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PHP7 の基礎となる開発原則、バイトコードからマシンコードへの変換プロセスを理解する

王林

リリース： 2023-09-08 16:14:02

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PHP7 の基礎となる開発原則、バイトコードからマシンコードへの変換プロセスを理解する

インターネットの急速な発展に伴い、PHP は効率的でスケーラブルな強力なツールとして機能するようになりました。開発言語としては大多数の開発者に好まれています。 PHP 言語のアップグレードとアップデートは常に開発者の焦点であり、最新バージョンの PHP7 ではパフォーマンスが大幅に向上しただけでなく、基礎的な開発原則にも変更が加えられています。この記事では、PHP7 の基礎となる開発原則を深く理解するために、バイトコードからマシンコードへの変換プロセスから始めます。

PHP7 より前のバージョンでは、PHP はインタープリター型言語であり、コードはパーサーによって直接解釈されて実行されていました。 PHP7 では、まったく新しいエンジン、つまり Zend Engine 3.0 が導入されています。このエンジンは、PHP コードをバイトコードにコンパイルし、JIT (Just-In-Time) コンパイルテクノロジを通じてバイトコードをマシンコードに変換して、より効率的な実行を実現します。この変換処理の詳細については後述する。

まず、PHP コードをバイトコードにコンパイルする方法を見てみましょう。 PHP コードは、まず字句解析によって識別子、キーワード、演算子などのユニットに分割されます。次に、これらのユニット間の関係と構造が構文アナライザーによって分析され、抽象構文ツリー (AST) が生成されます。 AST は、PHP コードの構造を反映するツリー状のデータ構造であり、一連のノードで構成され、各ノードは構文構造単位を表します。

AST が生成されたら、次のステップは AST をバイトコードに変換するプロセスです。バイトコードはコードの中間形式であり、マシンコードとは異なり、0 と 1 で構成されるバイナリコードではなく、Zend エンジンで簡単に解析して実行できる特定のシリアル化形式です。バイトコードは、Zend エンジンが読み取って実行する実際のキャリアです。

コード例は次のとおりです:

<?php
   function sum($a, $b) {
      return $a + $b;
   }

   $result = sum(3, 4);
   echo "结果：{$result}
";
?>

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上記のコードでは、2 つの数値の合計を計算する単純な関数 sum を定義し、この関数を呼び出します。 3と4の合計を計算します。このコードをバイトコードに変換するプロセスは次のとおりです。

パーサーは、ソースコードを、一連の抽象構文ツリーノードで構成される抽象構文ツリーに変換します。
コンパイラは、抽象構文ツリーに基づいて対応するオペコードを生成し、バイトコードを生成します。

具体的なバイトコードは次のとおりです:

number 3
number 4
add
return

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上記のバイトコードは一連の命令で構成されており、各命令はオペレーションコード (オペコード) と 1 つまたは複数のオペランドです。たとえば、number 3 は 3 をランタイムスタックにプッシュすることを意味し、add は 2 つの数値をスタックからポップして加算し、結果をスタックにプッシュし戻すことを意味します。 return は、スタックの先頭にある結果を返すことを意味します。

次に、JIT コンパイラーによってバイトコードがどのようにマシンコードに変換されるかを見ていきます。 JIT コンパイラーは、実行時にバイトコードをマシンコードに動的に変換する特別なコンパイラーです。 PHP7 では、Zend エンジンは LLVM (低レベル仮想マシン) ライブラリを呼び出して JIT コンパイルを実装します。

LLVM ライブラリは、バイトコードをマシンコードに変換できる柔軟なモジュール式コンパイルフレームワークを提供するオープンソースコンパイラインフラストラクチャです。中間表現 (IR) 形式を使用してソース言語のバイトコードをこの中間表現に変換し、さらにそれをマシンコードに変換します。

JIT コンパイルプロセス中、LLVM はまずバイトコードを IR に変換し、次に定数伝播、ループ拡張などの一連の最適化を実行して、最終的に効率的なマシンコードを生成します。これにより、PHPプログラムの実行効率が大幅に向上しました。

要約すると、PHP7 は、PHP コードをバイトコードにコンパイルし、そのバイトコードを JIT コンパイラーを通じてマシンコードに変換することで、より効率的な実行を実現します。このプロセスでは、字句アナライザー、構文アナライザー、コンパイラーがソースコードをバイトコードに変換する際に重要な役割を果たします。 JIT コンパイラは、LLVM ライブラリを呼び出してバイトコードをマシンコードに変換します。

PHP7 の基礎となる開発原則を理解することは非常に重要であり、コードを最適化し、プログラムのパフォーマンスを向上させるのに役立ちます。テクノロジーが継続的に発展するにつれて、基礎となる原理を理解し、習得することが開発者にとって不可欠なスキルになります。

参考:

PHP Internals Book. (n.d.). https://www.phpinternalsbook.com/
PHP および JIT - Nikita Popov から取得。 (2015 年 6 月)https://nikic.github.io/2015/06/19/PHP-7-0-JIT-FAQ.html

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