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深入-PHPPHP7-的基本变量

jiezi

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

u1 的作用是用来保存变量类型及其信息，其里面的字段用处如下：

type：记录变量类型。即可通过 u2.v.type 来访问到

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

u2 主要是辅助作用，由于结构体的内存对齐，所以 u2 的的这块空间有或者没有 u2 都是已经占据空间了，所以就利用起来。u2 的辅助字段里面记录了很多类型信息，这些信息对内部功能有很大的好处，或提升缓存友好性或减少了内存寻址的操作。这里介绍其中部分字段。

next：用来解决哈希冲突问题（哈希冲突这个目前还不懂），记录冲突的下一个元素位置。

cache_slot：运行时缓存。在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，而其它类型都为指针，指向各自的结构。所以，由于 zval 这样的结构，PHP 变量在声明的时候不用显示的指定其类型，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：

PHP5 与 PHP7 的 zval 结构对比

  • PHP5

  • PHP7

可以看到 php7 的 zval 总的只占 16 个字节，相比 PHP5 的 zval 所占用的 48 个字节节省了很大的内存。

此外，在 PHP5 中，所有的变量都在堆中申请，但是对于临时变量来说，没有必要在堆中申请。所以在 PHP7 中对此做了优化，临时变量是直接在栈中申请的。

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，可自行查看源码。

整型和浮点型

对于整型和浮点型，由于其占用空间小，在 zval 中是直接存储的 整型的值是存在 lval 里，浮点型值则是存储在 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。结构如下：

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

上面各个字段的意思：

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。（据说这个操作为 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 的对象结构也是重新设计了，和 PHP5 的实现有了很大的不同。

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];
};

这里介绍下其中几个字段：

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_tables 数组中的偏移量，通过偏移量在 properties_talbe 找到对应的属性值。

properties_talbe[1]：存储对象的属性值

ok，先写这到这里。

参考资料

《PHP7 底层设计与源码实现》

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