PHP7-变量的内部实现

变量的基础结构

//zend_types.h
typedef struct _zval_struct     zval;

typedef union _zend_value {
    zend_long         lval;    //int整形
    double            dval;    //浮点型
    zend_refcounted  *counted;
    zend_string      *str;     //string字符串
    zend_array       *arr;     //array数组
    zend_object      *obj;     //object对象
    zend_resource    *res;     //resource资源类型
    zend_reference   *ref;     //引用类型,通过&$var_name定义的
    zend_ast_ref     *ast;     //下面几个都是内核使用的value
    zval             *zv;
    void             *ptr;
    zend_class_entry *ce;
    zend_function    *func;
    struct {
        uint32_t w1;
        uint32_t w2;
    } ww;
} zend_value;

struct _zval_struct {
    zend_value        value; //变量实际的value
    union {
        struct {
            ZEND_ENDIAN_LOHI_4( //这个是为了兼容大小字节序,小字节序就是下面的顺序,大字节序则下面4个顺序翻转
                zend_uchar    type,         //变量类型
                zend_uchar    type_flags,  //类型掩码,不同的类型会有不同的几种属性,内存管理会用到
                zend_uchar    const_flags,
                zend_uchar    reserved)     //call info,zend执行流程会用到
        } v;
        uint32_t type_info; //上面4个值的组合值,可以直接根据type_info取到4个对应位置的值
    } u1;
    union {
        uint32_t     var_flags;
        uint32_t     next;                 //哈希表中解决哈希冲突时用到
        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 */
    } u2; //一些辅助值
};

zval结构比较简单,内嵌一个union类型的zend_value保存具体变量类型的值或指针,zval中还有两个union:u1、u2:

u1: 它的意义比较直观,变量的类型就通过u1.v.type区分,另外一个值type_flags为类型掩码,在变量的内存管理、gc机制中会用到(之前分享的垃圾回收机制中,变量的type_flags只有包含IS_TYPE_COLLECTABLE的变量才会被GC收集)
u2: 这个值纯粹是个辅助值,假如zval只有:value、u1两个值,整个zval的大小也会对齐到16byte,既然不管有没有u2大小都是16byte,把多余的4byte拿出来用于一些特殊用途还是很划算的,比如next在哈希表解决哈希冲突时会用到,还有fe_pos在foreach会用到......
从zend_value可以看出,除long、double类型直接存储值外,其它类型都为指针,指向各自的结构。

类型

标量类型

最简单的类型是true、false、long、double、null,其中true、false、null没有value,直接根据type区分,而long、double的值则直接存在value中:zend_long、double,也就是标量类型不需要额外的value指针。

字符串

PHP中字符串通过zend_string表示:

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

gc: 变量引用信息,比如当前value的引用数,所有用到引用计数的变量类型都会有这个结构,3.1节会详细分析
h: 哈希值,数组中计算索引时会用到
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。

typedef struct _zend_array HashTable;

struct _zend_array {
    zend_refcounted_h gc; //引用计数信息,与字符串相同
    union {
        struct {
            ZEND_ENDIAN_LOHI_4(
                zend_uchar    flags,
                zend_uchar    nApplyCount,
                zend_uchar    nIteratorsCount,
                zend_uchar    reserve)
        } v;
        uint32_t flags;
    } u;
    uint32_t          nTableMask; //计算bucket索引时的掩码
    Bucket           *arData; //bucket数组
    uint32_t          nNumUsed; //已用bucket数
    uint32_t          nNumOfElements; //已有元素数,nNumOfElements <= nNumUsed,因为删除的并不是直接从arData中移除
    uint32_t          nTableSize; //数组的大小,为2^n
    uint32_t          nInternalPointer; //数值索引
    zend_long         nNextFreeElement;
    dtor_func_t       pDestructor;
};
对象/资源
struct _zend_object {
    zend_refcounted_h gc;
    uint32_t          handle;
    zend_class_entry *ce; //对象对应的class类
    const zend_object_handlers *handlers;
    HashTable        *properties; //对象属性哈希表
    zval              properties_table[1];
};

struct _zend_resource {
    zend_refcounted_h gc;
    int               handle;
    int               type;
    void             *ptr;
};
引用

在PHP中通过&操作符产生一个引用变量,也就是说不管以前的类型是什么,&首先会创建一个zend_reference结构,其内嵌了一个zval,这个zval的value指向原来zval的value(如果是布尔、整形、浮点则直接复制原来的值),然后将原zval的类型修改为IS_REFERENCE,原zval的value指向新创建的zend_reference结构。

struct _zend_reference {
    zend_refcounted_h gc;
    zval              val;
};

结构非常简单,除了公共部分zend_refcounted_h外只有一个val,举个示例看下具体的结构关系:

$a = "time:" . time();      //$a    -> zend_string_1(refcount=1)
$b = &$a;                   //$a,$b -> zend_reference_1(refcount=2) -> zend_string_1(refcount=1)

最终的结果如图:


image.png

注意:引用只能通过&产生,无法通过赋值传递,比如:

$a = "time:" . time();      //$a    -> zend_string_1(refcount=1)
$b = &$a;                   //$a,$b -> zend_reference_1(refcount=2) -> zend_string_1(refcount=1)
$c = $b;                    //$a,$b -> zend_reference_1(refcount=2) -> zend_string_1(refcount=2)
                            //$c    ->                                 ---

b = &a这时候a、b的类型是引用,但是c = b并不会直接将b赋值给c,而是把b实际指向的zval赋值给c,如果想要$c也是一个引用则需要这么操作:

$a = "time:" . time();      //$a       -> zend_string_1(refcount=1)
$b = &$a;                   //$a,$b    -> zend_reference_1(refcount=2) -> zend_string_1(refcount=1)
$c = &$b;/*或$c = &$a*/     //$a,$b,$c -> zend_reference_1(refcount=3) -> zend_string_1(refcount=1) 

这个也表示PHP中的引用只可能有一层 ,不会出现一个引用指向另外一个引用的情况 。

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