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Apache Commons BCELでclassファイルのバイトコードをvisitする

2020/11/01に公開
Kotlin
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jvm
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apachecommonsbc
tech

Apache Commons BCELでclassファイルをVisitorパターンで走査するコードを書きたかったのですが、意外とサンプルコードが見つからなかったので残しておきます。

サンプルコード

サンプルコードはKotlin 1.4で書きました。次の3つのファイルを紹介します。

  • build.gradle.kts
  • ExampleVisitor.kt
  • Main.kt

build.gralde.kts

GradleのdependenciesにApache Commons BCELを追加します。バージョン6.5.0を使いました。

dependencies {
    implementation("org.apache.bcel:bcel:6.5.0")
}

ExampleVisitor.kt

Visitorを作るには、 org.apache.bcel.classfile.Visitor インターフェイスを実装します。このインターフェイスを空のメソッドで実装した org.apache.bcel.classfile.EmptyVisitor クラスが用意されているので、このEmptyVisitorを継承するのが楽です。

import org.apache.bcel.classfile.*
import org.apache.bcel.generic.ConstantPoolGen
import org.apache.bcel.generic.InstructionList
import org.apache.bcel.generic.InvokeInstruction

class ExampleVisitor : EmptyVisitor() {

    override fun visitJavaClass(jc: JavaClass) {
        println("Class: ${jc.className}")
    }

    override fun visitField(field: Field) {
        println("Field: ${field.name} ${field.signature}")
    }

    override fun visitMethod(method: Method) {
        println("Method: ${method.name}${method.signature}")
    }

    override fun visitCode(code: Code) {
        println("Code:")
        // メソッドの中身を表すCodeより下の階層は、Visitorのメソッドとしては用意されていないようなので、InstructionListを使ってアクセスする。
        val instructions = InstructionList(code.code)
        // 名前を取得する処理ではConstantPoolGenオブジェクトが必要になる。
        val constantPoolGen = ConstantPoolGen(code.constantPool)
        instructions.forEach { instructionHandle ->
            when (val instruction = instructionHandle.instruction) {
                // instructionの型に応じて処理を分岐する。
                is InvokeInstruction -> {
                    // 例: メソッド呼び出しの場合
                    println("  ${instruction.name}: ${instruction.getReferenceType(constantPoolGen)}.${instruction.getMethodName(constantPoolGen)}${instruction.getSignature(constantPoolGen)}")
                }
                else -> {
                    // その他の場合
                    println("  ${instruction.name}")
                }
            }
        }
    }

    override fun visitInnerClasses(innerClasses: InnerClasses) {
        innerClasses.innerClasses.forEach { innerClass ->
            println("InnerClass: ${innerClass.toString(innerClasses.constantPool)}")
        }
    }
}

Main.kt

このVisitorを使って実際に階層を辿ってくれるのが、 org.apache.bcel.classfile.DescendingVisitor です。 org.apache.bcel.classfile.ClassParser を使ってパースしたJavaClassと、Visitorのインスタンスを与えてDescendingVisitorのインスタンスを作成し、visitメソッドで走査します。

import org.apache.bcel.classfile.ClassParser
import org.apache.bcel.classfile.DescendingVisitor

fun main() {
    val classParser = ClassParser("/path/to/build/classes/kotlin/main/target/TargetKt.class")
    val javaClass = classParser.parse()
    val descendingVisitor = DescendingVisitor(javaClass, ExampleVisitor())
    descendingVisitor.visit()
}

visit対象のファイル

例として、次のファイル Target.kt をビルドした結果のclassファイル TargetKt.class をvisitします。このサンプルコードは、JDBC URLをソースコードに書くことを推奨するものではありません。

package target

import org.jdbi.v3.core.Jdbi
import org.jdbi.v3.core.kotlin.mapTo
import java.time.LocalDate

fun main() {
    val jdbcUrl = "jdbc:postgresql://localhost:5432/dvdrental?user=postgres&password="
    val jdbi = Jdbi.create(jdbcUrl).installPlugins()

    jdbi.useHandle<Exception> { handle ->
        val sql = "SELECT * FROM customer"
        val result = handle.createQuery(sql)
                .mapTo<Result>()
                .list()
        println(result)
    }
}

data class Result(
    val customerId: Int,
    val storeId: Int,
    val firstName: String,
    val lastName: String,
    val createDate: LocalDate,
)

実行結果

実行結果は次のようになりました。Kotlinで定義しているmain関数は一つですが、TargetKtクラスにはシグネチャが異なる2つのメソッドがあることがわかります。

実行結果の最終行から、jdbi.useHandleの引数に指定しているラムダ式は、InnerClassとして別のクラスファイルにあることがわかります。同じファイルで定義していたdata classのResultも別のクラスファイルにあり、この実行結果には現れていません。

Class: target.TargetKt
Method: main()V
Code:
  ldc
  astore_0
  aload_0
  invokestatic: org.jdbi.v3.core.Jdbi.create(Ljava/lang/String;)Lorg/jdbi/v3/core/Jdbi;
  invokevirtual: org.jdbi.v3.core.Jdbi.installPlugins()Lorg/jdbi/v3/core/Jdbi;
  astore_1
  aload_1
  getstatic
  checkcast
  invokevirtual: org.jdbi.v3.core.Jdbi.useHandle(Lorg/jdbi/v3/core/HandleConsumer;)V
  return
Method: main([Ljava/lang/String;)V
Code:
  invokestatic: target.TargetKt.main()V
  return
InnerClass:   static final (anonymous)=class target.TargetKt$main$1

最後に

実装してから気づきましたが、classファイルのバイトコードに存在する階層構造は限られており、Visitorパターンを使うメリットはそれほどありません。ですが、何かの参考になるかもしれないので残しておきます。

参考

Discussion