php函數(shù)原理是什么

這篇文章主要介紹了php函數(shù)原理是什么，具有一定借鑒價(jià)值，需要的朋友可以參考下。希望大家閱讀完這篇文章后大有收獲。下面讓小編帶著大家一起了解一下。

前言

　　在任何語(yǔ)言中，函數(shù)都是最基本的組成單元。對(duì)于php的函數(shù)，它具有哪些特點(diǎn)？函數(shù)調(diào)用是怎么實(shí)現(xiàn)的？php函數(shù)的性能如何，有什么使用建議？本文 將從原理出發(fā)進(jìn)行分析結(jié)合實(shí)際的性能測(cè)試嘗試對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行回答，在了解實(shí)現(xiàn)的同時(shí)更好的編寫php程序。同時(shí)也會(huì)對(duì)一些常見的php函數(shù)進(jìn)行介紹。

php函數(shù)的分類

　　在php中，橫向劃分的話，函數(shù)分為兩大類： user function(內(nèi)置函數(shù)) 和internal function（內(nèi)置函數(shù)）。前者就是用戶在程序中自定義的一些函數(shù)和方法，后者則是php本身提供的各類庫(kù)函數(shù)（比如sprintf、 array_push等）。用戶也可以通過(guò)擴(kuò)展的方法來(lái)編寫庫(kù)函數(shù)，這個(gè)將在后面介紹。對(duì)于user function，又可以細(xì)分為function（函數(shù)）和method（類方法），本文中將就這三種函數(shù)分別進(jìn)行分析和測(cè)試。

php函數(shù)的實(shí)現(xiàn)

一個(gè)php函數(shù)最終是如何執(zhí)行，這個(gè)流程是怎么樣的呢？

要回答這個(gè)問(wèn)題，我們先來(lái)看看php代碼的執(zhí)行所經(jīng)過(guò)的流程。

　　從圖中可以看到，php實(shí)現(xiàn)了一個(gè)典型的動(dòng)態(tài)語(yǔ)言執(zhí)行過(guò)程：拿到一段代碼后，經(jīng)過(guò)詞法解析、語(yǔ)法解析等階段后，源程序會(huì)被翻譯成一個(gè)個(gè)指令 (opcodes)，然后ZEND虛擬機(jī)順次執(zhí)行這些指令完成操作。Php本身是用c實(shí)現(xiàn)的，因此最終調(diào)用的也都是c的函數(shù)，實(shí)際上，我們可以把php看 做是一個(gè)c開發(fā)的軟件。

　　通過(guò)上面描述不難看出，php中函數(shù)的執(zhí)行也是被翻譯成了opcodes來(lái)調(diào)用，每次函數(shù)調(diào)用實(shí)際上是執(zhí)行了一條或多條指令。

　　對(duì)于每一個(gè)函數(shù)，zend都通過(guò)以下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)描述

typedef union _zend_function {
    zend_uchar type;    /* MUST be the first element of this struct! */
    struct {
        zend_uchar type;  /* never used */
        char *function_name;
        zend_class_entry *scope;
        zend_uint fn_flags;
        union _zend_function *prototype;
        zend_uint num_args;
        zend_uint required_num_args;
        zend_arg_info *arg_info;
        zend_bool pass_rest_by_reference;
        unsigned char return_reference;
    } common;

    zend_op_array op_array;
    zend_internal_function internal_function;
} zend_function;

typedef struct _zend_function_state {
    HashTable *function_symbol_table;
    zend_function *function;
    void *reserved[ZEND_MAX_RESERVED_RESOURCES];
} zend_function_state;

　　其中type標(biāo)明了函數(shù)的類型：用戶函數(shù)、內(nèi)置函數(shù)、重載函數(shù)。Common中包含函數(shù)的基本信息，包括函數(shù)名，參數(shù)信息，函數(shù)標(biāo)志（普通函數(shù)、靜態(tài)方法、抽象方法）等內(nèi)容。另外，對(duì)于用戶函數(shù)，還有一個(gè)函數(shù)符號(hào)表，記錄了內(nèi)部變量等，這個(gè)將在后面詳述。 Zend維護(hù)了一個(gè)全局function_table，這是一個(gè)大的hahs表。函數(shù)調(diào)用的時(shí)候會(huì)首先根據(jù)函數(shù)名從表中找到對(duì)應(yīng)的zend_function。當(dāng)進(jìn)行函數(shù)調(diào)用時(shí)候，虛擬機(jī)會(huì)根據(jù)type的不同決定調(diào)用方法， 不同類型的函數(shù)，其執(zhí)行原理是不相同的 。

內(nèi)置函數(shù)

　　內(nèi)置函數(shù)，其本質(zhì)上就是真正的c函數(shù)，每一個(gè)內(nèi)置函數(shù)，php在最終編譯后都會(huì)展開成為一個(gè)名叫zif_xxxx的function，比如我們常見 的sprintf，對(duì)應(yīng)到底層就是zif_sprintf。Zend在執(zhí)行的時(shí)候，如果發(fā)現(xiàn)是內(nèi)置函數(shù)，則只是簡(jiǎn)單的做一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)操作。

　　Zend提供了一系列的api供調(diào)用，包括參數(shù)獲取、數(shù)組操作、內(nèi)存分配等。內(nèi)置函數(shù)的參數(shù)獲取，通過(guò)zend_parse_parameters 方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于數(shù)組、字符串等參數(shù)，zend實(shí)現(xiàn)的是淺拷貝，因此這個(gè)效率是很高的?？梢赃@樣說(shuō)，對(duì)于php內(nèi)置函數(shù)，其效率和相應(yīng)c函數(shù)幾乎相同，唯 一多了一次轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)用。

　　內(nèi)置函數(shù)在php中都是通過(guò)so的方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)加載，用戶也可以根據(jù)需要自己編寫相應(yīng)的so，也就是我們常說(shuō)的擴(kuò)展。ZEND提供了一系列的api供擴(kuò)展使用

用戶函數(shù)

　　和內(nèi)置函數(shù)相比，用戶通過(guò)php實(shí)現(xiàn)的自定義函數(shù)具有完全不同的執(zhí)行過(guò)程和實(shí)現(xiàn)原理。如前文所述，我們知道php代碼是被翻譯成為了一條條 opcode來(lái)執(zhí)行的，用戶函數(shù)也不例外，實(shí)際中每個(gè)函數(shù)對(duì)應(yīng)到一組opcode，這組指令被保存在zend_function中。于是，用戶函數(shù)的調(diào)用 最終就是對(duì)應(yīng)到一組opcodes的執(zhí)行。

局部變量的保存及遞歸的實(shí)現(xiàn)

　　我們知道，函數(shù)遞歸是通過(guò)堆棧來(lái)完成的。在php中，也是利用類似的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。Zend為每個(gè)php函數(shù) 分配了一個(gè)活動(dòng)符號(hào)表(active_sym_table)，記錄當(dāng)前函數(shù)中所有局部變量的狀態(tài)。所有的符號(hào)表通過(guò)堆棧的形式來(lái)維護(hù)，每當(dāng)有函數(shù)調(diào)用的時(shí) 候，分配一個(gè)新的符號(hào)表并入棧。當(dāng)調(diào)用結(jié)束后當(dāng)前符號(hào)表出棧。由此實(shí)現(xiàn)了狀態(tài)的保存和遞歸。

　　對(duì)于棧的維護(hù)，zend在這里做了優(yōu)化。預(yù)先分配一個(gè)長(zhǎng)度為N的靜態(tài)數(shù)組來(lái)模擬堆棧，這種通過(guò)靜態(tài)數(shù)組來(lái)模擬動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的手法在我們自己的程序中 也經(jīng)常有使用，這種方式避免了每次調(diào)用帶來(lái)的內(nèi)存分配、銷毀。ZEND只是在函數(shù)調(diào)用結(jié)束時(shí)將當(dāng)前棧頂?shù)姆?hào)表數(shù)據(jù)clean掉即可。

　　因?yàn)殪o態(tài)數(shù) 組長(zhǎng)度為N，一旦函數(shù)調(diào)用層次超過(guò)N，程序不會(huì)出現(xiàn)棧溢出，這種情況下zend就會(huì)進(jìn)行符號(hào)表的分配、銷毀，因此會(huì)導(dǎo)致性能下降很多。在zend里面，N 目前取值是32。因此，我們編寫php程序的時(shí)候，函數(shù)調(diào)用層次最好不要超過(guò)32。當(dāng)然，如果是web應(yīng)用，本身可以函數(shù)調(diào)用層次的深度。

參數(shù)的傳遞

　　和內(nèi)置函數(shù)調(diào)用zend_parse_params來(lái)獲取參數(shù)不同，用戶函數(shù)中參數(shù)的獲取是通過(guò)指令來(lái)完成的。函數(shù)有幾個(gè)參數(shù)就對(duì)應(yīng)幾條指令。具體到實(shí)現(xiàn)上就是普通的變量賦值。

　　通過(guò)上面的分析可以看出，和內(nèi)置函數(shù)相比，由于是自己維護(hù)堆棧表，而且每條指令的執(zhí)行也是一個(gè)c函數(shù)，用戶函數(shù)的性能相對(duì)會(huì)差很多，后面會(huì)有具體的對(duì)比分析。因此，如果一個(gè)功能有對(duì)應(yīng)php內(nèi)置函數(shù)實(shí)現(xiàn)的盡量不要自己重新寫函數(shù)去實(shí)現(xiàn)。

類方法

　　類方法其執(zhí)行原理和用戶函數(shù)是相同的，也是翻譯成opcodes順次調(diào)用。類的實(shí)現(xiàn)，zend用一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)zend_class_entry來(lái)實(shí)現(xiàn)，里面保存了類相關(guān)的一些基本信息。這個(gè)entry是在php編譯的時(shí)候就已經(jīng)處理完成。

　　在zend_function的common中，有一個(gè)成員叫做scope，其指向的就是當(dāng)前方法對(duì)應(yīng)類的zend_class_entry。關(guān)于 php中面向?qū)ο蟮膶?shí)現(xiàn)，這里就不在做更詳細(xì)的介紹，今后將專門寫一篇文章來(lái)詳述php中面向?qū)ο蟮膶?shí)現(xiàn)原理。就函數(shù)這一塊來(lái)說(shuō)，method實(shí)現(xiàn)原理和 function完全相同，理論上其性能也差不多，后面我們將做詳細(xì)的性能對(duì)比。

函數(shù)名長(zhǎng)度對(duì)性能的影響

測(cè)試方法

　　對(duì)名字長(zhǎng)度為1、2、4、8、16的函數(shù)進(jìn)行比較，測(cè)試比較它們每秒可執(zhí)行次數(shù)，確定函數(shù)名長(zhǎng)度對(duì)性能的影響

測(cè)試結(jié)果如下圖

結(jié)果分析

　　從圖上可以看出，函數(shù)名的長(zhǎng)度對(duì)性能還是會(huì)有一定的影響。一個(gè)長(zhǎng)度為1的函數(shù)和長(zhǎng)度為16的 空函數(shù)調(diào)用 ，其性能差了1倍。分析一下源碼不難找到原因，如前面敘述所說(shuō)，函數(shù)調(diào)用的時(shí)候zend會(huì)先在一個(gè)全局的funtion_table中通過(guò)函數(shù)名查詢相關(guān)信息，function_table是一個(gè)哈希表。必然的，名字越長(zhǎng)查詢所需要的時(shí)間就越多。 因此，在實(shí)際編寫程序的時(shí)候，對(duì)多次調(diào)用的函數(shù)，名字建議不要太長(zhǎng)

　　雖然函數(shù)名長(zhǎng)度對(duì)性能有一定影響，但具體有多大呢？這個(gè)問(wèn)題應(yīng)該還是需要結(jié)合實(shí)際情況來(lái)考慮，如果一個(gè)函數(shù)本身比較復(fù)雜的話，那么對(duì)整體的性能影響并不大。

　　一個(gè)建議是對(duì)于那些會(huì)調(diào)用很多次，本身功能又比較簡(jiǎn)單的函數(shù)，可以適當(dāng)取一些言簡(jiǎn)意賅的名字。

函數(shù)個(gè)數(shù)對(duì)性能的影響

測(cè)試方法

　　在以下三種環(huán)境下進(jìn)行函數(shù)調(diào)用測(cè)試，分析結(jié)果：1.程序僅包含1個(gè)函數(shù) 2.程序包含100個(gè)函數(shù) 3.程序包含1000個(gè)函數(shù)。

　　測(cè)試這三種情況下每秒所能調(diào)用的函數(shù)次數(shù)

測(cè)試結(jié)果如下圖

結(jié)果分析

　　從測(cè)試結(jié)果可以看出，這三種情況下性能幾乎相同，函數(shù)個(gè)數(shù)增加時(shí)性能下降微乎其微，可以忽略。

　　從實(shí)現(xiàn)原理分析，幾種實(shí)現(xiàn)下唯一的區(qū)別在于函數(shù)獲取的部分。如前文所述，所有的函數(shù)都放在一個(gè)hash表中，在不同個(gè)數(shù)下查找效率都應(yīng)該還是接近于O(1)，所以性能差距不大。

不同類型函數(shù)調(diào)用消耗

測(cè)試方法

　　選取用戶函數(shù)、類方法、靜態(tài)方法、內(nèi)置函數(shù)各一種，函數(shù)本身不做任何事情，直接返回，主要測(cè)試空函數(shù)調(diào)用的消耗。測(cè)試結(jié)果為每秒可執(zhí)行次數(shù)

　　測(cè)試中為去除其他影響，所有函數(shù)名字長(zhǎng)度相同

測(cè)試結(jié)果如下圖

結(jié)果分析

　　通過(guò)測(cè)試結(jié)果可以看到，對(duì)于用戶自己編寫的php函數(shù)，不管是哪種類型，其效率是差不多的，均在280w/s左右。如我們預(yù) 期，即使是空調(diào)，內(nèi)置函數(shù)其效率也要高很多，達(dá)到780w/s，是前者是3倍。可見，內(nèi)置函數(shù)調(diào)用的開銷還是遠(yuǎn)低于用戶函數(shù)。從前面原理分析可知主要差距 在于用戶函數(shù)調(diào)用時(shí)初始化符號(hào)表、接收參數(shù)等操作。

內(nèi)置函數(shù)和用戶函數(shù)性能對(duì)比

測(cè)試方法

　　內(nèi)置函數(shù)和用戶函數(shù)的性能對(duì)比，這里我們選取幾個(gè)常用的函數(shù)，然后用php實(shí)現(xiàn)相同功能的函數(shù)進(jìn)行一下性能對(duì)比。

　　測(cè)試中，我們選取字符串、數(shù)學(xué)、數(shù)組中各一個(gè)典型進(jìn)行對(duì)比，這幾個(gè)函數(shù)分別是字符串截取(substr)、10進(jìn)制轉(zhuǎn)2進(jìn)制(decbin)、求最小值(min)和返回?cái)?shù)組中的所以key(array_keys)。

測(cè)試結(jié)果如下圖

結(jié)果分析

　　從測(cè)試結(jié)果可以看出，如我們預(yù)期，內(nèi)置函數(shù)在總體性能上遠(yuǎn)高于普通用戶函數(shù)。尤其對(duì)于涉及到字符串類操作的函數(shù)，差距達(dá)到了1個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，函數(shù)使用的一個(gè)原則就是如果某功能有相應(yīng)的內(nèi)置函數(shù)，盡量使用它而不是自己編寫php函數(shù)。

　　對(duì)于一些涉及到大量字符串操作的功能，為提高性能，可以考慮用擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn)。比如常見的富文本過(guò)濾等。

　　和C函數(shù)性能對(duì)比

測(cè)試方法

　　我們選取字符串操作和算術(shù)運(yùn)算各3種函數(shù)進(jìn)行比對(duì)，php用擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)。三種函數(shù)是簡(jiǎn)單的一次算法運(yùn)算、字符串比較和多次的算法運(yùn)算。

　　除了本身的兩類函數(shù)外，還會(huì)測(cè)試將函數(shù)空調(diào)開銷去掉后的性能，一方面比對(duì)一下兩種函數(shù)（c和php內(nèi)置）本身的性能差異，另外就是側(cè)面印證空調(diào)函數(shù)的消耗

　　測(cè)試點(diǎn)為執(zhí)行10w次操作的時(shí)間消耗

測(cè)試結(jié)果如下圖

結(jié)果分析

　　內(nèi)置函數(shù)和C函數(shù)的開銷在去掉php函數(shù)空調(diào)用的影響后差距較小，隨著函數(shù)功能越來(lái)越復(fù)雜，雙方性能趨近于相同。這個(gè)從之前的函數(shù)實(shí)現(xiàn)分析中也容易得到論證，畢竟內(nèi)置函數(shù)就是C實(shí)現(xiàn)的。

　　函數(shù)功能越復(fù)雜，c和php的性能差距越小

　　相對(duì)c來(lái)說(shuō)，php函數(shù)調(diào)用的開銷大很多，對(duì)于簡(jiǎn)單函數(shù)來(lái)說(shuō)性能還是有一定影響。因此php中函數(shù)不宜嵌套封裝太深。

偽函數(shù)及其性能

　　在php中，有這樣一些函數(shù)，它們?cè)谑褂蒙鲜菢?biāo)準(zhǔn)的函數(shù)用法，但底層實(shí)現(xiàn)卻和真正函數(shù)調(diào)用完全不同，這些函數(shù)不屬于前文提到的三種function中的任何一類，其實(shí)質(zhì)是一條單獨(dú)的opcode，這里估且叫做偽函數(shù)或者指令函數(shù)。

　　如上所說(shuō)，偽函數(shù)使用起來(lái)和標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)并無(wú)二致，看起來(lái)具有相同的特征。但是他們最終執(zhí)行的時(shí)候是被zend反映成了一條對(duì)應(yīng)的指令（opcode）來(lái)調(diào)用，因此其實(shí)現(xiàn)更接近于if、for、算術(shù)運(yùn)算等操作。

php中的偽函數(shù)

　?。?、isset

　?。病mpty

　?。场nset

　?。?、eval

　　通過(guò)上面的介紹可以看出，偽函數(shù)由于被直接翻譯成指令來(lái)執(zhí)行，和普通函數(shù)相比少了一次函數(shù)調(diào)用所帶來(lái)的開銷，因此性能會(huì)更好一些。我們通過(guò)如下測(cè)試來(lái)做一個(gè)對(duì)比。 Array_key_exists和isset兩者都可以判斷數(shù)組中某個(gè)key是否存在，看一下他們的性能

　　從圖上可以看出，和array_key_exists相比，isset性能要高出很多，基本是前者的4倍左右，而即使是和空函數(shù)調(diào)用相比，其性能也要高出1倍左右。由此也側(cè)面印證再次說(shuō)明了php函數(shù)調(diào)用的開銷還是比較大的。

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