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php 复制数组_【深入 PHP】PHP7 的基本变量

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    PHP7的变量底层基于zval结构实现,由zend_value联合体存储值或指针,u1记录类型信息,u2辅助存储。zval仅占16字节,比PHP5节省内存。整型与浮点型直接存储值,字符串、数组、对象等通过指针引用其独立结构。

    PHP的变量虽然看起来简单,但它的底层实现却相当精巧。今天我们就从基础结构开始,一步步拆解PHP变量的实现原理。

    变量的基础结构

    我们都知道PHP的变量是弱类型的,声明的时候无需指定类型。那么这里面具体是怎么实现的呢?这就得从变量的基础结构说起了。

    zval的实现

    在源码文件 zend_type.h 中,可以看到 zval 的定义:

    typedef struct _zval_struct zval;
    
    struct _zval_struct {
        zend_value value; /* value */
        union {
            struct {
                ZEND_ENDIAN_LOHI_4(
                    zend_uchar type,      /* active type */
                    zend_uchar type_flags,
                    zend_uchar const_flags,
                    zend_uchar reserved)  /* call info for EX(This) */
                } v;
                uint32_t type_info;
        } u1;
        union {
            uint32_t next;             /* hash collision chain */
            uint32_t cache_slot;       /* literal cache slot */
            uint32_t lineno;           /* line number (for ast nodes) */
            uint32_t num_args;         /* arguments number for EX(This) */
            uint32_t fe_pos;           /* foreach position */
            uint32_t fe_iter_idx;      /* foreach iterator index */
            uint32_t access_flags;     /* class constant access flags */
            uint32_t property_guard;   /* single property guard */
            uint32_t extra;            /* not further specified */
        } u2;
    };
    

    zval 的结构由一个保存变量类型的值或指针的 union 联合体 zend_value 以及两个 union 联合体 u1 和 u2 组成。

    u1 的作用是保存变量类型及其信息,里面的字段用处如下:

    • type:记录变量类型,可通过 u2.v.type 访问。
    • type_flags:对应变量特有类型的标记(如常量类型、需引用计数类型、不可变类型),不同类型的变量对应的 flag 不一样。
    • const_flags:常量类型的标记。
    • reserved:保留字段。

    u2 主要是辅助作用。由于结构体的内存对齐,u2 这块空间有或没有都已经占据空间了,所以干脆利用起来。u2 的辅助字段记录了很多类型信息,这些信息对内部功能有很大好处——要么提升缓存友好性,要么减少内存寻址操作。这里介绍其中部分字段:

    • next:用来解决哈希冲突问题,记录冲突的下一个元素位置。
    • cache_slot:运行时缓存。执行函数时会优先去缓存中查找,若缓存中没有,再去全局的 function 表中查找。
    • num_args:函数调用时传入参数的个数。
    • access_flags:对象类的访问标识,如 public、protected、private 这些。

    zend_value

    typedef union _zend_value {
        zend_long lval;              /* 整型 */
        double dval;                 /* 浮点型 */
        zend_refcounted *counted;
        zend_string *str;
        zend_array *arr;
        zend_object *obj;
        zend_resource *res;
        zend_reference *ref;
        zend_ast_ref *ast;
        zval *zv;
        void *ptr;
        zend_class_entry *ce;
        zend_function *func;
        struct {
            uint32_t w1;
            uint32_t w2;
        } ww;
    } zend_value;
    

    从 zend_value 中可以看出,long、double 类型直接存储值,而其它类型都是指针,指向各自的结构。所以,正是由于 zval 这样的结构,PHP 变量在声明时不用显式指定类型——因为不管你赋给变量什么类型的值,它都能帮你找到对应的存储结构。

    以值为字符串的变量为例,其结构是这样的:

    7fc99ab10a690a561044e0cba8448053.png

    PHP5 与 PHP7 的 zval 结构对比

    PHP5

    c7c8132332d8a0cbee58ba68d0979dd5.png

    PHP7

    b6b96f098d4fa38ca974e86123a7c072.png

    可以看到,PHP7 的 zval 总共只占 16 个字节,相比 PHP5 的 48 个字节,节省了很大的内存。此外,在 PHP5 中,所有变量都在堆中申请,但对于临时变量来说,没有必要在堆中申请。所以 PHP7 对此做了优化——临时变量直接在栈中申请。

    常见变量类型

    下面介绍几个常见类型的变量结构,其他更多的类型可以自行查看源码。

    整型和浮点型

    整型和浮点型占用空间小,在 zval 中是直接存储的——整型值存在 lval 里,浮点型值存储在 dval 里。

    typedef union _zend_value {
        zend_long lval;   /* 整型 */
        double dval;      /* 浮点型 */
        ...
    }
    

    字符串

    PHP 7 中定义了新的字符串结构体:

    struct _zend_string {
        zend_refcounted_h gc;
        zend_ulong h;        /* hash value */
        size_t len;
        char val[1];
    };
    

    各字段含义:

    • gc:变量引用信息,所有用到引用计数的变量类型都会有这个结构。
    • h:哈希值,数组中计算索引时会用到(据说这个操作给 PHP7 提高了 5% 的性能)。
    • len:字符串长度,通过这个值保证二进制安全。
    • val:字符串内容,变长 struct,分配时按 len 长度申请内存。

    数组

    array 是 PHP 中非常强大的一个数据结构,它的底层实现就是普通的有序 HashTable,这里简单看下它的结构,后续再具体深入。

    typedef struct _zend_array HashTable;
    
    struct _zend_array {
        zend_refcounted_h gc;
        union {
            struct {
                ZEND_ENDIAN_LOHI_4(
                    zend_uchar flags,
                    zend_uchar nApplyCount,
                    zend_uchar nIteratorsCount,
                    zend_uchar consistency)
                } v;
                uint32_t flags;
        } u;
        uint32_t nTableMask;
        Bucket *arData;
        uint32_t nNumUsed;
        uint32_t nNumOfElements;
        uint32_t nTableSize;
        uint32_t nInternalPointer;
        zend_long nNextFreeElement;
        dtor_func_t pDestructor;
    };
    

    对象

    PHP7 的对象结构也重新设计了,和 PHP5 的实现有了很大不同。

    struct _zend_object {
        zend_refcounted_h gc;
        uint32_t handle;
        zend_class_entry *ce;
        const zend_object_handlers *handlers;
        HashTable *properties;
        zval properties_table[1];
    };
    

    几个重要字段:

    • gc:gc 头部。
    • *ce:对象对应的 class 类。
    • *properties:HashTable 结构,key 为对象的属性名,value 是属性值在 properties_table 数组中的偏移量,通过偏移量找到对应的属性值。
    • properties_table[1]:存储对象的属性值。
    5bdcda7497c7fc440a2144d165a3178d.png
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