PHP内核介绍及扩展开发指南―基础知识_php技巧

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一、 基础知识
  本章简要介绍一些Zend引擎的内部机制,这些知识和Extensions密切相关,同时也可以帮助我们写出更加高效的PHP代码。
  1.1 PHP变量的存储
  1.1.1 zval结构
  Zend使用zval结构来存储PHP变量的值,该结构如下所示:

typedef union _zvalue_value {
long lval; /* long value */
double dval; /* double value */
struct {
char *val;
int len;
} str;
HashTable *ht; /* hash table value */
zend_object_value obj;
} zvalue_value;
struct _zval_struct {
/* Variable information */
zvalue_value value; /* value */
zend_uint refcount;
zend_uchar type; /* active type */
zend_uchar is_ref;
};
typedef struct _zval_struct zval;
<span id="more-597"></span>Zend根据type值来决定访问value的哪个成员,可用值如下:

IS_NULLN/A

  IS_LONG对应value.lval

  IS_DOUBLE对应value.dval

  IS_STRING对应value.str

  IS_ARRAY对应value.ht

  IS_OBJECT对应value.obj

  IS_BOOL对应value.lval.

  IS_RESOURCE对应value.lval

  根据这个表格可以发现两个有意思的地方:首先是PHP的数组其实就是一个HashTable,这就解释了为什么PHP能够支持关联数组了;其次,Resource就是一个long值,它里面存放的通常是个指针、一个内部数组的index或者其它什么只有创建者自己才知道的东西,可以将其视作一个handle

  1.1.1 引用计数

  引用计数在垃圾收集、内存池以及字符串等地方应用广泛,Zend就实现了典型的引用计数。多个PHP变量可以通过引用计数机制来共享同一份zval,zval中剩余的两个成员is_ref和refcount就用来支持这种共享。

  很明显,refcount用于计数,当增减引用时,这个值也相应的递增和递减,一旦减到零,Zend就会回收该zval。

  那么is_ref呢?

  1.1.2 zval状态

  在PHP中,变量有两种――引用和非引用的,它们在Zend中都是采用引用计数的方式存储的。对于非引用型变量,要求变量间互不相干,修改一个变量时,不能影响到其他变量,采用Copy-On-Write机制即可解决这种冲突――当试图写入一个变量时,Zend若发现该变量指向的zval被多个变量共享,则为其复制一份refcount为1的zval,并递减原zval的refcount,这个过程称为“zval分离”。然而,对于引用型变量,其要求和非引用型相反,引用赋值的变量间必须是捆绑的,修改一个变量就修改了所有捆绑变量。

  可见,有必要指出当前zval的状态,以分别应对这两种情况,is_ref就是这个目的,它指出了当前所有指向该zval的变量是否是采用引用赋值的――要么全是引用,要么全不是。此时再修改一个变量,只有当发现其zval的is_ref为0,即非引用时,Zend才会执行Copy-On-Write。

  1.1.3 zval状态切换

  当在一个zval上进行的所有赋值操作都是引用或者都是非引用时,一个is_ref就足够应付了。然而,世界总不会那么美好,PHP无法对用户进行这种限制,当我们混合使用引用和非引用赋值时,就必须要进行特别处理了。

  情况I、看如下PHP代码:

<!--p $a = 1; $b = &$a; $c = &$b; $d = $c; // 在一堆引用赋值中,插入一个非引用-->



  全过程如下所示:

  这段代码的前三句将把a、b和c指向一个zval,其is_ref=1, refcount=3;第四句是个非引用赋值,通常情况下只需要增加引用计数即可,然而目标zval属于引用变量,单纯的增加引用计数显然是错误的, Zend的解决办法是为d单独生成一份zval副本。

  全过程如下所示:

1.1.1 参数传递

  PHP函数参数的传递和变量赋值是一样的,非引用传递相当于非引用赋值,引用传递相当于引用赋值,并且也有可能会导致执行zval状态切换。这在后面还将提到。

  1.2 HashTable结构

  HashTable是Zend引擎中最重要、使用最广泛的数据结构,它被用来存储几乎所有的东西。

  1.1.1 数据结构

  HashTable数据结构定义如下:

typedef struct bucket {
ulong h; // 存放hash
uint nKeyLength;
void *pData; // 指向value,是用户数据的副本
void *pDataPtr;
struct bucket *pListNext; // pListNext和pListLast组成
struct bucket *pListLast; // 整个HashTable的双链表
struct bucket *pNext; // pNext和pLast用于组成某个hash对应
struct bucket *pLast; // 的双链表
char arKey[1]; // key
} Bucket;
typedef struct _hashtable {
uint nTableSize;
uint nTableMask;
uint nNumOfElements;
ulong nNextFreeElement;
Bucket *pInternalPointer; /* Used for element traversal */
Bucket *pListHead;
Bucket *pListTail;
Bucket **arBuckets; // hash数组
dtor_func_t pDestructor; // HashTable初始化时指定,销毁Bucket时调用
zend_bool persistent; // 是否采用C的内存分配例程
unsigned char nApplyCount;
zend_bool bApplyProtection;
#if ZEND_DEBUG
int inconsistent;
#endif
} HashTable;

总的来说,Zend的HashTable是一种链表散列,同时也为线性遍历进行了优化,图示如下:


HashTable中包含两种数据结构,一个链表散列和一个双向链表,前者用于进行快速键-值查询,后者方便线性遍历和排序,一个Bucket同时存在于这两个数据结构中。
  关于该数据结构的几点解释:
  l 链表散列中为什么使用双向链表?
  一般的链表散列只需要按key进行操作,只需要单链表就够了。但是,Zend有时需要从链表散列中删除给定的Bucket,使用双链表可以非常高效的实现。
  l nTableMask是干什么的?
  这个值用于hash值到arBuckets数组下标的转换。当初始化一个HashTable,Zend首先为arBuckets数组分配nTableSize大小的内存,nTableSize取不小于用户指定大小的最小的2^n,即二进制的10*。nTableMask = nTableSize
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