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Apk文件结构简介(转)

2010-06-13 11:19 183 查看

http://www.ophonesdn.com/article/show/38

平台基础知识, 2009-08-27 16:02:02

标签 : 景涛
apk
android
Application
package
OPhone

一．引言

做过OPhone/Android应用开发的人，对apk文件应该不会陌生。apk文件，即Android application
package文件。每个要安装到OPhone平台的应用都要被编译打包为一个单独的文件，后缀名为.apk，其中包含了应用的二进制代码、资源、配置文件等。

本文将对apk文件的结构和内容做一个简单介绍，并以一个简单的hello
world程序为例，介绍一下apk文件中二进制代码dex文件的反编译过程。(作者：景涛）

二．Hello world示例
为了叙述方便，我们先给出一个简单的hello
world程序。工程的目录结构如下：

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|-- AndroidManifest.xml

|-- assets

|-- bin

|-- default.properties

|-- res

| |-- drawable

| | `-- icon.png

| |-- layout

| | `-- main.xml

| `-- values

| `-- strings.xml

`-- src

`-- hello

`-- world

`-- hello.java

|-- AndroidManifest.xml |-- assets |-- bin |-- default.properties |-- res | |-- drawable | | `-- icon.png | |-- layout | | `-- main.xml | `-- values | `-- strings.xml `-- src `-- hello `-- world `-- hello.java

　我使用的开发环境是eclipse及adt0.9和OPhone sdk
1.5。上图中所有文件和目录都是根据建立工程时的配置自动生成的。hello.java是我在这个工程中唯一修改的地方，在程序执行时会在屏幕上显示“hello,
OPhone”的字样。源码如下，注意粗体为修改的代码。

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package hello.world;

import android.app.Activity;

import android.os.Bundle;

import android.widget.TextView;

public class test extends Activity {

/** Called when the activity is first created. */

@Override

public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {

super.onCreate(savedInstanceState);

TextView test = new TextView(this);

Test.setText(“hello, OPhone”);

setContentView(test);

}

}

package hello.world; import android.app.Activity; import android.os.Bundle; import android.widget.TextView; public class test extends Activity { /** Called when the activity is first created. */ @Override public void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); TextView test = new TextView(this); Test.setText(“hello, OPhone”); setContentView(test); } }

|-- AndroidManifest.xml |-- assets |-- bin | |-- classes.dex | |-- hello | | `-- world | | |-- R$attr.class | | |-- R$drawable.class | | |-- R$layout.class | | |-- R$string.class | | |-- R.class | | `-- hello.class | |-- helloworld.apk | `-- resources.ap_ |-- default.properties |-- gen | `-- hello | `-- world | `-- R.java |-- res | |-- drawable | | `-- icon.png | |-- layout | | `-- main.xml | `-- values | `-- strings.xml `-- src `-- hello `-- world `-- hello.java

|-- AndroidManifest.xml |-- META-INF | |-- CERT.RSA | |-- CERT.SF | `-- MANIFEST.MF |-- classes.dex |-- res | |-- drawable | | `-- icon.png | `-- layout | `-- main.xml `-- resources.arsc

3.1
Manifest文件
　　AndroidManifest.xml是每个应用都必须定义和包含的，它描述了应用的名字、版本、权限、引用的库文件等等信息[
, ]，如要把apk上传到Google
Market上，也要对这个xml做一些配置。网上已有很多资料，在此就不多做介绍了。
在apk中的AndroidManifest.xml是经过压缩的，可以通过AXMLPrinter2工具[
, ]解开，具体命令为：

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java -jar AXMLPrinter2.jar AndroidManifest.xml

java -jar AXMLPrinter2.jar AndroidManifest.xml

3.2
META-INF目录
　　META-INF目录下存放的是签名信息，用来保证apk包的完整性和系统的安全。在eclipse编译生成一个api包时，会对所有要打包的文件做一个校验计算，并把计算结果放在META-INF目录下。而在OPhone平台上安装apk包时，应用管理器会按照同样的算法对包里的文件做校验，如果校验结果与META-INF下的内容不一致，系统就不会安装这个apk。这就保证了apk包里的文件不能被随意替换。比如拿到一个apk包后，如果想要替换里面的一幅图片，一段代码，
或一段版权信息，想直接解压缩、替换再重新打包，基本是不可能的。如此一来就给病毒感染和恶意修改增加了难度，有助于保护系统的安全。

3.3 classes.dex文件

classes.dex是java源码编译后生成的java字节码文件。但由于Android使用的dalvik虚拟机与标准的java虚拟机是不兼容的，dex文件与class文件相比，不论是文件结构还是opcode都不一样。目前常见的java反编译工具都不能处理dex文件。

Android模拟器中提供了一个dex文件的反编译工具，dexdump。用法为首先启动Android模拟器，把要查看的dex文件用adb
push上传的模拟器中，然后通过adb shell登录，找到要查看的dex文件，执行dexdump xxx.dex。
仍然以hello
world程序作为演示。

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# dexdump classes.dex

Processing 'classes.dex'...

Opened 'classes.dex', DEX version '035'

Class #0 -

Class descriptor : 'Lhello/world/R$attr;'

…

Class #5 -

Class descriptor : 'Lhello/world/hello;'

Access flags : 0x0001 (PUBLIC)

Superclass : 'Landroid/app/Activity;'

Interfaces -

Static fields -

Instance fields -

Direct methods -

#0 : (in Lhello/world/hello;)

name : '<init>'

type : '()V'

access : 0x10001 (PUBLIC CONSTRUCTOR)

code -

registers : 1

ins : 1

outs : 1

insns size : 4 16-bit code units

catches : (none)

positions :

0x0000 line=7

locals :

0x0000 - 0x0004 reg=0 this Lhello/world/hello;

Virtual methods -

#0 : (in Lhello/world/hello;)

name : 'onCreate'

type : '(Landroid/os/Bundle;)V'

access : 0x0001 (PUBLIC)

code -

registers : 4

ins : 2

outs : 2

insns size : 17 16-bit code units

catches : (none)

positions :

0x0000 line=11

0x0003 line=13

0x0008 line=14

0x000d line=15

0x0010 line=16

locals :

0x0008 - 0x0011 reg=0 test Landroid/widget/TextView;

0x0000 - 0x0011 reg=2 this Lhello/world/hello;

0x0000 - 0x0011 reg=3 savedInstanceState Landroid/os/Bundle;

source_file_idx : 27 (hello.java)

# dexdump classes.dex Processing 'classes.dex'... Opened 'classes.dex', DEX version '035' Class #0 - Class descriptor : 'Lhello/world/R$attr;' … Class #5 - Class descriptor : 'Lhello/world/hello;' Access flags : 0x0001 (PUBLIC) Superclass : 'Landroid/app/Activity;' Interfaces - Static fields - Instance fields - Direct methods - #0 : (in Lhello/world/hello;) name : '<init>' type : '()V' access : 0x10001 (PUBLIC CONSTRUCTOR) code - registers : 1 ins : 1 outs : 1 insns size : 4 16-bit code units catches : (none) positions : 0x0000 line=7 locals : 0x0000 - 0x0004 reg=0 this Lhello/world/hello; Virtual methods - #0 : (in Lhello/world/hello;) name : 'onCreate' type : '(Landroid/os/Bundle;)V' access : 0x0001 (PUBLIC) code - registers : 4 ins : 2 outs : 2 insns size : 17 16-bit code units catches : (none) positions : 0x0000 line=11 0x0003 line=13 0x0008 line=14 0x000d line=15 0x0010 line=16 locals : 0x0008 - 0x0011 reg=0 test Landroid/widget/TextView; 0x0000 - 0x0011 reg=2 this Lhello/world/hello; 0x0000 - 0x0011 reg=3 savedInstanceState Landroid/os/Bundle; source_file_idx : 27 (hello.java)

Dexdump的结果可以看到有class0到class5六个class，跟工程目录下bin目录中的class数目相对应，可以想象dex文件包含了所有的class文件。但对hello.java的反编译结果（Class
#5）中很难发现我们做的修改，即如何输出“hello,
OPhone”。分支跳转表的反编译不完整，严格来说就没有完整的dump出来。fill-array-data表也存在同样的问题。还有其他很多限制。总的来说dexdump反编的结果可读性很差。

目前在网上能找到的另一个dex文件的反编译工具是Dedexer。Dedexer可以读取dex格式的文件，生成一种类似于汇编语言的输出。这种输出与jasmin[
]的输出相似，但包含的是Dalvik的字节码。我们会在下一节详细介绍一下Dedexer。

3.4 res目录
res目录存放资源文件。关于apk文件中的资源管理，OPhone
SDN网站上已经有文章做过详细介绍[ ]，就不在此敷述。

3.5 resources.arsc
编译后的二进制资源文件。

四．反编译工具Dedexer
Dedexer是目前在网上能找到的唯一一个反编译dex文件的开源工具[
]。Dedexer下载后需要编译才能使用。如果你用过ant编译java程序，那么编译Dedexer是一件非常简单的工作。注意目前Dedexer的最新版本是1.5，只能使用junit4.5编译。下面以linux环境为例，讲一下Dedexer的编译使用过程。

下载ddx1.5.zip后，解压缩会产生一个dedexer目录，其中包含build.xml文件。我们需要根据本机的环境配置build.xml的内容，注意下面的粗体部分是我本机的配置。

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<property name="home" value="/home/danny/myproject/dedex/dedexer"/>

<property name="junit-home" value="/home/danny/myproject/dedex"/>



<property name="classdir" value="${home}/classes"/>

<property name="src" value="${home}/sources"/>

<property name="testbase" value="${home}/testfiles"/>



<property name="junit_jar" value="${junit-home}/junit-4.5.jar"/>

<!-- Directories of the project --> <property name="home" value="/home/danny/myproject/dedex/dedexer"/> <property name="junit-home" value="/home/danny/myproject/dedex"/> <!-- Directories derived from the source tree root --> <property name="classdir" value="${home}/classes"/> <property name="src" value="${home}/sources"/> <property name="testbase" value="${home}/testfiles"/> <!-- Directories derived from the JUnit base --> <property name="junit_jar" value="${junit-home}/junit-4.5.jar"/>

　环境配置好之后可以开始编译了。当然要保证你已经安装好了ant编译工具。执行ant。

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danny@danny-desktop:~/myproject/dedex$ ant

Buildfile: build.xml

init:

[mkdir] Created dir: /home/danny/myproject/dedex/dedexer/classes

compile:

[javac] Compiling 48 source files to /home/danny/myproject/dedex/dedexer/classes

[javac] Note: /home/danny/myproject/dedex/dedexer/sources/hu/uw/pallergabor/dedexer/Annotation.java uses unchecked or unsafe operations.

[javac] Note: Recompile with -Xlint:unchecked for details.

package:

[jar] Building jar: /home/danny/myproject/dedex/dedexer/ddx.jar

BUILD SUCCESSFUL

Total time: 3 seconds

danny@danny-desktop:~/myproject/dedex$ ant Buildfile: build.xml init: [mkdir] Created dir: /home/danny/myproject/dedex/dedexer/classes compile: [javac] Compiling 48 source files to /home/danny/myproject/dedex/dedexer/classes [javac] Note: /home/danny/myproject/dedex/dedexer/sources/hu/uw/pallergabor/dedexer/Annotation.java uses unchecked or unsafe operations. [javac] Note: Recompile with -Xlint:unchecked for details. package: [jar] Building jar: /home/danny/myproject/dedex/dedexer/ddx.jar BUILD SUCCESSFUL Total time: 3 seconds

　　好了，编译dedexer成功，只用了3秒种，生成了ddx.jar文件。我习惯修改一下它的文件名，加上版本号。用来反编译的命令如下：

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danny@danny-desktop:~/myproject/dedex$ java -jar ddx1.5.jar -d [target folder] classes.dex

Processing hello/world/R$string

Processing hello/world/R$layout

Processing hello/world/hello

Processing hello/world/R$attr

Processing hello/world/R

Processing hello/world/R$drawable

danny@danny-desktop:~/myproject/dedex$ java -jar ddx1.5.jar -d [target folder] classes.dex Processing hello/world/R$string Processing hello/world/R$layout Processing hello/world/hello Processing hello/world/R$attr Processing hello/world/R Processing hello/world/R$drawable

　 dedexer为每个class文件生成了一个后缀为ddx的文件。不出所料，有6个ddx文件。

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danny@danny-desktop:~/myproject/dedex$ ls hello/world/

R$attr.ddx R.ddx R$drawable.ddx R$layout.ddx R$string.ddx hello.ddx

danny@danny-desktop:~/myproject/dedex$ ls hello/world/ R$attr.ddx R.ddx R$drawable.ddx R$layout.ddx R$string.ddx hello.ddx

看一下我们所关心的hello.ddx的内容。

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class public hello/world/hello

.super android/app/Activity

.source hello.java

.method public <init>()V

.line 7

invoke-direct {v0},android/app/Activity/<init> ; <init>()V

return-void

.end method

.method public onCreate(Landroid/os/Bundle;)V

.line 11

invoke-super {v2,v3},android/app/Activity/onCreate ; onCreate(Landroid/os/Bundle;)V

.line 13

new-instance v0,android/widget/TextView

invoke-direct {v0,v2},android/widget/TextView/<init> ; <init>(Landroid/content/Context;)V

.line 14

const-string v1,"hello, OPhone"

invoke-virtual {v0,v1},android/widget/TextView/setText ; setText(Ljava/lang/CharSequence;)V

.line 15

invoke-virtual {v2,v0},hello/world/hello/setContentView ; setContentView(Landroid/view/View;)V

.line 16

return-void

.end method

class public hello/world/hello .super android/app/Activity .source hello.java .method public <init>()V .line 7 invoke-direct {v0},android/app/Activity/<init> ; <init>()V return-void .end method .method public onCreate(Landroid/os/Bundle;)V .line 11 invoke-super {v2,v3},android/app/Activity/onCreate ; onCreate(Landroid/os/Bundle;)V .line 13 new-instance v0,android/widget/TextView invoke-direct {v0,v2},android/widget/TextView/<init> ; <init>(Landroid/content/Context;)V .line 14 const-string v1,"hello, OPhone" invoke-virtual {v0,v1},android/widget/TextView/setText ; setText(Ljava/lang/CharSequence;)V .line 15 invoke-virtual {v2,v0},hello/world/hello/setContentView ; setContentView(Landroid/view/View;)V .line 16 return-void .end method

　　　从反编译的结果来看，代码的可读性仍然比较差，但比dexdump相比要好一些。我们能够看到“hello,
OPhone”字符串是通过invoke-virtual {v0, v1}, android/widget/TextView/setText调用的。

　　　
dedexer与dexdump相比至少有3个优点。一，不需要在android模拟器中运行。二，把dex文件按照java源代码package的目录结构建好了目录，每个class文件对应一个ddx文件。不像dexdump那样把所有的结果都放在一起。三，按照Dedexer作者的说法，可以把Dedexer作为一个像jasmin那样的反编译引擎，目前好多强大的java反编译工具都是以jasmin作为反编译引擎的。

五．结束语
　　本文简单介绍了apk文件的结构和内容，并介绍了反编译工具Dedexer的用法。也希望我在这里抛砖引玉，让更多的高手了解apk文件的结构，熟悉Dedexer这个反编译引擎，将来写出威力更高，可读性更强的dex反编译工具。网址为：

参考文献

http://www.ophonesdn.com/article/show/20

http://developer.android.com/guide/appendix/glossary.html

http://forum.xda-developers.com/showthread.php?t=514412

http://code.google.com/p/android4me/downloads/list

http://jasmin.sourceforge.net/

http://www.ophonesdn.com/article/show/18

http://dedexer.sourceforge.net/

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