PHP中變量的實(shí)現(xiàn)方法

這期內(nèi)容當(dāng)中小編將會(huì)給大家?guī)?lái)有關(guān)PHP中變量的實(shí)現(xiàn)方法，文章內(nèi)容豐富且以專業(yè)的角度為大家分析和敘述，閱讀完這篇文章希望大家可以有所收獲。

變量是用于存儲(chǔ)信息的"容器"：

與代數(shù)類似，可以給 PHP 變量賦予某個(gè)值（x=5）或者表達(dá)式（z=x+y）。

變量可以是很短的名稱（如 x 和 y）或者更具描述性的名稱（如 age、carname、totalvolume）。

PHP 變量規(guī)則：

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PHP變量實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是zval，各種類型的實(shí)現(xiàn)均基于此結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，是PHP中最基礎(chǔ)的一個(gè)結(jié)構(gòu)，每個(gè)PHP變量都對(duì)應(yīng)一個(gè)zval，下面就看下這個(gè)結(jié)構(gòu)以及PHP變量的內(nèi)存管理機(jī)制。

zval結(jié)構(gòu)

zval結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，內(nèi)嵌一個(gè)union類型的zend_value保存具體變量類型的值或指針，zval中還有兩個(gè)union：u1、u2:

• u1：它的意義比較直觀，變量的類型就通過u1.type區(qū)分，另外一個(gè)值type_flags為類型掩碼，在變量的內(nèi)存管理、gc機(jī)制中會(huì)用到，第三部分會(huì)詳細(xì)分析，至于后面兩個(gè)const_flags、reserved暫且不管

• u2：這個(gè)值純粹是個(gè)輔助值，假如zval只有:value、u1兩個(gè)值，整個(gè)zval的大小也會(huì)對(duì)齊到16byte，既然不管有沒有u2大小都是16byte，把多余的4byte拿出來(lái)用于一些特殊用途還是很劃算的，比如next在哈希表解決哈希沖突時(shí)會(huì)用到，還有fe_pos在foreach會(huì)用到......

從zend_value可以看出，除long、double類型直接存儲(chǔ)值外，其它類型都為指針，指向各自的結(jié)構(gòu)。

類型

zval.u1.type類型：

標(biāo)量類型

最簡(jiǎn)單的類型是true、false、long、double、null，其中true、false、null沒有value，直接根據(jù)type區(qū)分，而long、double的值則直接存在value中：zend_long、double，也就是標(biāo)量類型不需要額外的value指針。

字符串

PHP中字符串通過zend_string表示:

• gc：變量引用信息，比如當(dāng)前value的引用數(shù)，所有用到引用計(jì)數(shù)的變量類型都會(huì)有這個(gè)結(jié)構(gòu)，3.1節(jié)會(huì)詳細(xì)分析

• h：哈希值，數(shù)組中計(jì)算索引時(shí)會(huì)用到

• len：字符串長(zhǎng)度，通過這個(gè)值保證二進(jìn)制安全

• val：字符串內(nèi)容，變長(zhǎng)struct，分配時(shí)按len長(zhǎng)度申請(qǐng)內(nèi)存

事實(shí)上字符串又可具體分為幾類：IS_STR_PERSISTENT(通過malloc分配的)、IS_STR_INTERNED(php代碼里寫的一些字面量，比如函數(shù)名、變量值)、IS_STR_PERMANENT(永久值，生命周期大于request)、IS_STR_CONSTANT(常量)、IS_STR_CONSTANT_UNQUALIFIED，這個(gè)信息通過flag保存：zval.value->gc.u.flags，后面用到的時(shí)候再具體分析。

數(shù)組

array是PHP中非常強(qiáng)大的一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它的底層實(shí)現(xiàn)就是普通的有序HashTable，這里簡(jiǎn)單看下它的結(jié)構(gòu)，下一節(jié)會(huì)單獨(dú)分析數(shù)組的實(shí)現(xiàn)。

對(duì)象/資源

對(duì)象比較常見，資源指的是tcp連接、文件句柄等等類型，這種類型比較靈活，可以隨意定義struct，通過ptr指向，后面會(huì)單獨(dú)分析這種類型，這里不再多說(shuō)。

引用

引用是PHP中比較特殊的一種類型，它實(shí)際是指向另外一個(gè)PHP變量，對(duì)它的修改會(huì)直接改動(dòng)實(shí)際指向的zval，可以簡(jiǎn)單的理解為C中的指針，在PHP中通過&操作符產(chǎn)生一個(gè)引用變量，也就是說(shuō)不管以前的類型是什么，&首先會(huì)將新生成一個(gè)zval，類型為IS_REFERENCE，然后將val的value指向原來(lái)zval的value。

結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，除了公共部分zend_refcounted_h外只有一個(gè)val，舉個(gè)示例看下具體的結(jié)構(gòu)關(guān)系：

最終的結(jié)果如圖：

注意：引用只能通過&產(chǎn)生，無(wú)法通過賦值傳遞，比如：

$b = &$a這時(shí)候$a、$b的類型是引用，但是$c = $b并不會(huì)直接將$b賦值給$c，而是把$b實(shí)際指向的zval賦值給$c，如果想要$c也是一個(gè)引用則需要這么操作：

這個(gè)也表示PHP中的引用只可能有一層，不會(huì)出現(xiàn)一個(gè)引用指向另外一個(gè)引用的情況，也就是沒有C語(yǔ)言中指針的指針的概念。

內(nèi)存管理

接下來(lái)分析下變量的分配、銷毀。

在分析變量?jī)?nèi)存管理之前我們先自己想一下可能的實(shí)現(xiàn)方案，最簡(jiǎn)單的處理方式：定義變量時(shí)alloc一個(gè)zval及對(duì)應(yīng)的value結(jié)構(gòu)(ref/arr/str/res...)，賦值、函數(shù)傳參時(shí)硬拷貝一個(gè)副本，這樣各變量最終的值完全都是獨(dú)立的，不會(huì)出現(xiàn)多個(gè)變量同時(shí)共用一個(gè)value的情況，在執(zhí)行完以后直接將各變量及value結(jié)構(gòu)free掉。

這種方式是可行的，而且內(nèi)存管理也很簡(jiǎn)單，但是，硬拷貝帶來(lái)的一個(gè)問題是效率低，比如我們定義了一個(gè)變量然后賦值給另外一個(gè)變量，可能后面都只是只讀操作，假如硬拷貝的話就會(huì)有多余的一份數(shù)據(jù)，這個(gè)問題的解決方案是：引用計(jì)數(shù)+寫時(shí)復(fù)制。PHP變量的管理正是基于這兩點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的。

引用計(jì)數(shù)

引用計(jì)數(shù)是指在value中增加一個(gè)字段refcount記錄指向當(dāng)前value的數(shù)量，變量復(fù)制、函數(shù)傳參時(shí)并不直接硬拷貝一份value數(shù)據(jù)，而是將refcount++，變量銷毀時(shí)將refcount--，等到refcount減為0時(shí)表示已經(jīng)沒有變量引用這個(gè)value，將它銷毀即可。

引用計(jì)數(shù)的信息位于給具體value結(jié)構(gòu)的gc中：

從上面的zend_value結(jié)構(gòu)可以看出并不是所有的數(shù)據(jù)類型都會(huì)用到引用計(jì)數(shù)，long、double直接都是硬拷貝，只有value是指針的那幾種類型才可能會(huì)用到引用計(jì)數(shù)。

下面再看一個(gè)例子：

$a = "hi~";$b = $a;

猜測(cè)一下變量$a/$b的引用情況。

這個(gè)不跟上面的例子一樣嗎？字符串"hi~"有$a/$b兩個(gè)引用，所以zend_string1(refcount=2)。但是這是錯(cuò)的，gdb調(diào)試發(fā)現(xiàn)上面例子zend_string的引用計(jì)數(shù)為0。這是為什么呢？

$a,$b -> zend_string_1(refcount=0,val="hi~")

事實(shí)上并不是所有的PHP變量都會(huì)用到引用計(jì)數(shù)，標(biāo)量：true/false/double/long/null是硬拷貝自然不需要這種機(jī)制，但是除了這幾個(gè)還有兩個(gè)特殊的類型也不會(huì)用到：interned string(內(nèi)部字符串，就是上面提到的字符串flag：IS_STR_INTERNED)、immutable array，它們的type是IS_STRING、IS_ARRAY，與普通string、array類型相同，那怎么區(qū)分一個(gè)value是否支持引用計(jì)數(shù)呢？還記得zval.u1中那個(gè)類型掩碼type_flag嗎？正是通過這個(gè)字段標(biāo)識(shí)的，這個(gè)字段除了標(biāo)識(shí)value是否支持引用計(jì)數(shù)外還有其它幾個(gè)標(biāo)識(shí)位，按位分割，注意：type_flag與zval.value->gc.u.flag不是一個(gè)值。

支持引用計(jì)數(shù)的value類型其zval.u1.type_flag包含(注意是&，不是等于)IS_TYPE_REFCOUNTED：

#define IS_TYPE_REFCOUNTED          (1<<2)

下面具體列下哪些類型會(huì)有這個(gè)標(biāo)識(shí)：

|     type       | refcounted |
+----------------+------------+
|simple types    |            |
|string          |      Y     |
|interned string |            |
|array           |      Y     |
|immutable array |            |
|object          |      Y     |
|resource        |      Y     |
|reference       |      Y     |

simple types很顯然用不到，不再解釋，string、array、object、resource、reference有引用計(jì)數(shù)機(jī)制也很容易理解，下面具體解釋下另外兩個(gè)特殊的類型：

• interned string：內(nèi)部字符串，這是種什么類型？我們?cè)赑HP中寫的所有字符都可以認(rèn)為是這種類型，比如function name、class name、variable name、靜態(tài)字符串等等，我們這樣定義:$a = "hi~;"后面的字符串內(nèi)容是唯一不變的，這些字符串等同于C語(yǔ)言中定義在靜態(tài)變量區(qū)的字符串：char *a = "hi~";，這些字符串的生命周期為request期間，request完成后會(huì)統(tǒng)一銷毀釋放，自然也就無(wú)需在運(yùn)行期間通過引用計(jì)數(shù)管理內(nèi)存。

• immutable array：只有在用opcache的時(shí)候才會(huì)用到這種類型，不清楚具體實(shí)現(xiàn)，暫時(shí)忽略。

寫時(shí)復(fù)制

上一小節(jié)介紹了引用計(jì)數(shù)，多個(gè)變量可能指向同一個(gè)value，然后通過refcount統(tǒng)計(jì)引用數(shù)，這時(shí)候如果其中一個(gè)變量試圖更改value的內(nèi)容則會(huì)重新拷貝一份value修改，同時(shí)斷開舊的指向，寫時(shí)復(fù)制的機(jī)制在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有非常廣的應(yīng)用，它只有在必要的時(shí)候(寫)才會(huì)發(fā)生硬拷貝，可以很好的提高效率，下面從示例看下：

$a = array(1,2);$b = &$a;$c = $a;//發(fā)生分離$b[] = 3;

最終的結(jié)果：

不是所有類型都可以copy的，比如對(duì)象、資源，實(shí)時(shí)上只有string、array兩種支持，與引用計(jì)數(shù)相同，也是通過zval.u1.type_flag標(biāo)識(shí)value是否可復(fù)制的：

#define IS_TYPE_COLLECTABLE         (1<<3)

|     type       |  copyable  |
+----------------+------------+
|simple types    |            |
|string          |      Y     |
|interned string |            |
|array           |      Y     |
|immutable array |            |
|object          |            |
|resource        |            |
|reference       |            |

copyable的意思是當(dāng)value發(fā)生duplication時(shí)是否需要copy，這個(gè)具體有兩種情形下會(huì)發(fā)生：

• a.從literal變量區(qū)復(fù)制到局部變量區(qū)，比如：$a = [];實(shí)際會(huì)有兩個(gè)數(shù)組，而$a = "hi~";//interned string則只有一個(gè)string

• b.局部變量區(qū)分離時(shí)(寫時(shí)復(fù)制)：如改變變量?jī)?nèi)容時(shí)引用計(jì)數(shù)大于1則需要分離，$a = [];$b = $a; $b[] = 1;這里會(huì)分離，類型是array所以可以復(fù)制，如果是對(duì)象：$a = new user;$b = $a;$a->name = "dd";這種情況是不會(huì)復(fù)制object的，$a、$b指向的對(duì)象還是同一個(gè)

具體literal、局部變量區(qū)變量的初始化、賦值后面編譯、執(zhí)行兩篇文章會(huì)具體分析，這里知道變量有個(gè)copyable的屬性就行了。

變量回收

PHP變量的回收主要有兩種：主動(dòng)銷毀、自動(dòng)銷毀。主動(dòng)銷毀指的就是unset，而自動(dòng)銷毀就是PHP的自動(dòng)管理機(jī)制，在return時(shí)減掉局部變量的refcount，即使沒有顯式的return，PHP也會(huì)自動(dòng)給加上這個(gè)操作。

垃圾回收

PHP變量的回收是根據(jù)refcount實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)unset、return時(shí)會(huì)將變量的引用計(jì)數(shù)減掉，如果refcount減到0則直接釋放value，這是變量的簡(jiǎn)單gc過程，但是實(shí)際過程中出現(xiàn)gc無(wú)法回收導(dǎo)致內(nèi)存泄漏的bug，先看下一個(gè)例子：

$a = [1];$a[] = &$a;unset($a);

unset($a)之前引用關(guān)系：

unset($a)之后：

可以看到，unset($a)之后由于數(shù)組中有子元素指向$a，所以refcount > 0，無(wú)法通過簡(jiǎn)單的gc機(jī)制回收，這種變量就是垃圾，垃圾回收器要處理的就是這種情況，目前垃圾只會(huì)出現(xiàn)在array、object兩種類型中，所以只會(huì)針對(duì)這兩種情況作特殊處理：當(dāng)銷毀一個(gè)變量時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)減掉refcount后仍然大于0，且類型是IS_ARRAY、IS_OBJECT則將此value放入gc可能垃圾雙向鏈表中，等這個(gè)鏈表達(dá)到一定數(shù)量后啟動(dòng)檢查程序?qū)⑺凶兞繖z查一遍，如果確定是垃圾則銷毀釋放。

標(biāo)識(shí)變量是否需要回收也是通過u1.type_flag區(qū)分的：

#define IS_TYPE_COLLECTABLE

|     type       | collectable |
+----------------+-------------+
|simple types    |             |
|string          |             |
|interned string |             |
|array           |      Y      |
|immutable array |             |
|object          |      Y      |
|resource        |             |
|reference       |             |

具體的垃圾回收過程這里不再介紹。

上述就是小編為大家分享的PHP中變量的實(shí)現(xiàn)方法了，如果剛好有類似的疑惑，不妨參照上述分析進(jìn)行理解。如果想知道更多相關(guān)知識(shí)，歡迎關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道。