PHP中變量的實現方法

這期內容當中小編將會給大家帶來有關PHP中變量的實現方法，文章內容豐富且以專業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。

變量是用于存儲信息的"容器"：

與代數類似，可以給 PHP 變量賦予某個值（x=5）或者表達式（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 變量規則：

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PHP變量實現的基礎結構是zval，各種類型的實現均基于此結構實現，是PHP中最基礎的一個結構，每個PHP變量都對應一個zval，下面就看下這個結構以及PHP變量的內存管理機制。

zval結構

zval結構比較簡單，內嵌一個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union：u1、u2:

• u1：它的意義比較直觀，變量的類型就通過u1.type區分，另外一個值type_flags為類型掩碼，在變量的內存管理、gc機制中會用到，第三部分會詳細分析，至于后面兩個const_flags、reserved暫且不管

• u2：這個值純粹是個輔助值，假如zval只有:value、u1兩個值，整個zval的大小也會對齊到16byte，既然不管有沒有u2大小都是16byte，把多余的4byte拿出來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會用到，還有fe_pos在foreach會用到......

從zend_value可以看出，除long、double類型直接存儲值外，其它類型都為指針，指向各自的結構。

類型

zval.u1.type類型：

標量類型

最簡單的類型是true、false、long、double、null，其中true、false、null沒有value，直接根據type區分，而long、double的值則直接存在value中：zend_long、double，也就是標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，比如當前value的引用數，所有用到引用計數的變量類型都會有這個結構，3.1節會詳細分析

• h：哈希值，數組中計算索引時會用到

• len：字符串長度，通過這個值保證二進制安全

• val：字符串內容，變長struct，分配時按len長度申請內存

事實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，這個信息通過flag保存：zval.value->gc.u.flags，后面用到的時候再具體分析。

數組

array是PHP中非常強大的一個數據結構，它的底層實現就是普通的有序HashTable，這里簡單看下它的結構，下一節會單獨分析數組的實現。

對象/資源

對象比較常見，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，后面會單獨分析這種類型，這里不再多說。

引用

引用是PHP中比較特殊的一種類型，它實際是指向另外一個PHP變量，對它的修改會直接改動實際指向的zval，可以簡單的理解為C中的指針，在PHP中通過&操作符產生一個引用變量，也就是說不管以前的類型是什么，&首先會將新生成一個zval，類型為IS_REFERENCE，然后將val的value指向原來zval的value。

結構非常簡單，除了公共部分zend_refcounted_h外只有一個val，舉個示例看下具體的結構關系：

最終的結果如圖：

注意：引用只能通過&產生，無法通過賦值傳遞，比如：

$b = &$a這時候$a、$b的類型是引用，但是$c = $b并不會直接將$b賦值給$c，而是把$b實際指向的zval賦值給$c，如果想要$c也是一個引用則需要這么操作：

這個也表示PHP中的引用只可能有一層，不會出現一個引用指向另外一個引用的情況，也就是沒有C語言中指針的指針的概念。

內存管理

接下來分析下變量的分配、銷毀。

在分析變量內存管理之前我們先自己想一下可能的實現方案，最簡單的處理方式：定義變量時alloc一個zval及對應的value結構(ref/arr/str/res...)，賦值、函數傳參時硬拷貝一個副本，這樣各變量最終的值完全都是獨立的，不會出現多個變量同時共用一個value的情況，在執行完以后直接將各變量及value結構free掉。

這種方式是可行的，而且內存管理也很簡單，但是，硬拷貝帶來的一個問題是效率低，比如我們定義了一個變量然后賦值給另外一個變量，可能后面都只是只讀操作，假如硬拷貝的話就會有多余的一份數據，這個問題的解決方案是：引用計數+寫時復制。PHP變量的管理正是基于這兩點實現的。

引用計數

引用計數是指在value中增加一個字段refcount記錄指向當前value的數量，變量復制、函數傳參時并不直接硬拷貝一份value數據，而是將refcount++，變量銷毀時將refcount--，等到refcount減為0時表示已經沒有變量引用這個value，將它銷毀即可。

引用計數的信息位于給具體value結構的gc中：

從上面的zend_value結構可以看出并不是所有的數據類型都會用到引用計數，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用到引用計數。

下面再看一個例子：

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

猜測一下變量$a/$b的引用情況。

這個不跟上面的例子一樣嗎？字符串"hi~"有$a/$b兩個引用，所以zend_string1(refcount=2)。但是這是錯的，gdb調試發現上面例子zend_string的引用計數為0。這是為什么呢？

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

事實上并不是所有的PHP變量都會用到引用計數，標量：true/false/double/long/null是硬拷貝自然不需要這種機制，但是除了這幾個還有兩個特殊的類型也不會用到：interned string(內部字符串，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，那怎么區分一個value是否支持引用計數呢？還記得zval.u1中那個類型掩碼type_flag嗎？正是通過這個字段標識的，這個字段除了標識value是否支持引用計數外還有其它幾個標識位，按位分割，注意：type_flag與zval.value->gc.u.flag不是一個值。

支持引用計數的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有這個標識：

|     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有引用計數機制也很容易理解，下面具體解釋下另外兩個特殊的類型：

• interned string：內部字符串，這是種什么類型？我們在PHP中寫的所有字符都可以認為是這種類型，比如function name、class name、variable name、靜態字符串等等，我們這樣定義:$a = "hi~;"后面的字符串內容是唯一不變的，這些字符串等同于C語言中定義在靜態變量區的字符串：char *a = "hi~";，這些字符串的生命周期為request期間，request完成后會統一銷毀釋放，自然也就無需在運行期間通過引用計數管理內存。

• immutable array：只有在用opcache的時候才會用到這種類型，不清楚具體實現，暫時忽略。

寫時復制

上一小節介紹了引用計數，多個變量可能指向同一個value，然后通過refcount統計引用數，這時候如果其中一個變量試圖更改value的內容則會重新拷貝一份value修改，同時斷開舊的指向，寫時復制的機制在計算機系統中有非常廣的應用，它只有在必要的時候(寫)才會發生硬拷貝，可以很好的提高效率，下面從示例看下：

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

最終的結果：

不是所有類型都可以copy的，比如對象、資源，實時上只有string、array兩種支持，與引用計數相同，也是通過zval.u1.type_flag標識value是否可復制的：

#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value發生duplication時是否需要copy，這個具體有兩種情形下會發生：

• a.從literal變量區復制到局部變量區，比如：$a = [];實際會有兩個數組，而$a = "hi~";//interned string則只有一個string

• b.局部變量區分離時(寫時復制)：如改變變量內容時引用計數大于1則需要分離，$a = [];$b = $a; $b[] = 1;這里會分離，類型是array所以可以復制，如果是對象：$a = new user;$b = $a;$a->name = "dd";這種情況是不會復制object的，$a、$b指向的對象還是同一個

具體literal、局部變量區變量的初始化、賦值后面編譯、執行兩篇文章會具體分析，這里知道變量有個copyable的屬性就行了。

變量回收

PHP變量的回收主要有兩種：主動銷毀、自動銷毀。主動銷毀指的就是unset，而自動銷毀就是PHP的自動管理機制，在return時減掉局部變量的refcount，即使沒有顯式的return，PHP也會自動給加上這個操作。

垃圾回收

PHP變量的回收是根據refcount實現的，當unset、return時會將變量的引用計數減掉，如果refcount減到0則直接釋放value，這是變量的簡單gc過程，但是實際過程中出現gc無法回收導致內存泄漏的bug，先看下一個例子：

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

unset($a)之前引用關系：

unset($a)之后：

可以看到，unset($a)之后由于數組中有子元素指向$a，所以refcount > 0，無法通過簡單的gc機制回收，這種變量就是垃圾，垃圾回收器要處理的就是這種情況，目前垃圾只會出現在array、object兩種類型中，所以只會針對這兩種情況作特殊處理：當銷毀一個變量時，如果發現減掉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，等這個鏈表達到一定數量后啟動檢查程序將所有變量檢查一遍，如果確定是垃圾則銷毀釋放。

標識變量是否需要回收也是通過u1.type_flag區分的：

#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中變量的實現方法了，如果剛好有類似的疑惑，不妨參照上述分析進行理解。如果想知道更多相關知識，歡迎關注億速云行業資訊頻道。