PHP内核探索：变量存储与类型

<?php
$foo = 10;
$bar = 20;
 
function change() {
    global $foo;
	//echo '函数内部$foo = '.$foo.'<br />';
	//若是不把$bar定义为global变量，函数体内是不能访问$bar的
    $bar = 0;
    $foo++;
}
 
change();
echo $foo, ' ', $bar;
?>

程序输出 11 20。缘由是，方法内部没法访问$bar变量，因此它的值仍是20。使用global以后，能够取得$foo的值，自增后$foo的值就是11。

Global的做用是定义全局变量，可是这个全局变量不是应用于整个网站，而是应用于当前页面，包括include或require的全部文件。

前言中提到变量的三个基本特性，其中的有一个特性为变量的类型，变量都有特定的类型， 如：字符串、数组、对象等等。编程语言的类型系统能够分为强类型和弱类型两种：

强类型语言是一旦某个变量被申明为某个类型的变量，则在程序运行过程当中，该不能将该变量的类型之外的值赋予给它 （固然并不彻底如此，这可能会涉及到类型的转换，后面的小节会有相应介绍），C/C++/Java等语言就属于这类。

PHP及Ruby，JavaScript等脚本语言属于弱类型语言：一个变量能够表示任意的数据类型。

PHP之因此成为一个简单而强大的语言，很大一部分的缘由是它拥有弱类型的变量。 可是有些时候这也是一把双刃剑，使用不当也会带来一些问题。就像仪器同样，越是功能强大， 出现错误的可能性也就越大。

在官方的PHP实现内部，全部变量使用同一种数据结构(zval)来保存，而这个结构同时表示PHP中的各类数据类型。 它不只仅包含变量的值，也包含变量的类型。这就是PHP弱类型的核心。

那zval结构具体是如何实现弱类型的呢，下面咱们一块儿来揭开面纱。

变量存储结构

PHP在声明或使用变量的时候，并不须要显式指明其数据类型。

PHP是弱类型语言，这并不表示PHP没有类型，在PHP中，存在8种变量类型，能够分为三类

• * 标量类型：boolean、integer、float(double)、string 

• * 复合类型： array、object 

• * 特殊类型： resource、NULL

官方PHP是用C实现的，而C是强类型的语言，那这是怎么实现PHP中的弱类型的呢？

变量的值存储到如下所示zval结构体中。 zval结构体定义在Zend/zend.h文件，其结构以下：

1	typedef struct _zval_struct zval;

2

...

3	struct _zval_struct {

4	/* Variable information */

5	zvalue_value value;     /* value */

6	zend_uint refcount__gc;

7	zend_uchar type;    /* active type */

8	zend_uchar is_ref__gc;

9

};

PHP使用这个结构来存储变量的全部数据。和其余编译性静态语言不一样， PHP在存储变量时将PHP用户空间的变量类型也保存在同一个结构体中。这样咱们就能经过这些信息获取到变量的类型。

zval结构体中有四个字段，其含义分别为：

属性名	含义	默认值
refcount__gc	表示引用计数	1
is_ref__gc	表示是否为引用	0
value	存储变量的值
type	变量具体的类型

在PHP5.3以后，引入了新的垃圾收集机制，引用计数和引用的字段名改成refcount__gc和is_ref__gc。在此以前为refcount和is__ref。

而变量的值则存储在另一个结构体zvalue_value中。值存储见下面的介绍。

PHP用户空间指的在PHP语言这一层面，而本书中大部分地方都在探讨PHP的实现。 这些实现能够理解为内核空间。因为PHP使用C实现，而这个空间的范畴就会限制在C语言。 而PHP用户空间则会受限于PHP语法及功能提供的范畴以内。 例若有些PHP扩展会提供一些PHP函数或者类，这就是向PHP用户空间导出了方法或类。

变量类型

zval结构体的type字段就是实现弱类型最关键的字段了，type的值能够为： IS_NULL、IS_BOOL、IS_LONG、IS_DOUBLE、IS_STRING、IS_ARRAY、IS_OBJECT和IS_RESOURCE 之一。 从字面上就很好理解，他们只是类型的惟一标示，根据类型的不一样将不一样的值存储到value字段。 除此以外，和他们定义在一块儿的类型还有IS_CONSTANT和IS_CONSTANT_ARRAY。

这和咱们设计数据库时的作法相似，为了不重复设计相似的表，使用一个标示字段来记录不一样类型的数据。

变量的值存储

前面提到变量的值存储在zvalue_value联合体中，结构体定义以下：

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;

这里使用联合体而不是用结构体是出于空间利用率的考虑，由于一个变量同时只能属于一种类型。 若是使用结构体的话将会没必要要的浪费空间，而PHP中的全部逻辑都围绕变量来进行的，这样的话， 内存浪费将是十分大的。这种作法成本小但收益很是大。

各类类型的数据会使用不一样的方法来进行变量值的存储，其对应赋值方式以下：

1. 通常类型

变量类型	宏	?
boolean	ZVAL_BOOL	布尔型/整型的变量值存储于(zval).value.lval中，其类型也会以相应的IS_*进行存储。  Z_TYPE_P(z)=IS_BOOL/LONG;  Z_LVAL_P(z)=((b)!=0);
integer	ZVAL_LONG
float	ZVAL_DOUBLE
null	ZVAL_NULL	NULL值的变量值不须要存储，只须要把(zval).type标为IS_NULL。  Z_TYPE_P(z)=IS_NULL;
resource	ZVAL_RESOURCE	资源类型的存储与其余通常变量无异，但其初始化及存取实现则不一样。  Z_TYPE_P(z) = IS_RESOURCE;  Z_LVAL_P(z) = l;

2. 字符串Sting

字符串的类型标示和其余数据类型同样，不过在存储字符串时多了一个字符串长度的字段。

struct {
    char *val;
    int len;
} str;

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，这和咱们在设计数据库时增长的冗余字段殊途同归。 由于要实时获取到字符串的长度的时间复杂度是O(n)，而字符串的操做在PHP中是很是频繁的，这样能避免重复计算字符串的长度， 这能节省大量的时间，是空间换时间的作法。 这么看在PHP中strlen()函数能够在常数时间内获取到字符串的长度。 计算机语言中字符串的操做都很是之多，因此大部分高级语言中都会存储字符串的长度。

3. 数组Array

数组是PHP中最经常使用，也是最强大变量类型，它能够存储其余类型的数据，并且提供各类内置操做函数。数组的存储相对于其余变量要复杂一些， 数组的值存储在zvalue_value.ht字段中，它是一个HashTable类型的数据。 PHP的数组使用哈希表来存储关联数据。哈希表是一种高效的键值对存储结构。PHP的哈希表实现中使用了两个数据结构HashTable和Bucket。 PHP全部的工做都由哈希表实现，在下节HashTable中将进行哈希表基本概念的介绍以及PHP的哈希表实现。

4. 对象Object

在面向对象语言中，咱们能本身定义本身须要的数据类型，包括类的属性，方法等数据。而对象则是类的一个具体实现。 对象有自身的状态和所能完成的操做。

PHP的对象是一种复合型的数据，使用一种zend_object_value的结构体来存放。其定义以下：

typedef struct _zend_object_value {
    zend_object_handle handle;  //  unsigned int类型，EG(objects_store).object_buckets的索引
    zend_object_handlers *handlers;
} zend_object_value;

PHP的对象只有在运行时才会被建立，前面的章节介绍了EG宏，这是一个全局结构体用于保存在运行时的数据。 其中就包括了用来保存全部被建立的对象的对象池，EG(objects_store)，而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，handlers字段则是将对象进行操做时的处理函数保存起来。 这个结构体及对象相关的类的结构_zend_class_entry，后面会介绍到。

PHP的弱变量容器的实现方式是兼容并包的形式体现，针对每种类型的变量都有其对应的标记和存储空间。 使用强类型的语言在效率上一般会比弱类型高，由于不少信息能在运行以前就能肯定，这也能帮助排除程序错误。 而这带来的问题是编写代码相对会受制约。

PHP主要的用途是做为Web开发语言，在普通的Web应用中瓶颈一般在业务和数据访问这一层。不过在大型应用下语言也会是一个关键因素。 facebook所以就使用了本身的php实现。将PHP编译为C++代码来提升性能。不过facebook的hiphop并非完整的php实现， 因为它是直接将php编译为C++，有一些PHP的动态特性好比eval结构就没法实现。固然非要实现也是有方法的， hiphop不实现应该也是作了一个权衡。