跟厂长学PHP7内核（六）：变量之zval

记得网上流传甚广的段子“PHP是世界上最好的语言”，暂且不去讨论是否言过其实，但至少PHP确实有独特优势的，比如它的弱类型，即只需要$符号即可声明变量，使得PHP入手门槛极低，成为大家所青睐的Web服务端语言。那么它的变量是如何实现的呢？我们今天就来学习一下PHP的基本变量。

一、引言

PHP的变量存储在zval结构体中，在执行阶段中编译为op_array时就能看到zval的身影。结构体定义在Zend/zend_types.h中，定义内容如下所示：

struct _zval_struct {
	zend_value        value;			/* value */
	union {
		struct {
			ZEND_ENDIAN_LOHI_4(
				zend_uchar    type,			/* active type */
				zend_uchar    type_flags,
				zend_uchar    const_flags,
				zend_uchar    reserved)	    /* 保留字段 */
		} v;
		uint32_t type_info;
	} u1;
	union {
		uint32_t     var_flags;
		uint32_t     next;                 /* hash collision chain */
		uint32_t     cache_slot;           /* literal cache slot */
		uint32_t     lineno;               /* line number (for ast nodes) */
		uint32_t     num_args;             /* arguments number for EX(This) */
		uint32_t     fe_pos;               /* foreach position */
		uint32_t     fe_iter_idx;          /* foreach iterator index */
	} u2;
};

二、结构体剖析

2.1、zend_value

结构体的第一个变量是zend_value，顾名思义，它其实也是一个结构体，用于存放变量的值，比如整型、浮点型、引用计数、字符串、数组、对象、资源等。zend_value定义了众多类型的指针，但这些类型并不都是变量的类型，有些是给内核自己使用的，比如指针ast、zv、ptr。

typedef union _zend_value {
	zend_long         lval;				/* 整型 */
	double            dval;				/* 浮点型 */
	zend_refcounted  *counted;          /* 引用计数 */
	zend_string      *str;              /* 字符串 */
	zend_array       *arr;              /* 数组 */
	zend_object      *obj;              /* 对象 */
	zend_resource    *res;              /* 资源 */
	zend_reference   *ref;              /* 引用 */
	zend_ast_ref     *ast;              /* 抽象语法树 */
	zval             *zv;               /* zval类型 */
	void             *ptr;              /* 指针类型 */
	zend_class_entry *ce;               /* class类型 */
	zend_function    *func;             /* function类型 */
	struct {
		uint32_t w1;
		uint32_t w2;
	} ww;
} zend_value;

2.2、u1

u1是一个联合体，它联合了结构体v和整型type_info。下面我们先来看一下结构体v的构成。

union {
	struct {
		ZEND_ENDIAN_LOHI_4(
			zend_uchar    type,			/* active type */
			zend_uchar    type_flags,
			zend_uchar    const_flags,
			zend_uchar    reserved)	    /* call info for EX(This) */
	} v;
	uint32_t type_info;
} u1;

2.2.1、type

type是指变量的类型，刚在2.1中讲到了zend_value是用来存储变量的值，所以也应该有地方存储变量的类型，而这就是type的职责。以下是PHP定义的所有变量类型，有我们熟知的布尔、NULL、浮点、数组、字符串等类型。也有陌生的undef、indirect、ptr类型，变量类型在下一章中详解，这里不再赘述。

/* regular data types */
#define IS_UNDEF					0
#define IS_NULL						1
#define IS_FALSE					2
#define IS_TRUE						3
#define IS_LONG						4
#define IS_DOUBLE					5
#define IS_STRING					6
#define IS_ARRAY					7
#define IS_OBJECT					8
#define IS_RESOURCE					9
#define IS_REFERENCE				10

/* constant expressions */
#define IS_CONSTANT					11
#define IS_CONSTANT_AST				12

/* fake types */
#define _IS_BOOL					13
#define IS_CALLABLE					14

/* internal types */
#define IS_INDIRECT             	15
#define IS_PTR						17

2.2.2、type_flags

可以把它理解为子类型，上面提到了变量的类型，这个是针对不同类型的子类型或标记，type_flags一共有以下6种。

/* zval.u1.v.type_flags */
#define IS_TYPE_CONSTANT			(1<<0)  /* 常量 */
#define IS_TYPE_IMMUTABLE			(1<<1)  /* 不可变的类型 */
#define IS_TYPE_REFCOUNTED			(1<<2)  /* 需要引用计数的类型 */
#define IS_TYPE_COLLECTABLE			(1<<3)  /* 可能包含循环引用的类型 */
#define IS_TYPE_COPYABLE			(1<<4)  /* 可被复制的类型 */
#define IS_TYPE_SYMBOLTABLE			(1<<5)  /* 符号表类型 */

2.2.3、const_flags

常量类型的标记，对应的属性为：

/* zval.u1.v.const_flags */
#define IS_CONSTANT_UNQUALIFIED		0x010
#define IS_LEXICAL_VAR				0x020
#define IS_LEXICAL_REF				0x040
#define IS_CONSTANT_CLASS           0x080  /* __CLASS__ in trait */
#define IS_CONSTANT_IN_NAMESPACE	0x100  /* used only in opline->extended_value */

2.2.4、type_info

type_info与结构体v共用内存，修改type_info等同于修改结构体v的值，所以type_info是v中四个char的组合。

2.3、u2

本来使用u1和zend_value就可以表示变量的，没有必要定义u2，但是我们来看一下，如果没有u2，在内存对齐的情况下zval内存大小为16个字节，当联合了u2后依然是占用16个字节。既然有或没有占用内存大小相同，不如用它来记录一些附属信息。下面我们来看下u2都存储了哪些内容。

2.3.1、next

用来解决哈希冲突问题，记录冲突的下一个元素位置。

2.3.2、cache_slot

运行时缓存，在执行函数时回去缓存中查找，若缓存中没有则到全局function表中查找。

2.3.3、lineno

文件执行的行号，应用在AST节点上。Zend引擎在词法和语法解析时会把当前执行的文件行号记录下来，记录在zend_ast中的lineno中。

2.3.4、num_args

函数调用时传入函数的参数个数。

2.3.5、fe_pos

用于遍历数组时记录当前遍历的位置，比如每次执行foreach时fe_pos都会加一，当再次调用foreach进行遍历时，fe_post会进行重置。

2.3.6、fe_iter_idx

这个与fe_pos类似，只不过它是针对对象的。对象的属性也是HashTable，传入的参数是对象时，会获取对象的属性，所以遍历对象就是在变量对象的属性。

三、参考文献

• 《PHP7内核剖析》
• 《PHP7底层设计和源码实现》
• 深入理解PHP7内核之zval