1.
先说个PHP5.3+ 的语法糖,通常我们这样写:
<?php $a = 0; $b = $a ? $a : 1;
语法糖可以这样写:
<?php $a = 0; $b = $a ?: 1;
执行结果$b = 1,后面写法更简洁,但通常不太建议用太多语法糖,特别是容易理解混淆的,比如PHP 7 新增加??如下:
<?php $b = $a ?? 1;
相当于:
<?php $b = isset($a) ? $a : 1;
?: 和 ?? 你是不是容易搞混,如果这样,我建议宁可不用,代码可读性强,易维护更重要。
语法糖不是本文的重点,我们的目的是从语法糖入手聊聊Zend VM的解析原理。
2.
分析的PHP源码分支 => remotes/origin/PHP-5.6.14,关于如何通过vld查看opcode,请看我之前写的这篇文章:
http://www.yinqisen.cn/blog-680.html
<?php $a = 0; $b = $a ?: 1;
对应的opcdoe如下:
number of ops: 5compiled vars: !0 = $a, !1 = $bline #* E I O op fetch ext return operands------------------------------------------------------------------------------------- 2 0 E > ASSIGN !0, 0 3 1 JMP_SET_VAR $1 !0 2 QM_ASSIGN_VAR $1 1 3 ASSIGN !1, $1 4 4 > RETURN 1branch: # 0; line: 2- 4; sop: 0; eop: 4; out1: -2path #1: 0,
vim Zend/zend_language_parser.y +834
834 › |› expr '?' ':' { zend_do_jmp_set(&$1, &$2, &$3 TSRMLS_CC); } 835 › › expr { zend_do_jmp_set_else(&$$, &$5, &$2, &$3 TSRMLS_CC); }
如果你喜欢,可以自己动手,重新定义 ?: 的语法糖。遵循BNF文法规则,使用bison解析,有兴趣可以自行Google相关知识,继续深入了解。
从vld的opcode可以知道,执行了 zend_do_jmp_set_else,代码在 Zend/zend_compile.c 中:
void zend_do_jmp_set_else(znode *result, const znode *false_value, const znode *jmp_token, const znode *colon_token TSRMLS_DC) { › zend_op *opline = get_next_op(CG(active_op_array) TSRMLS_CC); › SET_NODE(opline->result, colon_token); › if (colon_token->op_type == IS_TMP_VAR) { › › if (false_value->op_type == IS_VAR || false_value->op_type == IS_CV) { › › › CG(active_op_array)->opcodes[jmp_token->u.op.opline_num].opcode = ZEND_JMP_SET_VAR; › › › CG(active_op_array)->opcodes[jmp_token->u.op.opline_num].result_type = IS_VAR; › › › opline->opcode = ZEND_QM_ASSIGN_VAR; › › › opline->result_type = IS_VAR; › › } else { › › › opline->opcode = ZEND_QM_ASSIGN; › › } › } else { › › opline->opcode = ZEND_QM_ASSIGN_VAR; › } › opline->extended_value = 0; › SET_NODE(opline->op1, false_value); › SET_UNUSED(opline->op2); › GET_NODE(result, opline->result); › CG(active_op_array)->opcodes[jmp_token->u.op.opline_num].op2.opline_num = get_next_op_number(CG(active_op_array)); › DEC_BPC(CG(active_op_array)); }
3.
重点两个opcode,ZEND_JMP_SET_VAR 和 ZEND_QM_ASSIGN_VAR,怎么接着读代码呢?下面说下PHP的opcode。
PHP5.6有167个opcode,意味着可以执行167种不同的计算操作,官方文档看这里http://php.net/manual/en/internals2.opcodes.list.php
PHP内部使用_zend_op 这个结构体来表示opcode, vim Zend/zend_compile.h +111
111 struct _zend_op { 112 › opcode_handler_t handler; 113 › znode_op op1; 114 › znode_op op2; 115 › znode_op result; 116 › ulong extended_value; 117 › uint lineno; 118 › zend_uchar opcode; 119 › zend_uchar op1_type; 120 › zend_uchar op2_type; 121 › zend_uchar result_type; 122 }
PHP 7.0略有不同,主要区别在针对64位系统 uint换成uint32_t,明确指定字节数。
你把opcode当成一个计算器,只接受两个操作数(op1, op2),执行一个操作(handler, 比如加减乘除),然后它返回一个结果(result)给你,再稍加处理算术溢出的情况(extended_value)。
Zend的VM对每个opcode的工作方式完全相同,都有一个handler(函数指针),指向处理函数的地址。这是一个C函数,包含了执行opcode对应的代码,使用op1,op2做为参数,执行完成后,会返回一个结果(result),有时也会附加一段信息(extended_value)。
用我们例子中的操作数 ZEND_JMP_SET_VAR 说明,vim Zend/zend_vm_def.h +4995
4942 ZEND_VM_HANDLER(158, ZEND_JMP_SET_VAR, CONST|TMP|VAR|CV, ANY)
4942 ZEND_VM_HANDLER(158, ZEND_JMP_SET_VAR, CONST|TMP|VAR|CV, ANY) 4943 { 4944 › USE_OPLINE 4945 › zend_free_op free_op1; 4946 › zval *value, *ret; 4947 4948 › SAVE_OPLINE(); 4949 › value = GET_OP1_ZVAL_PTR(BP_VAR_R); 4950 4951 › if (i_zend_is_true(value)) { 4952 › › if (OP1_TYPE == IS_VAR || OP1_TYPE == IS_CV) { 4953 › › › Z_ADDREF_P(value); 4954 › › › EX_T(opline->result.var).var.ptr = value; 4955 › › › EX_T(opline->result.var).var.ptr_ptr = &EX_T(opline->result.var).var.ptr; 4956 › › } else { 4957 › › › ALLOC_ZVAL(ret); 4958 › › › INIT_PZVAL_COPY(ret, value); 4959 › › › EX_T(opline->result.var).var.ptr = ret; 4960 › › › EX_T(opline->result.var).var.ptr_ptr = &EX_T(opline->result.var).var.ptr; 4961 › › › if (!IS_OP1_TMP_FREE()) { 4962 › › › › zval_copy_ctor(EX_T(opline->result.var).var.ptr); 4963 › › › } 4964 › › } 4965 › › FREE_OP1_IF_VAR(); 4966 #if DEBUG_ZEND>=2 4967 › › printf("Conditional jmp to %d\n", opline->op2.opline_num); 4968 #endif 4969 › › ZEND_VM_JMP(opline->op2.jmp_addr); 4970 › } 4971 4972 › FREE_OP1(); 4973 › CHECK_EXCEPTION(); 4974 › ZEND_VM_NEXT_OPCODE(); 4975 }
i_zend_is_true 来判断操作数是否为true,所以ZEND_JMP_SET_VAR是一种条件赋值,相信大家都能看明白,下面讲重点。
注意zend_vm_def.h这并不是一个可以直接编译的C的头文件,只能说是一个模板,具体可编译的头为zend_vm_execute.h(这个文件可有45000多行哦),它并非手动生成,而是由zend_vm_gen.php这个PHP脚本解析zend_vm_def.h后生成(有意思吧,先有鸡还是先有蛋,没有PHP 哪来的这个脚本?),猜测这个是后期产物,早期php版本应该不会用这个。
上面ZEND_JMP_SET_VAR的代码,根据不同参数 CONST|TMP|VAR|CV 最终会生成不同类型的,但功能一致的handler函数:
static int ZEND_FASTCALL ZEND_JMP_SET_VAR_SPEC_CONST_HANDLER(ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS) static int ZEND_FASTCALL ZEND_JMP_SET_VAR_SPEC_TMP_HANDLER(ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS) static int ZEND_FASTCALL ZEND_JMP_SET_VAR_SPEC_VAR_HANDLER(ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS) static int ZEND_FASTCALL ZEND_JMP_SET_VAR_SPEC_CV_HANDLER(ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS)
这么做的目的是为了在编译期确定handler,提升运行期的性能。不这么做,在运行期根据参数类型选择,也可以做到,但性能不好。当然这么做有时也会生成一些垃圾代码(看似无用),不用担心,C的编译器会进一步优化处理。
zend_vm_gen.php 也可以接受一些参数,细节在PHP源码中的README文件 Zend/README.ZEND_VM 有详细说明。
4.
讲到这里,我们知道opcode怎么和handler对应了。但是在整体上还有一个过程,就是语法解析,解析后所有的opcode是怎么串联起来的呢?
语法解析的细节就不说了,解析过后,会有个包含所有opcode的大数组(说链表可能更准确),从上面代码我们可以看到,每个handler执行完后,都会调用 ZEND_VM_NEXT_OPCODE(),取出下一个opcode,继续执行,直到最后退出,循环的代码 vim Zend/zend_vm_execute.h +337:
ZEND_API void execute_ex(zend_execute_data *execute_data TSRMLS_DC){ › DCL_OPLINE › zend_bool original_in_execution; › original_in_execution = EG(in_execution); › EG(in_execution) = 1; › if (0) { zend_vm_enter: › › execute_data = i_create_execute_data_from_op_array(EG(active_op_array), 1 TSRMLS_CC); › } › LOAD_REGS(); › LOAD_OPLINE(); › while (1) { › int ret;#ifdef ZEND_WIN32› › if (EG(timed_out)) { › › › zend_timeout(0); › › }#endif› › if ((ret = OPLINE->handler(execute_data TSRMLS_CC)) > 0) { › › › switch (ret) { › › › › case 1: › › › › › EG(in_execution) = original_in_execution; › › › › › return; › › › › case 2: › › › › › goto zend_vm_enter; › › › › › break; › › › › case 3: › › › › › execute_data = EG(current_execute_data); › › › › › break; › › › › default: › › › › › break; › › › } › › } › } › zend_error_noreturn(E_ERROR, "Arrived at end of main loop which shouldn't happen"); }
宏定义, vim Zend/zend_execute.c +1772
1772 #define ZEND_VM_NEXT_OPCODE() \ 1773 › CHECK_SYMBOL_TABLES() \ 1774 › ZEND_VM_INC_OPCODE(); \ 1775 › ZEND_VM_CONTINUE()329 #define ZEND_VM_CONTINUE() return 0330 #define ZEND_VM_RETURN() return 1331 #define ZEND_VM_ENTER() return 2332 #define ZEND_VM_LEAVE() return 3
while是一个死循环,执行一个handler函数,除个别情况,多数handler函数末尾都调用ZEND_VM_NEXT_OPCODE() -> ZEND_VM_CONTINUE(),return 0,继续循环。
注:比如 yield 协程是个例外,它会返回1,直接return出循环。以后有机会我们再单独对yield做分析。
希望你看完上面内容,对PHP Zend 引擎的解析过程有个详细的了解,下面我们基于原理的分析,再简单聊聊PHP的优化。
5. PHP优化注意事项
5.1 echo 输出
<?php $foo = 'foo'; $bar = 'bar'; echo $foo . $bar;
vld 查看opcode:
number of ops: 5compiled vars: !0 = $foo, !1 = $barline #* E I O op fetch ext return operands ------------------------------------------------------------------------------------- 2 0 E > ASSIGN !0, 'foo' 3 1 ASSIGN !1, 'bar' 4 2 CONCAT ~2 !0, !1 3 ECHO ~2 5 4 > RETURN 1branch: # 0; line: 2- 5; sop: 0; eop: 4; out1: -2path #1: 0,
ZEND_CONCAT 连接 $a和$b的值,保存到临时变量~2中,然后echo 出来。这个过程中涉及要分配一块内存,用于临时变量,用完后还要释放,还需要调用拼接函数,执行拼接过程。
如果换成这样写:
<?php $foo = 'foo'; $bar = 'bar'; echo $foo, $bar;
对应的opcode:
number of ops: 5compiled vars: !0 = $foo, !1 = $bar line #* E I O op fetch ext return operands------------------------------------------------------------------------------------- 2 0 E > ASSIGN !0, 'foo' 3 1 ASSIGN !1, 'bar' 4 2 ECHO !0 3 ECHO !1 5 4 > RETURN 1branch: # 0; line: 2- 5; sop: 0; eop: 4; out1: -2path #1: 0,
不需要分配内存,也不需要执行拼接函数,是不是效率更好呢!想了解拼接过程,可以根据本文讲的内容,自行查找 ZEND_CONCAT 这个opcode对应的handler,做了好多事情哦。
5.2 define()和const
const关键字是从5.3开始引入的,和define有很大差别,和C语言的#define倒是含义差不多。
define() 是函数调用,有函数调用开销。
const 是关键字,直接生成opcode,属于编译期能确定的,不需要动态在执行期分配。
const 的值是死的,运行时不可以改变,所以说类似C语言的 #define,属于编译期间就确定的内容,而且对数值类型有限制。
直接看代码,对比opcode:
define例子:
<?php define('FOO', 'foo'); echo FOO;
define opcode:
number of ops: 6compiled vars: none line #* E I O op fetch ext return operands ------------------------------------------------------------------------------------- 2 0 E > SEND_VAL 'FOO' 1 SEND_VAL 'foo' 2 DO_FCALL 2 'define' 3 3 FETCH_CONSTANT ~1 'FOO' 4 ECHO ~1 4 5 > RETURN 1
const例子:
<?php const FOO = 'foo'; echo FOO;
const opcode:
number of ops: 4compiled vars: none line #* E I O op fetch ext return operands ------------------------------------------------------------------------------------- 2 0 E > DECLARE_CONST 'FOO', 'foo' 3 1 FETCH_CONSTANT ~0 'FOO' 2 ECHO ~0 4 3 > RETURN 1
5.3 动态函数的代价
<?php function foo() { } foo();
对应opcode:
number of ops: 3 compiled vars: none line #* E I O op fetch ext return operands ------------------------------------------------------------------------------------- 2 0 E > NOP 3 1 DO_FCALL 0 'foo' 4 2 > RETURN 1
动态调用的代码:
<?php function foo() { } $a = 'foo'; $a();
opcode:
number of ops: 5 compiled vars: !0 = $a line #* E I O op fetch ext return operands ------------------------------------------------------------------------------------- 2 0 E > NOP 3 1 ASSIGN !0, 'foo' 4 2 INIT_FCALL_BY_NAME !0 3 DO_FCALL_BY_NAME 0 5 4 > RETURN 1
可以 vim Zend/zend_vm_def.h +2630,看看INIT_FCALL_BY_NAME做的事情,代码太长,这里不列出来了。动态特性虽然方便,但一定会牺牲性能,所以使用前要平衡利弊。
5.4 类的延迟声明的代价
还是先看代码:
<?php class Bar { } class Foo extends Bar { }
对应opcode:
number of ops: 4 compiled vars: none line #* E I O op fetch ext return operands ------------------------------------------------------------------------------------- 2 0 E > NOP 3 1 NOP 2 NOP 4 3 > RETURN
调换声明顺序:
<?php class Foo extends Bar { } class Bar { }
对应opcode:
number of ops: 4 compiled vars: none line #* E I O op fetch ext return operands ------------------------------------------------------------------------------------- 2 0 E > FETCH_CLASS 0 :0 'Bar' 1 DECLARE_INHERITED_CLASS '%00foo%2FUsers%2Fqisen%2Ftmp%2Fvld.php0x103d58020', 'foo' 3 2 NOP 4 3 > RETURN 1
如果在强语言中,后面的写法会产生编译错误,但PHP这种动态语言,会把类的声明推迟到运行时,如果你不注意,就很可能踩到这个雷。
所以在我们了解Zend VM原理后,就更应该注意少用动态特性,可有可无的时候,就一定不要用。