪结束。

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OATHeader被定义成了C++类。

原文链接：https://blog.csdn.net/youyou519/article/details/108209521