深入PHP使用技巧之变量

冷不防 2022-08-05 05:09 100阅读 0赞

总所周知，PHP与其他脚本语言一样属于弱变量类型的语言。同时PHP本身也是通过C语言来实现。本文主要介绍PHP内部是如何实现弱变量类型的，并且据此分析在PHP开发中的需要注意的一些使用技术。其中会重点分析PHP中的copy on write机制和引用相关方面的话题。本章节属于深入[《深入PHP使用技巧》][PHP]的第一部分。

# 如何实现弱变量 #

在了解PHP实现弱变量之前，可以先思考下：**如何通过C/C++来实现弱变量类型的效果呢？**  
这个问题我再BIT培训课上基本上有两种答案：  
方法1：**采用C++的继承机制**。首先定义一个基础类型

class Var 
    {
    };

然后基于Var，派生出不同的子类型IntVar/FloatVar/StringVar等等。  
方法2：**基于C语言的Struct**。其中一个字段用于标识类型，另外一个字段用于存储数据，由于数据要是各种类型，所以通常需要采用指针，比如：

struct var {
        int type;
        void *data;
    };

两种思路本身并没有太大区别，也都基本上能够满足需求。在PHP中采用了第二种思路，并且做了比较多的优化。在PHP中，所有变量都会对应同一种类型zval，其中zval也就是struct\_zval\_struct，具体定义如下：

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;
    } zvalue_value;
    struct _zval_struct {
        /* Variable information */
        zvalue_value value;     /* value */
        zend_uint refcount;
        zend_uchar type;    /* active type */
        zend_uchar is_ref;
    };

从zval可以看出，PHP在细节方面的确做了不少优化的功夫。  
1 zend\_uchar type。采用uchar节省内存。  
2 zvalue\_value value。采用union类替换void *，这样能节省空间，并且比void* 更能表义清晰。  
3 在字符串类型中，默认保留了字符串的长度。这样很容易做到字符串的二进制安全，并且在计算字符串长度的时候不需要进行扫描。

观察PHP弱变量的实现，也会有一下疑惑：  
1 为什么没有int类型呢？其实在PHP中是由的，只是说默认int数据就保存在long中。  
2 资源类型咋表现的呢？资源在PHP内部其实就是一数字。详细后续会介绍。  
3 refcount和is\_ref是干嘛的呢？

# Reference counting & Copy-on-Write #

PHP和其他语言类型，在其语法中有两种赋值方式：引用赋值和非引用赋值（普通的=赋值）。

<?php
        $a = 1;
        $b = $a; // 非引用赋值
        $c = &$a; // 引用赋值
    ?>

引用赋值和非引用赋值在PHP内部是如何实现的呢？一种通常的认识是：“引用赋值就是两个变量对应同一个zval，非引用赋值则是直接产生一个新的zval，同时把对应的值直接copy过来。”  
也就是该代码的内存结构如下：  
![该图时大多人认为的PHP内存结构，是错误的][PHP 1]  
（该图时大多人认为的PHP内存结构，是错误的）  
这样的确能够满足大部分情况下的需求，但显然不是最佳解决方案，尤其在内存管理上，比如说一下代码就会显得非常的低效。

<?php
        $arr = array(...); // 定义一个非常大的PHP数组
        myfunc($arr); // 每一个函数调用都试一次隐形的非引用赋值
    ?>

因为每次函数调用会进行一次内存dump，而大内存的内存dump非常耗CPU的。在C语言中一种解决方案是采用指针，所有函数调用尽量传递指针。的确很灵活高效，但也很难维护。指针可以说是C语言程序员心头的痛。还有一种更高级更有效的方法时采用引用计数（[Reference counting][])。

在PHP中，也可以采用引用来解决这样的问题，但你见过采用在PHP中大量使用引用的吗？显然很少。  
在PHP内核中，Zval的实现正是采用了引用计数的概念，说起引用计数就不得不谈到copy-on-write 机制。这样前面谈到的refcount和is\_ref就有作用了。

refcount：引用次数。在zval初始创建的时候就为1。每增加一个引用，则refcount ++。

is\_ref：用于表示一个zval是否是引用状态。zval初始化的情况下会是0，表示不是引用。

在Zend/Zend.h内部有一些关于ZVAL的宏定义，里面比较清晰的解析了引用计数的一些规则，其中重点关注以下几个宏定义

#define INIT_PZVAL(z)       \\
        (z)->refcount = 1;       \\
        (z)->is_ref = 0;
    #define SEPARATE_ZVAL_IF_NOT_REF(ppzv)      \\//非引用下的变量分离
        if (!PZVAL_IS_REF(*ppzv)) {             \\
            SEPARATE_ZVAL(ppzv);                \\
        }
    #define SEPARATE_ZVAL_TO_MAKE_IS_REF(ppzv)  \\//非引用下的变量分离，并且设置引用
        if (!PZVAL_IS_REF(*ppzv)) {             \\
            SEPARATE_ZVAL(ppzv);                \\
            (*(ppzv))->is_ref = 1;               \\
        }
    #define SEPARATE_ARG_IF_REF(varptr) \\     //引用下的变量分离
        if (PZVAL_IS_REF(varptr)) { \\
            zval *original_var = varptr; \\
            ALLOC_ZVAL(varptr); \\
            varptr->value = original_var->value; \\
            varptr->type = original_var->type; \\
            varptr->is_ref = 0; \\
            varptr->refcount = 1; \\
            zval_copy_ctor(varptr); \\
        } else { \\
            varptr->refcount++; \\
        }

这里面谈到两个重要的概念：

**1、非引用下的变量分离。**

非引用下的变量分离，是指在一堆非引用变量中插入引用的情况下，在PHP内部进行的一种内存操作。以下面的列子来看：

$a = 1;
    $b = $a;
    $c = &$b;

在前两句执行之后，内存结构如下图  
![这里写图片描述][20150607162851692]

在第三句 `$c = &$b`;语句中则会执行“非引用下的变量分离。”，具体步骤是：

将b分离出来，同时把a对应的zval的refcount-1。

copy 出一个新的zval，并把zval的is\_ref设置成1.

把C指向这个新的zval，同时refcount ++

最终效果如下图：  
![这里写图片描述][20150607163003031]

**2、引用下的变量分离。**

引用下的变量分离，是指在一堆引用变量中进行一个非引用赋值操作，这个时候会直接执行copy内存的操作。

以下面的例子来说

$a = 1;
    $b = &$a;
    $c = $b;

在执行完前两行后，PHP中内存结构如下：  
![这里写图片描述][20150607163121202]  
在第三句，则会执行“引用下的变量分离”也就是真正的copy，最终内存结构如下图  
![这里写图片描述][20150607163151903]  
据此，基本上对PHP变量内部的一些原理比较清楚了，但还有一些需要注意点的：

1、PHP变量的引用计数特性，对于数组同样也存在。但注意，对于key则不生效。(具体在后面章节会分析到。)

2、PHP变量中的对象比较特殊，在PHP5之后，默认都是采用引用赋值的方式。具体实现可以参考Zend\_objects.\*系列代码。

3、对于分析PHP内部变量，推荐采用xdebug\_debug\_zval，而不要采用内置的debug\_zval\_dump。因为PHP内置的debug\_zval\_dump函数一方面无法处理is\_ref，而且采用了引用的方式来处理，从而导致看到结果会有误解。

# 使用技巧结论 #

据此可以得出分析出不少结论：

1、在PHP开发中不推荐采用引用。因为PHP内部对内存优化本身做了不少工作，引用不会带来太多优化。(但注意推荐非强制)

2、在PHP中strlen是o(1)的。  
转自：[深入PHP使用技巧之变量][PHP 2]

[PHP]: http://www.xlqtech.com/php-using-internal/
[PHP 1]: /images/20220805/f3879e35a7684b69b50b56d8975c0420.png
[Reference counting]: http://en.wikipedia.org/wiki/Reference_counting
[20150607162851692]: /images/20220805/b18d293d54404d4f999dcc60e23c2a83.png
[20150607163003031]: /images/20220805/d69f127761a7401480ceaf8b6493c8c0.png
[20150607163121202]: /images/20220805/e4280d418ac2443a99d851ae98b26374.png
[20150607163151903]: /images/20220805/293fcaba16274918af404ef24d121bc2.png
[PHP 2]: http://blogread.cn/it/article/4870?f=wb#original