PHP5.6的变量 zval 结构

环境 PHP5.6

众所周知，PHP是弱类型语言，而C是强类型语言。那强类型语言C是怎么实现弱类型PHP语言的呢，变量在C中是如何定义的呢？

_zval_struct 结构

typedef struct _zval_struct zval;

// PHP使用这个结构来存储变量的所有数据

struct _zval_struct {

    /* Variable information */

    zvalue_value value;     /* value 存储变量的值 */

    zend_uint refcount__gc; /* 表示引用计数 */

    zend_uchar type;    /* active type 存储变量的类型 type字段就是实现弱类型最关键的字段*/

    zend_uchar is_ref__gc;  /* 表示是否引用 */

};

value 存储变量的值
type 存储变量的类型 (8种数据类型)
- IS_NULL
- IS_BOOL
- IS_LONG
- IS_DOUBLE
- IS_STRING
- IS_ARRAY
- IS_OBJECT
- IS_RESOURCE
refcount__gc 引用计数默认为1
is_ref__gc 是否引用默认为0

zvalue_value_zval_struct 结构

变量的值存储在zvalue_value联合体中，结构体定义如下

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;      

    zend_ast *ast;

} zvalue_value;

** IS_NULL ** _zval_struct结构中type标记为NULL类型，_zvalue_value不存储。
** IS_BOOL ** _zval_struct结构中type标记为BOOL类型，_zvalue_value中lval存储，0(false) 和1(true)
** IS_LONG ** _zval_struct结构中type标记为INT类型，_zvalue_value中lval存储，
- 这是一个有符号整数类型，即它可以存储正整数和负整数。但是不适合位(&, ,^)操作
- 64位UNIX操作系统占8个字节，64位windows操作系统占4个字节。所以在不同的操作系统中，存储的整型范围不同。
** IS_DOUBLE ** _zval_struct结构中type标记为DOUBLE类型，_zvalue_value中dval存储
- 根据IEEE-754指定的，采用8字节存储。
** IS_STRING ** _zval_struct结构中type标记为STRING类型，_zvalue_value中struct {char *val; int len; } str; 存储
- C中字符串是以\0结尾的字符数组，这里多存储了字符串的长度。空间换时间，strlen时间负责度O(1)
- 字符串foo长度为3，实际上存储是4。strlen("foo") == sizeof("foo") - 1
** IS_ARRAY ** _zval_struct结构中type标记为ARRAY类型，_zvalue_value中HashTable *ht存储
- PHP5.6 HashTable http://blog.xpisme.com/posts/PHP/2018/04/09/php-hashtable/
** IS_OBJECT ** _zval_struct结构中type标记为OBJECT类型，_zvalue_value中zend_object_value obj存储

// 对象Object结构体，php对象只有在运行时才会被创建。

typedef struct _zend_object_value {

    zend_object_handle handle; // unsigned int类型，EG(objects_store).object_buckets的索引 object对象值内容的zend_object_handle域就是当前对象在对象池中所在的索引

    const zend_object_handlers *handlers; // handlers字段则是将对象进行操作时的处理函数保存起来

} zend_object_value;

** IS_RESOURCE ** _zval_struct结构中type标记为RESOURCE类型，_zvalue_value中lval存储
- 资源(IS_RESOURCE)与对象相似，它们也存储一个惟一的ID，可以用来查找实际值。这个ID存储在long lval成员中

类型存储对应关系

有意思的宏

zval *zv_ptr = /* 假设有zval结构的值 */;

if (zv_ptr->type == IS_LONG) {

    php_printf("Zval 是一个长整型，其值为 %ld\n", zv_ptr->value.lval);

} else /* ... 处理其他类型 */

在定义了宏后，操作变得更简单了

zval *zv_ptr = /* ... */;

if (Z_TYPE_P(zv_ptr) == IS_LONG) {

    php_printf("Zval 是一个长整型，其值为 %ld\n", Z_LVAL_P(zv_ptr));

} else /* ... */

Z_TYPE_P宏取的是zval的type值，Z_LVAL_P宏取的是zval的lval字段值。

#define Z_TYPE(zval)        (zval).type

#define Z_TYPE_P(zval_p)    Z_TYPE(*zval_p)

#define Z_LVAL_P(zval_p)        Z_LVAL(*zval_p)

#define Z_LVAL(zval)            (zval).value.lval

有意思的打印函数

switch (Z_TYPE_P(zv_ptr)) {

    case IS_NULL:

        php_printf("NULL: null\n");

        break;

    case IS_BOOL:

        if (Z_BVAL_P(zv_ptr)) {

            php_printf("BOOL: true\n");

        } else {

            php_printf("BOOL: false\n");

        }

        break;

    case IS_LONG:

        php_printf("LONG: %ld\n", Z_LVAL_P(zv_ptr));

        break;

    case IS_DOUBLE:

        php_printf("DOUBLE: %g\n", Z_DVAL_P(zv_ptr));

        break;

    case IS_STRING:

        php_printf("STRING: value=\"");

        PHPWRITE(Z_STRVAL_P(zv_ptr), Z_STRLEN_P(zv_ptr));

        php_printf("\", length=%d\n", Z_STRLEN_P(zv_ptr));

        break;

    case IS_RESOURCE:

        php_printf("RESOURCE: id=%ld\n", Z_RESVAL_P(zv_ptr));

        break;

    case IS_ARRAY:

        php_printf("ARRAY: hashtable=%p\n", Z_ARRVAL_P(zv_ptr));

        break;

    case IS_OBJECT:

        php_printf("OBJECT: ???\n");

        break;

}

变量的引用计数和写时复制

假如我们定义了一个变量然后赋值给另外一个变量，可能后面都只是只读操作，硬拷贝就会有多余的一份数据。解决方案是：引用计数+写时复制

xdebug扩展安装：http://blog.xpisme.com/posts/PHP/2018/04/08/build-enviorment-for-php/

引用计数

$a = 'hello';

xdebug_debug_zval('a'); //refcount只有变量a在引用 所以为1

$b = $a;

xdebug_debug_zval('a'); //refcount有变量a和变量b在引用 所以为2

$c = $b;

xdebug_debug_zval('a'); //refcount有变量a、b、c在引用 所以为3

unset($b);

xdebug_debug_zval('a'); //refcount有变量a、c在引用，所以为2

输出

a: (refcount=1, is_ref=0)=1

a: (refcount=2, is_ref=0)=1

a: (refcount=3, is_ref=0)=1

a: (refcount=2, is_ref=0)=1

图解

写时复制

$a = 'hello';

xdebug_debug_zval('a'); //refcount只有变量a在引用 所以为1

$b = $a;

xdebug_debug_zval('a'); //refcount有变量a和变量b在引用 所以为2

$c = $b;

xdebug_debug_zval('a'); //refcount有变量a、b、c在引用 所以为3

$a = 'world';  // $a 与 $b,$c 存储分离

xdebug_debug_zval('a'); //refcount只有变量a在引用 所以为1

xdebug_debug_zval('b'); //refcount有变量b和变量c在引用 所以为2

输出

a: (refcount=1, is_ref=0)=1

a: (refcount=2, is_ref=0)=1

a: (refcount=3, is_ref=0)=1

a: (refcount=1, is_ref=0)=2

b: (refcount=2, is_ref=0)=1

图解

参考资料

http://www.phpinternalsbook.com/zvals/basic_structure.html

http://www.php-internals.com/book/?p=chapt03/03-01-00-variables-structure