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  • 太原PHP培训机构:PHP 的变量实现

    发布:太原PHP培训      来源:伯乐在线      时间:2016-06-17

  • 在”给PHP开发者的PHP源码”系列的第三篇文章,我们打算扩展上一篇文章来帮助理解PHP内部是怎么工作的。在第一篇文章,我们介绍了如何查看PHP的源码,它的代码结构是怎样的以及一些介绍给PHP开发者的C指针基础。第二篇文章介绍了函数。这一次,我们打算深入PHP最有用的结构之一:变量。

    进入ZVAL

    在PHP的核心代码中,变量被称为ZVAL。这个结构之所以那么重要是有原因的,不仅仅是因为PHP使用弱类型而C使用强类型。那么ZVAL是怎么解决这个问题的呢?要回答这个问题,我们需要认真的查看ZVAL类型的定义。要查看这个定义,让我们尝试在lxr页面的定义搜索框里搜索zval。乍一眼看去,我们似乎找不到任何有用的东西。但是有一行typedef在zend.h文件(typedef在C里面是一种定义新的数据类型的方式)。这个也许就是我们要找的东西,再继续查看。原来,这看起来是不相干的。这里并没有任何有用的东西。但为了确认一些,我们来点击_zval_struct这一行。

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    然后我们就得到PHP的基础,zval。看起来很简单,对吗?是的,没错,但这里还有一些很有意义的神奇的东西。注意,这是一个结构或结构体。基本上,这可以看作PHP里面的类,这些类只有公共的属性。这里,我们有四个属性:value,refcount__gc,type以及is_ref__gc。让我们来一一查看这些属性(省略它们的顺序)。

    Value

    我们第一个谈论的元素是value变量,它的类型是zvalue_value。我不认识你,但我也从来没有听说过zvalue_value。那么让我们尝试弄懂它是什么。跟网站的其他部分一样,你可以点击某个类型查看它的定义。一旦你点击了,你会看到它的定义跟下面的是一样的:

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    现在,这里有一些黑科技。看到那个union的定义吗?那意味着这不是真正的结构体,而是一个单独的类型。但是有多个类型的变量在里面。如果这里面有多种类型的话,那它怎么能作为单一的类型呢?我很高兴你问了这个问题。要理解这个问题,我们需要先回想我们在第一篇文章谈论的C语言中的类型。

    在C里面,变量只是一行内存地址的标签。也可以说类型只是标识哪一块内存将被使用的方式。在C里面没有使用任何东西将4个字节的字符串和整型值分隔开。它们都只是一整块的内存。编译器会尝试通过”标识”内存段作为变量来解析它,然后将这些变量转换为特定的类型,但这并不是总是成功(顺便说一句,当一个变量“重写”它得到的内存段,那将会产生段错误)。

    那么,据我们所知,union是单独的类型,它根据怎么被访问而使用不同的方式解释。这可以让我们定义一个值来支持多种类型。有一点要注意的是,所有类型的数据都必须使用同一块内存来存储。这个例子,在64位的编译器,long和double都会占用64个位来保存。字符串结构体会占用96位(64位存储字符指针,32位保存整型长度)。hash_table会占用64位,还有zend_object_value会占用96位(32位用来存储元素,剩下的64位来存储指针)。而整一个union会占用最大元素的内存大小,因此在这里就是96位。

    现在,如果再看清楚这个联合体(union),我们可以看到只有5种PHP数据类型在这里(long == int,double == float,str == string,hashtable == array,zend_object_value == object)。那么剩下的数据类型去了哪里呢?原来,这个结构体已经足够来存储剩余的数据类型。BOOL使用long(int)来存储,NULL不占用数据段,RESOURCE也使用long来存储。

    TYPE

    因为这个value联合体并没有控制它是怎么被访问的,我们需要其他方式来记录变量的类型。这里,我们可以通过数据类型来得出如何访问value的信息。它使用type这个字节来处理这个问题(zend_uchar是一个无符号的字符,或者内存中的一个字节)。它从zend类型常量保留这些信息。这真的是一种魔法,是需要使用zval.type = IS_LONG来定义整型数据。因此这个字段和value字段就足够让我们知道PHP变量的类型和值。

    IS_REF

    这个字段标识变量是否为引用。那就是说,如果你执行了在变量里执行了$foo = &$bar。如果它是0,那么变量就不是一个引用,如果它是1,那么变量就是一个引用。它并没有做太多的事情。那么,在我们结束_zval_struct之前,再看一看它的第四个成员。

    REFCOUNT

    这个变量是指向PHP变量容器的指针的计数器。也就是说,如果refcount是1,那就表示有一个PHP变量使用这个容器。如果refcount是2,那就表示有两个PHP变量指向同一个变量容器。单独的refcount变量并没有太多有用的信息,但如果它与is_ref一起使用,就构成了垃圾回收器和写时复制的基础。它允许我们使用同一个zval容器来保存一个或多个PHP变量。refcount的语义解释超出这篇文章的范围,如果你想继续深入,我推荐你查看这篇文档。

    这就是ZVAL的所有内容。

    它是怎么工作的?

    在PHP内部,zval使用跟其他C变量一样,作为内存段或者一个指向内存段的指针(或者指向指针的指针,等等),传递到函数。一旦我们有了变量,我们就想访问它里面的数据。那我们要怎么做到呢?我们使用定义在zend_operators.h文件里面的宏来跟zval一起使用,使得访问数据更简单。有一点很重要的是,每一个宏都有多个拷贝。不同的是它们的前缀。例如,要得出zval的类型,有Z_TYPE(zval)宏,这个宏返回一个整型数据来表示zval参数。但这里还有一个Z_TYPE(zval_p)宏,它跟Z_TYPE(zval)做的事情是一样的,但它返回的是指向zval的指针。事实上,除了参数的属性不一样之外,这两个函数是一样的,实际上,我们可以使用Z_TYPE(*zval_p),但_P和_PP让事情更简单。

    我们可以使用VAL这一类宏来获取zval的值。可以调用Z_LVAL(zval)来得到整型值(比如整型数据和资源数据)。调用Z_DVAL(zval)来得到浮点值。还有很多其他的,到这里到此为止。要注意的关键是,为了在C里面获取zval的值,你需要使用宏(或应该)。因此,当我们看见有函数使用它们时,我们就知道它是从zval里面提取它的值。

    那么,类型呢?

    到现在为止,我们知识谈论了类型和zval的值。我们都知道,PHP帮我们做了类型判断。因此,如果我们喜欢,我们可以将一个字符串当作一个整型值。我们把这一步叫做convert_to_type。要转换一个zval为string值,就调用convert_to_string函数。它会改变我们传递给函数的ZVAL的类型。因此,如果你看到有函数在调用这些函数,你就知道它是在转换参数的数据类型。

    Zend_Parse_Paramenters

    上一篇文章中,介绍了zend_parse_paramenters这个函数。既然我们知道PHP变量在C里面是怎么表示的,那我们就来深入看看。

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    现在,从表面上看,这看起来很迷惑。重点要理解的是,va_list类型只是一个使用’…‘的可变参数列表。因此,它跟PHP中的func_get_args()函数的构造差不多。有了这个东西,我们可以看到zend_parse_parameters函数马上调用zend_parse_va_args函数。我们继续往下看看这个函数…

    这个函数看起来很有趣。第一眼看去,它好像做了很多事情。但仔细看看。首先,我们可以看到一个for循环。这个for循环主要遍历从zend_parse_parameters传递过来的type_spec字符串。在循环里面我们可以看到它只是计算期望接收到的参数数量。它是如何做到这些的研究就留给读者。

    继续往下看,我么可以看到有一些合理的检查(检查参数是否都正确地传递),还有错误检查,检查是否传递了足够数量的参数。接下来进入一个我们感兴趣的循环。这个循环真正解析那些参数。在循环里面,我们可以看到有三个if语句。第一个处理可选参数的标识符。第二个处理var-args(参数的数量)。第三个if语句正是我们感兴趣的。可以看到,这里调用了zend_parse_arg()函数。让我们再深入看看这个函数…

    继续往下看,我们可以看到这里有一些非常有趣的事情。这个函数再调用另一个函数(zend_parse_arg_impl),然后得到一些错误信息。这在PHP里面是一种很常见的模式,将函数的错误处理工作提取到父函数。这样代码实现和错误处理就分开了,而且可以最大化地重用。你可以继续深入研究那个函数,非常容易理解。但我们现在仔细看看zend_parse_arg_impl()…

    现在,我们真正到了PHP内部函数解析参数的步骤。让我们看看第一个switch语句的分支,这个分支用来解析整型参数。接下来的应该很容易理解。那么,我们从分支的第一行开始吧:

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    如果你记得我们之前说的,va_args是C语言处理变量参数的方式。所以这里是定义一个整型指针(long在C里面是整型)。总之,它从va_arg函数里面得到指针。这说明,它得到传递给zend_parse_parameters函数的参数的指针。所以这就是我们会用分支结束后的值赋值的指针结果。接下来,我们可以看到进入一个根据传递进来的变量(zval)类型的分支。我们先看看IS_STRING分支(这一步会在传递整型值到字符串变量时执行)。

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    现在,这个做的事情并没有看起来的那么多。所有的事情都归结与is_numeric_string函数。总的来说,该函数检查字符串是否只包含整数字符,如果不是的话就返回0。如果是的话,它将该字符串解析到变量里(整型或浮点型,p或d),然后返回数据类型。所以我们可以看到,如果字符串不是纯数字,他返回“long”字符串。这个字符串用来包装错误处理函数。否则,如果字符串表示double(浮点型),它先检查这个浮点数作为整型数来存储的话是否太大,然后它使用zend_dval_to_lval函数来帮助解析浮点数到整型数。这就是我们所知道的。我们已经解析了我们的字符串参数。现在继续看看其他分支:

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    这里,我们可以看到解析浮点数的操作,这一步跟解析字符串里的浮点数相似(巧合?)。有一个很重要的事情要注意的是,如果参数的标识不是大写’L’,它会跟其他类型变量一样的处理方式(这个case语句没有break)。现在,我们还有一个有趣的函数,convert_to_long_ex()。这跟我们之前说到的convert_to_type()函数集合是一类的,该函数转换参数为特定的类型。唯一的不同是,如果参数不是引用的话(因为这个函数在改变数据类型),这个函数就将变量的值及其引用分离(拷贝)了。( The only difference is that it separates (copies) the passed in variable if it’s ot a reference (since it’s changing the type). )这就是写时复制的作用。因此,当我们传递一个浮点数到到一个非引用的整型变量,该函数会把它当作整型来处理,但我们仍然可以得到浮点型数据。

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    最后,我们还有另外三个case分支。我们可以看到,如果你传递一个数组、对象、资源或者其他不知道的类型到整型变量中,你会得到错误。

    剩下的部分我们留给读者。阅读zend_parse_arg_impl函数对更好地理解额PHP类型判断系统真的很有用。一部分一部分地读,然后尽量追踪在C里面的各种参数的状态和类型。

    下一部分 下一部分会在Nikic的博客(我们会在这个系列的文章来回跳转)。在下一篇,他会谈到数组的所有内容。

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