PHP：详解理解PHP变量的底层原理

对程序的同学来说，变量不陌生，php的数据结构类型是不得不提的一件事儿，人按照年龄分有少年、青年、中年、老年，php也一样，有属于自己的分类。

PHP是一门弱类型语言，本身不严格区分变量的类型。PHP在变量申明的时候不需要指定类型。PHP在程序运行期间可能进行变量类型的隐示转换。 和其他强类型语言一样，程序中也可以进行显示的类型转换。

PHP变量可以分为简单类型(int、string、bool)、集合类型(array resource object)和常量(const)。以上所有的变量在底层都是同一种结构 zval。用

debug_zval_dump

打印查看类型。

debug_zval_dump($name);
//输出：long(30) refcount(2)

传值和引用赋值

$name = 'stark';
$age = 30;

用一个变量

$name

指定赋值，在内存中分配一块内存，指针指向内存地址。

图①两个变量同时内存中的同一块地址，有时你会看见

$name_bak = &$name

,这种的操作叫引用赋值，传递的变量的地址，实际操作上用的不多，这个用不好很容易出错。

Zval主要由三部分组成：

• type：指定了变量所述的类型（整数、字符串、数组等）
• refcount&is_ref：用来实现引用计数(后面具体介绍)
• value：核心部分，存储了变量的实际数据

Zvalue是用来保存一个变量的实际数据。因为要存储多种类型，所以zvalue是一个union，也由此实现了弱类型。

变量（zval）需要注意的知识点：

• 引用计数在内存回收、字符串操作等地方使用非常广泛。 PHP中的变量就是引用计数的典型应用。Zval的引用计数通过成员变量is_ref和ref_count实现，通过引用计数，多个变量可以共享同一份数据。避免频繁拷贝带来的大量消耗。在进行赋值操作时，zend将变量指向相同的zval同时ref_count++，在unset操作时，对应的ref_count-1。只有ref_count减为0时才会真正执行销毁操作。如果是引用赋值，则zend会修改is_ref为1。

• PHP变量通过引用计数实现变量共享数据，那如果改变其中一个变量值呢？当试图写入一个变量时，Zend若发现该变量指向的zval被多个变量共 享，则为其复制一份ref_count为1的zval，并递减原zval的refcount，这个过程称为“zval分离”。可见，只有在有写操作发生时 zend才进行拷贝操作，因此也叫copy-on-write(写时拷贝)对于引用型变量，其要求和非引用型相反，引用赋值的变量间必须是捆绑的，修改一个变量就修改了所有捆绑变量。整数、浮点数是PHP中的基础类型之一，也是一个简单型变量。对于整数和浮点数，在zvalue中直接存储对应的值。其类型分别是long和double。

• 从zvalue结构中可以看出，对于整数类型，和c等强类型语言不同， PHP是不区分int、unsigned int、long、long long等类型的，对它来说，整数只有一种类型也就是long。由此，可以看出，在PHP里面，整数的取值范围是由编译器位数来决定而不是固定不变的。

• 对于浮点数，类似整数，它也不区分float和double而是统一只有double一种类型。在PHP中，如果整数范围越界了怎么办？这种情况下会自动转换为double类型，这个一定要小心，很多trick都是由此产生。

• 和整数一样，字符变量也是PHP中的基础类型和简单型变量。通过zvalue结构可以看出，在PHP中，字符串是由由指向实际数据的指针和长度结 构体组成，这点和c++中的string比较类似。由于通过一个实际变量表示长度，和c不同，它的字符串可以是2进制数据（包含\0），同时在PHP中， 求字符串长度strlen是O(1)操作。在新增、修改、追加字符串操作时，PHP都会重新分配内存生成新的字符串。最后，出于安全考虑，PHP在生成一个字符串时末尾仍然会添加。

• PHP的数组通过Zend HashTable来天然实现。foreach操作如何实现？对一个数组的foreach就是通过遍历hashtable中的双向链表完成。对于索引数组，通过foreach遍 历效率比for高很多，省去了key->value的查找。count操作直接调用 HashTable->NumOfElements，O(1)操作。对于’123’这样的字符串，zend会转换为其整数形 式。arr[‘123’]和arr[‘123’]和arr[‘123’]和arr[123]是等价的。

• 资源类型变量是PHP中最复杂的一种变量，也是一种复合型结构。 PHP的zval可以表示广泛的数据类型，但是对于自定义的数据类型却很难充分描述。由于没有有效的方式描绘这些复合结构，因此也没有办法对它们使用传统的操作符。要解决这个问题，只需要通过一个本质上任意的标识符（label）引用指针，这种方式被称为资源。

在zval中，对于resource，lval作为指针来使用，直接指向资源所在的地址。Resource可以是任意的复合结构，我们熟悉的mysqli、fsock、memcached等都是资源。

资源(Resource)/数组(Array)

资源 resource 是一种特殊变量，保存了到外部资源的一个引用。资源是通过专门的函数来建立和使用的。引用计数系统是 Zend 引擎的一部分，可以自动检测到一个资源不再被引用了（和 Java 一样）。这种情况下此资源使用的所有外部资源都会被垃圾回收系统释放。因此，很少需要手工释放内存。

Note: 持久数据库连接比较特殊，它们不会被垃圾回收系统销毁。

PHP 中的数组实际上是一个有序映射。映射是一种把 values 关联到 keys 的类型。此类型在很多方面做了优化，因此可以把它当成真正的数组，或列表（向量），散列表（是映射的一种实现），字典，集合，栈，队列以及更多可能性。由于数组元素的值也可以是另一个数组，树形结构和多维数组也是允许的。

使用资源发生了什么？

• 注册：对于一个自定义的数据类型，要想将它作为资源。首先需要进行注册，zend会为它分配全局唯一标示。

• 获取一个资源变量：对于资源，zend维护了一个id->实际数据的hash_tale。对于一个resource，在zval中只记录了它的id。fetch的时候通过id在hash_table中找到具体的值返回。

• 资源销毁：资源的数据类型是多种多样的。Zend本身没有办法销毁它。因此需要用户在注册资源的时候提供销毁函数。当unset资源时，zend调用相应的函数完成析构。同时从全局资源表中删除它。

• 资源可以长期驻留，不只是在所有引用它的变量超出作用域之后，甚至是在一个请求结束了并且新的请求产生之后。这些资源称为持久资源，因为它们贯通 SAPI的整个生命周期持续存在，除非特意销毁。很多情况下，持久化资源可以在一定程度上提高性能。比如我们常见的mysql_pconnect ,持久化资源通过pemalloc分配内存，这样在请求结束的时候不会释放。 对zend来说，对两者本身并不区分。

HashTable，一个经典又不好理解的数据结构，HashTable的数据结构PHP编程快速便捷的灵魂所在。

HashTable

php数组中的应用和redis里的有序集合有点相似，都多处用到了双向链表和散列。在hash table中既有key->value形式的散列结构，也有双向链表模式，使得它能够非常方便的支持快速查找和线性遍历。

1、散列结构：Zend的散列结构是典型的hash表模型，通过链表的方式来解决冲突。需要注意的是zend的hash table是一个自增长的数据结构，当hash表数目满了之后，其本身会动态以2倍的方式扩容并重新元素位置。初始大小均为8。另外，在进行 key->value快速查找时候，zend本身还做了一些优化，通过空间换时间的方式加快速度。比如在每个元素中都会用一个变量 nKeyLength标识key的长度以作快速判定。

2、双向链表：Zend hash table通过一个链表结构，实现了元素的线性遍历。理论上，做遍历使用单向链表就够了，之所以使用双向链表，主要目的是为了快速删除，避免遍历。 Zend hash table是一种复合型的结构，作为数组使用时，即支持常见的关联数组也能够作为顺序索引数字来使用，甚至允许2者的混合。PHP关联数组：关联数组是典型的hash_table应用。一次查询过程经过如下几步（从代码可以看出，这是一个常见的hash查询过程并增加一些快速判定加速查找。）：

getKeyHashValue h;
index = n & nTableMask;
Bucket *p = arBucket[index];
while (p) {
if ((p->h == h) && (p->nKeyLength == nKeyLength)) {
RETURN p->data;
}
p=p->next;
}
RETURN FALTURE;

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