【深入 PHP】PHP7 的基本變數

JeffreyC發表於2019-08-24
PHP變數

變數的基礎結構

我們都知道PHP的變數是弱型別的，宣告的時候無需指定型別。那麼這裡面具體是怎麼實現的呢？這就得從變數的基礎結構說起了。

zval的實現

在原始碼檔案 zend_type.h 中，可以看到 zval 的定義：

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 的結構由一個儲存變數型別的值或指標的 union 聯合體 zend_value 以及兩個 union 聯合體 u1 和 u2 組成

  • u1

u1的作用是用來儲存變數型別及其資訊，其裡面的欄位用處如下：

type：記錄變數型別。 即可通過 u2.v.type 來訪問到

type_flags：對應變數特有型別的標記（如常量型別，需引用計數型別，不可變型別），不同型別的變數對應的 flag 不一樣。

const_flags：常量型別的標記

reserved：保留欄位

  • u2

u2 主要是輔助作用，由於結構體的記憶體對齊，所以 u2 的的這塊空間有或者沒有 u2 都是已經佔據空間了，所以就利用起來。u2的輔助欄位裡面記錄了很多型別資訊，這些資訊對內部功能有很大的好處，或提升快取友好性或減少了記憶體定址的操作。這裡介紹其中部分欄位。

next：用來解決雜湊衝突問題（雜湊衝突這個目前還不懂），記錄衝突的下一個元素位置。

cache_slot：執行時快取。在執行函式時會優先去快取中查詢，若快取中沒有，再去全域性的 function 表中查詢。

num_args：函式呼叫時傳入引數的個數

access_flags：物件類的訪問標識，如public protected private 這些。

  • zend_value
typedef union _zend_value {
    zend_long         lval;             /* 整型*/
    double            dval;             /* 浮點型 */
    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;

從 zend__value 中可以看出，long、double 型別直接儲存值，而其它型別都為指標，指向各自的結構。所以，由於 zval 這樣的結構，PHP 變數在宣告的時候不用顯示的指定其型別，因為不管你賦給變數什麼型別的值，它都能幫你找到對應的儲存結構。

以值為字串的變數為例，其結構是這樣的：

PHP5 與 PHP7 的 zval 結構對比

  • PHP5

  • PHP7

可以看到 php7 的 zval 總的只佔 16 個位元組，相比 PHP5 的 zval 所佔用的 48 個位元組節省了很大的記憶體。

此外，在 PHP5 中，所有的變數都在堆中申請，但是對於臨時變數來說，沒有必要在堆中申請。所以在 PHP7 中對此做了優化，臨時變數是直接在棧中申請的。

常見變數型別

下面介紹幾個常見型別的變數結構，其他更多的型別，可自行檢視原始碼。

整型和浮點型

對於整型和浮點型，由於其佔用空間小，在 zval 中是直接儲存的 整型的值是存在 lval 裡，浮點型值則是儲存在 dval 裡。

typedef union _zend_value {
    zend_long         lval;             /* 整型*/
    double            dval;             /* 浮點型 */
    ... 
 }

字串

PHP 7 中定義了新的字串結構體。結構如下：

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

上面各個欄位的意思：

gc： 變數引用資訊，所有用到引用計數的變數型別都會有這個結構。

h： 雜湊值，陣列中計算索引時會用到。（據說這個操作為 PHP7 提高了 5% 的效能）

len： 字串長度，通過這個值保證二進位制安全

val： 字串內容，變長struct，分配時按len長度申請記憶體
陣列

array 是 PHP 中非常強大的一個資料結構，它的底層實現就是普通的有序HashTable，這裡簡單看下它的結構。後續再具體深入。

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;
}

物件

PHP7 的物件結構也是重新設計了，和 PHP5 的實現有了很大的不同。

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];
};

這裡介紹下其中幾個欄位：

gc：gc頭部

*ce：物件對應的 class 類

*properties ：HashTable結構，key 為物件的屬性名，value 是屬性值在properties_tables陣列中的偏移量，通過偏移量在 properties_talbe 找到對應的屬性值。

properties_talbe[1]：儲存物件的屬性值

ok，先寫這到這裡。

參考資料

《PHP7 底層設計與原始碼實現》

You can not connect the dots looking forward, you can only connect them looking backwards.

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