变量改变时PHP内核做了些什么？

变量改变时PHP内核做了些什么？

看下面的内容之前先对zval这个结构体做个了解<span class="hljs-keyword"><br> </span>

<ol class="dp-j"><li class="alt"><span><span>typedef struct _zval_struct { </span></span></li><li><span>    zvalue_value value; </span></li><li class="alt"><span>    zend_uint refcount; </span></li><li><span>    zend_uchar type; </span></li><li class="alt"><span>    zend_uchar is_ref; </span></li><li><span>} zval; </span></li></ol>

zval结构体中共有4个元素，value是一个联合体，用来真正的存储zval的值，refcount用来计数该zval被多少个变量使用，type表示zval所存储的数据类型，is_ref用来标志该zval是否被引用。

引用计数<span class="php"><span class="hljs-preprocessor"><br /> </span></span>

<ol class="dp-j"><li class="alt"><span><span><php </span></span></li><li><span>    $a = <span class="string">'Hello World'</span><span>; </span></span></li><li class="alt"><span>    $b = $a; </span></li><li><span>    unset($a); </span></li><li class="alt"><span>> </span></li></ol>

我们一起来剖析下上面这段代码：

• $a = 'Hello World';首先这句代码被执行，内核创建一个变量，并分配12字节的内存去存储字符串'Hello World'和末尾的NULL。

• $b = $a;接着执行这句代码，执行这句的时候内核里面发生了什么呢？

  • 对$a所指向的zval中的refcount进行加1操作。

  • 将变量$b指向$a所指向的zval。
    在内核中大概是这样的，其中active_symbol_table是当前的变量符号表<span class="hljs-collection"><br /> </span>

    <ol class="dp-j"><li class="alt"><span><span>{ </span></span></li><li><span>    zval *helloval; </span></li><li class="alt"><span>    MAKE_STD_ZVAL(helloval); </span></li><li><span>    ZVAL_STRING(helloval, <span class="string">"Hello World"</span><span>, </span><span class="number">1</span><span>); </span></span></li><li class="alt"><span>    zend_hash_add(EG(active_symbol_table), <span class="string">"a"</span><span>, sizeof(</span><span class="string">"a"</span><span>), </span></span></li><li><span>                                        &helloval, sizeof(zval*), NULL); </span></li><li class="alt"><span>    ZVAL_ADDREF(helloval); </span></li><li><span>    zend_hash_add(EG(active_symbol_table), <span class="string">"b"</span><span>, sizeof(</span><span class="string">"b"</span><span>), </span></span></li><li class="alt"><span>                                        &helloval, sizeof(zval*), NULL); </span></li><li><span>} </span></li></ol>

• unset($a);这句代码执行后，内核会将a对应的zval结构体中的refcount计数减一，b还和原来一样

写时复制

<ol class="dp-c"><li class="alt"><span><span><?php </span></span></li><li><span>    <span class="vars">$a</span><span> = 1; </span></span></li><li class="alt"><span>    <span class="vars">$b</span><span> = </span><span class="vars">$a</span><span>; </span></span></li><li><span>    <span class="vars">$b</span><span> += 5; </span></span></li><li class="alt"><span>?> </span></li></ol>

上面这段代码执行完之后，一般肯定希望$a=1,$b=6,但是如果像引用计数那样，$a和$b指向相同的zval，修改$b之后$a不是也变了？
这个具体是怎么实现的呢，我们一起来看下：

• $a = 1;内核创建一个zval，并分配4个字节存储数字1。

• $b = $a;这一步和引用计数中的第二步一样，将$b指向和$a相同的zval，并将zval中的引用计数值refcount加1。

• $b += 5;关键是这一步，这一步骤发生了什么呢，怎么确保修改之后不影响$a。

  • 其实Zend内核在改变zval之前都会去进行get_var_and_separete操作，如果recfount>1,就需要分离就创建新的zval返回，否则直接返回变量所指向的zval，下面看看如何分离产生新的zval。

  • 复制一个和$b所指向zval一样的zval。

  • 将$b所指向的zval中的refcount计数减1。

  • 初始化生成的新zval，设置refcount=1，is_ref=0。

  • 让$b指向新生成的zval。

  • 对新生成的zval进行操作，这就是写时复制。
    下面看看内核中分离时的主要代码：<br type="_moz" />

    <ol class="dp-c"><li class="alt"><span><span>zval *get_var_and_separate(char *varname, int varname_len TSRMLS_DC) </span></span></li><li><span>{ </span></li><li class="alt"><span>    zval **varval, *varcopy; </span></li><li><span>    <span class="keyword">if</span><span> (zend_hash_find(EG(active_symbol_table), </span></span></li><li class="alt"><span>                    varname, varname_len + 1, (void**)&varval) == FAILURE) { </span></li><li><span>    <span class="comment">/* Variable doesn't actually exist  fail out */</span><span> </span></span></li><li class="alt"><span>    <span class="keyword">return</span><span> NULL; </span></span></li><li><span>} </span></li><li class="alt"><span><span class="keyword">if</span><span> ((*varval)->is_ref || (*varval)->refcount < 2) { </span></span></li><li><span>    <span class="comment">/* varname is the only actual reference,</span> </span></li><li class="alt"><span><span class="comment">    * or it's a full reference to other variables</span> </span></li><li><span><span class="comment">    * either way: no separating to be done</span> </span></li><li class="alt"><span><span class="comment">    */</span><span> </span></span></li><li><span>    <span class="keyword">return</span><span> *varval; </span></span></li><li class="alt"><span>} </span></li><li><span><span class="comment">/* Otherwise, make a copy of the zval* value */</span><span> </span></span></li><li class="alt"><span>MAKE_STD_ZVAL(varcopy); </span></li><li><span>varcopy = *varval; </span></li><li class="alt"><span><span class="comment">/* Duplicate any allocated structures within the zval* */</span><span> </span></span></li><li><span>zval_copy_ctor(varcopy); </span></li><li class="alt"><span> </span></li><li><span><span class="comment">/* Remove the old version of varname</span> </span></li><li class="alt"><span><span class="comment">* This will decrease the refcount of varval in the process</span> </span></li><li><span><span class="comment">*/</span><span> </span></span></li><li class="alt"><span>zend_hash_del(EG(active_symbol_table), varname, varname_len + 1); </span></li><li><span> </span></li><li class="alt"><span><span class="comment">/* Initialize the reference count of the</span> </span></li><li><span><span class="comment">* newly created value and attach it to</span> </span></li><li class="alt"><span><span class="comment">* the varname variable</span> </span></li><li><span><span class="comment">*/</span><span> </span></span></li><li class="alt"><span>varcopy->refcount = 1; </span></li><li><span>varcopy->is_ref = 0; </span></li><li class="alt"><span>zend_hash_add(EG(active_symbol_table), varname, varname_len + 1, </span></li><li><span>                                        &varcopy, sizeof(zval*), NULL); </span></li><li class="alt"><span><span class="comment">/* Return the new zval* */</span><span> </span></span></li><li><span><span class="keyword">return</span><span> varcopy; </span></span></li><li class="alt"><span>} </span></li></ol>

写时改变

<ol class="dp-c"><li class="alt"><span><span><?php </span></span></li><li><span>    <span class="vars">$a</span><span> = 1; </span></span></li><li class="alt"><span>    <span class="vars">$b</span><span> = &</span><span class="vars">$a</span><span>; </span></span></li><li><span>    <span class="vars">$b</span><span> += 5; </span></span></li><li class="alt"><span>?> </span></li></ol>

上面这段代码执行完之后一般希望是：$a == $b == 1。这个又是怎么实现的呢？

• $a = 1;这一步骤和写时复制中的第一步一样。

• $b = &$a;这一步骤内核会将$b指向$a所指向的zval，将zval中的refcount加1，并将zval中的is_ref置为1。

• $b += 5;这一步骤和写时复制中的第三步骤一样，但是内核中发生的事情却不一样。

  • 内核看到$b进行变化的时候，也会执行get_var_and_separate函数，看是否需要分离。

  • 如果(*varval)->is_ref的话也会直接返回$b所指向的zval，不去分离产生新的zval，不管zval的refcount是否>1。

  • 这时候再去修改$b值，$a的值也就改变了，因为他们指向相同的zval。

分离的问题

说道现在聪明的你可能已经看出点问题了，如果一个zval结构体既有refcount计数又有is_ref引用这个时候怎么办？<span class="php"><span class="hljs-preprocessor"><br type="_moz" /> </span></span>

<ol class="dp-c"><li class="alt"><span><span><?php </span></span></li><li><span>    <span class="vars">$a</span><span> = 1; </span></span></li><li class="alt"><span>    <span class="vars">$b</span><span> = </span><span class="vars">$a</span><span>; </span></span></li><li><span>    <span class="vars">$c</span><span> = &</span><span class="vars">$a</span><span>; </span></span></li><li class="alt"><span>?> </span></li></ol>

如果出现上面这种情况的时候，如果$a、$b、$c指向同一个zval结构体，进行改变的时候Zend到底去听谁的？其实这个地方不会指向同一个zval了。
如果对一个is_ref = 0 && refcount >1的zval进行写时改变这种赋值形式(就是引用赋值)的时候，Zend会将等号右边的变量分离出来一个新的zval，
对这个zval进行初始化，对之前的zval的refcount进行减1操作，让等号左边的变量指向这个新的zval，refcount进行加1操作，is_ref=1。看看下面这张图片

<span class="php"><span class="hljs-preprocessor"><br type="_moz" /> </span></span>

<ol class="dp-c"><li class="alt"><span><span><?php </span></span></li><li><span>    <span class="vars">$a</span><span> = 1; </span></span></li><li class="alt"><span>    <span class="vars">$b</span><span> = &</span><span class="vars">$a</span><span>; </span></span></li><li><span>    <span class="vars">$c</span><span> = </span><span class="vars">$a</span><span>; </span></span></li><li class="alt"><span>?> </span></li></ol>

上面这又是另外一种情况，在is_ref = 1的情况下，试图单纯的进行refcount+1操作的时候会分离出来一个新的zval给等号左边的变量，并初始化他，看看下面这张图片

参考文献

1.《Extending and Embedding PHP》- Chaper 3 - Memory Management.

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