深入PHP使用技巧之變數

總所周知，php與其他指令碼語言一樣屬於弱變數型別的語言。同時php本身也是通過c語言來實現。本文主要介紹php內部是如何實現弱變數型別的，並且據此分析在php開發中的需要注意的一些使用技術。其中會重點分析php中的copy on write機制和引用相關方面的話題。本章節屬於深入《深入php使用技巧》的第一部分。

在了解php實現弱變數之前，可以先思考下：如何通過c/c++來實現弱變數型別的效果呢？

這個問題我再bit培訓課上基本上有兩種答案：

方法1：採用c++的繼承機制。首先定義乙個基礎型別

class
var;

然後基於var，派生出不同的子型別intvar/floatvar/stringvar等等。

方法2：基於c語言的struct。其中乙個字段用於標識型別，另外乙個字段用於儲存資料，由於資料要是各種型別，所以通常需要採用指標，比如：

struct
var ;

兩種思路本身並沒有太大區別，也都基本上能夠滿足需求。在php中採用了第二種思路，並且做了比較多的優化。在php中，所有變數都會對應同一種型別zval，其中zval也就是struct_zval_struct，具體定義如下：

typedef
union _zvalue_value  str;
hashtable *ht;              /* hash table value */
zend_object_value obj;
} zvalue_value;
struct _zval_struct ;

從zval可以看出，php在細節方面的確做了不少優化的功夫。

1 zend_uchar type。採用uchar節省記憶體。

2 zvalue_value value。採用union類替換void ，這樣能節省空間，並且比void 更能表義清晰。

3 在字串型別中，預設保留了字串的長度。這樣很容易做到字串的二進位制安全，並且在計算字串長度的時候不需要進行掃瞄。

觀察php弱變數的實現，也會有一下疑惑：

1 為什麼沒有int型別呢？其實在php中是由的，只是說預設int資料就儲存在long中。

2 資源型別咋表現的呢？資源在php內部其實就是一數字。詳細後續會介紹。

3 refcount和is_ref是幹嘛的呢？

php和其他語言型別，在其語法中有兩種賦值方式：引用賦值和非引用賦值（普通的=賦值）。

<?php 
$a = 1;
$b = $a; // 非引用賦值
$c = &$a; // 引用賦值
?>

引用賦值和非引用賦值在php內部是如何實現的呢？一種通常的認識是：「引用賦值就是兩個變數對應同乙個zval，非引用賦值則是直接產生乙個新的zval，同時把對應的值直接copy過來。」

也就是該**的記憶體結構如下：

（該圖時大多人認為的php記憶體結構，是錯誤的）

這樣的確能夠滿足大部分情況下的需求，但顯然不是最佳解決方案，尤其在記憶體管理上，比如說一下**就會顯得非常的低效。

<?php 
$arr = array(...); // 定義乙個非常大的php陣列
myfunc($arr); // 每乙個函式呼叫都試一次**的非引用賦值
?>

因為每次函式呼叫會進行一次記憶體dump，而大記憶體的記憶體dump非常耗cpu的。在c語言中一種解決方案是採用指標，所有函式呼叫盡量傳遞指標。的確很靈活高效，但也很難維護。指標可以說是c語言程式設計師心頭的痛。還有一種更高階更有效的方法時採用引用計數（reference counting)。

在php中，也可以採用引用來解決這樣的問題，但你見過採用在php中大量使用引用的嗎？顯然很少。

在php核心中，zval的實現正是採用了引用計數的概念，說起引用計數就不得不談到copy-on-write 機制。這樣前面談到的refcount和is_ref就有作用了。

refcount：引用次數。在zval初始建立的時候就為1。每增加乙個引用，則refcount ++。

is_ref：用於表示乙個zval是否是引用狀態。zval初始化的情況下會是0，表示不是引用。

在zend/zend.h內部有一些關於zval的巨集定義，裡面比較清晰的解析了引用計數的一些規則，其中重點關注以下幾個巨集定義

#define init_pzval(z)       \\
(z)->refcount =
1;       \\
(z)->is_ref =
0;#define separate_zval_if_not_ref(ppzv)      \\
//非引用下的變數分離
if (!pzval_is_ref(*ppzv)) 
#define separate_zval_to_make_is_ref(ppzv)  \\
//非引用下的變數分離，並且設定引用
if (!pzval_is_ref(*ppzv)) 
#define separate_arg_if_ref(varptr) \\
//引用下的變數分離
if (pzval_is_ref(varptr))  else

這裡面談到兩個重要的概念：

1、非引用下的變數分離。

非引用下的變數分離，是指在一堆非引用變數中插入引用的情況下，在php內部進行的一種記憶體操作。以下面的列子來看：

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

在前兩句執行之後，記憶體結構如下圖

在第三句$c = &$b;語句中則會執行「非引用下的變數分離。」，具體步驟是：

將b分離出來，同時把a對應的zval的refcount-1。

copy 出乙個新的zval，並把zval的is_ref設定成1.

把c指向這個新的zval，同時refcount ++

2、引用下的變數分離。

引用下的變數分離，是指在一堆引用變數中進行乙個非引用賦值操作，這個時候會直接執行copy記憶體的操作。

以下面的例子來說

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

在執行完前兩行後，php中記憶體結構如下：

在第三句，則會執行「引用下的變數分離」也就是真正的copy，最終記憶體結構如下圖

據此，基本上對php變數內部的一些原理比較清楚了，但還有一些需要注意點的：

1、php變數的引用計數特性，對於陣列同樣也存在。但注意，對於key則不生效。(具體在後面章節會分析到。)

2、php變數中的物件比較特殊，在php5之後，預設都是採用引用賦值的方式。具體實現可以參考zend_objects.*系列**。

3、對於分析php內部變數，推薦採用xdebug_debug_zval，而不要採用內建的debug_zval_dump。因為php內建的debug_zval_dump函式一方面無法處理is_ref，而且採用了引用的方式來處理，從而導致看到結果會有誤解。

據此可以得出分析出不少結論：

1、在php開發中不推薦採用引用。因為php內部對記憶體優化本身做了不少工作，引用不會帶來太多優化。(但注意推薦非強制)

2、在php中strlen是o(1)的。

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