詳解PHP7中的zval結構與引用計數機制

推薦學習：《PHP影片教學》

#最近在查閱PHP7 垃圾回收的資料的時候，網路上的一些程式碼範例在本地環境下運作時出現了不同的結果，使我一度非常迷惑。仔細一想不難發現問題所在：這些文章大多是PHP5.x 時代的，而PHP7 發布後，採用了新的zval 結構，相關的資料也比較貧瘠，所以我結合一些資料做了一個總結，主要著重解釋新zval 容器中的引用計數機制，如有謬誤，還望不吝指教。

PHP7 中新的 zval 結構

明人不說暗話，先看程式碼！

struct _zval_struct {
    union {
        zend_long         lval;             /* long value */
        double            dval;             /* double value */
        zend_refcounted  *counted;
        zend_string      *str;
        zend_array       *arr;
        zend_object      *obj;
        zend_resource    *res;
        zend_reference   *ref;
        zend_ast_ref     *ast;
        zval             *zv;
        void             *ptr;
        zend_class_entry *ce;
        zend_function    *func;
        struct {
            uint32_t w1;
            uint32_t w2;
        } ww;
    } value;
    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;
    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;
};
复制代码

對於該結構的詳細描述可以參考文末鳥哥的文章，寫的非常詳細，我就不關公面前耍大刀了，這裡我只提出幾個比較關鍵的點：

• PHP7 中的變數分為變數名稱和變數值兩部分，分別對應zval_struct 和在其中宣告的value

• zval_struct.value#zval_struct.value# 中的zend_long 、double

  都是
簡單數據類型
• ，能夠直接儲存具體的值，而其他複雜資料類型儲存一個指向其他資料結構的

  指標

  PHP7 中，引用計數器儲存在
value
• 中而不是

  zval_struct#NULL、布林型都屬於沒有值

  的資料型態（其中布林型透過
IS_FALSE
• 和

  IS_TRUE 兩個常數來標記），自然也就沒有引用計數

#引用
• （REFERENCE）變成一種資料結構而不再只是標記位元了，它的結構如下：

  struct _zend_reference {
      zend_refcounted_h gc;
      zval              val;
  }

  zend_reference 作為zval_struct 中包含的一種value 類型，也擁有自己的val
  值，這個值是指向一個
zval_struct.value

的。他們都擁有自己的

引用計數器。

引用計數器用來記錄目前有多少

zval

指向同一個

zend_value

。

針對第六點，請看如下程式碼：

$a = 'foo';
$b = &$a;
$c = $a;

此時的資料結構是這樣的：$a 與$b 各擁有一個zval_struct 容器，而其中的value 都指向同一個zend_reference 結構，zend_reference 內嵌一個val

結構，指向同一個

zend_string，字串的內容就儲存在其中。

而$c 也擁有一個

zval_struct，而它的value 在初始化的時候可以直接指向上面提到的zend_string

，這樣在拷貝時就不會產生複製。

下面我們就聊一聊在這個全新的

zval 結構中，會出現的種種現象，和這些現象背後的原因。

問題

一. 為什麼某些變數的參考計數器的初始值為0

現象

$var_int = 233;
$var_float = 233.3;
$var_str = '233';

xdebug_debug_zval('var_int');
xdebug_debug_zval('var_float');
xdebug_debug_zval('var_str');

/** 输出 **
var_int:
(refcount=0, is_ref=0)int 233

var_float:
(refcount=0, is_ref=0)float 233.3

var_str:
(refcount=0, is_ref=0)string '233' (length=3)
**********/

原因

在PHP7 中，為一個變數賦值的時候，包含了兩個部分運算：

#1、為符號量（即變數名稱）申請一個zval_struct 結構 2、將變數的值儲存到zval_struct.value 中對於zval

在

value
• 欄位中能保存下的值，就不會在對他們進行引用計數，
而是在拷貝的時候直接賦值
• ，這部分類型有：

#IS_LONG##IS_DOUBLE #即我們在PHP 的

整形

與
浮點型

。

那麼 var_str 的 refcount 為什麼也是 0 呢？ 這就牽扯到PHP 中字串的兩種型別：

1、

interned string

內部字串（函數名稱、類別名稱、變數名稱、靜態字串）：

 $str = '233';    // 静态字符串

2、普通字串：

 $str = '233' . time();

對於

內部字串###而言，字串的內容是唯一不變的，相當於C 語言中定義在靜態變數區的字串，###他們的生存週期存在於整個請求期間，request 完成後會統一銷毀釋放###，自然也就無需透過引用計數進行記憶體管理。 ###

二. 为什么在对整形、浮点型和静态字符串型变量进行引用赋值时，计数器的值会直接变为2

现象

$var_int_1 = 233;
$var_int_2 = &var_int;
xdebug_debug_zval('var_int_1');

/** 输出 **
var_int:
(refcount=2, is_ref=1)int 233
**********/

原因

回忆一下我们开头讲的 zval_struct 中 value 的数据结构，当为一个变量赋整形、浮点型或静态字符串类型的值时，value 的数据类型为 zend_long 、 double 或 zend_string，这时值是可以直接储存在 value 中的。而按值拷贝时，会开辟一个新的 zval_struct 以同样的方式将值储存到相同数据类型的 value 中，所以 refcount 的值一直都会为 0。

但是当使用 & 操作符进行引用拷贝时，情况就不一样了：

• PHP 为 & 操作符操作的变量申请一个 zend_reference 结构

• 将 zend_reference.value 指向原来的 zval_struct.value

• zval_struct.value 的数据类型会被修改为 zend_refrence

• 将 zval_struct.value 指向刚刚申请并初始化后的 zend_reference

• 为新变量申请 zval_struct 结构，将他的 value 指向刚刚创建的 zend_reference

此时：$var\_int\_1 和 $var_int_2 都拥有一个 zval_struct 结构体，并且他们的 zval_struct.value 都指向了同一个 zend_reference 结构，所以该结构的引用计数器的值为 2。

题外话：zend_reference 又指向了一个整形或浮点型的 value，如果指向的 value 类型是 zend_string，那么该 value 引用计数器的值为 1。而 xdebug 出来的 refcount 显示的是 zend_reference 的计数器值（即 2）

三. 为什么初始数组的引用计数器的值为 2

现象

$var_empty_arr = [1, 2, '3'];
xdebug_debug_zval('var_empty_arr');

/** 输出 **
var_arr:
(refcount=2, is_ref=0)
array (size=3)
  0 => (refcount=0, is_ref=0)int 1
  1 => (refcount=0, is_ref=0)int 2
  2 => (refcount=1, is_ref=0)string '3' (length=1)
**********/

原因

这牵扯到 PHP7 中的另一个概念，叫做 immutable array（不可变数组）。

For arrays the not-refcounted variant is called an "immutable array". If you use opcache, then constant array literals in your code will be converted into immutable arrays. Once again, these live in shared memory and as such must not use refcounting. Immutable arrays have a dummy refcount of 2, as it allows us to optimize certain separation paths.

不可变数组是 opcache 扩展优化出的一种数组类型，简单的说，所有多次编译结果恒定不变的数组，都会被优化为不可变数组，下面是一个反例：

$array = [1, 2, time()];

PHP 在编译阶段无法得知 time() 函数的返回值，所以此处的 $array 是可变数组。

不可变数组和我们上面讲到的内部字符串一样，都是不使用引用计数的，但是不同点是，内部字符串的计数值恒为 0，而不可变数组会使用一个伪计数值 2。

总结

• 简单数据类型

  • 整形（不使用引用计数）
  • 浮点型（不使用引用计数）
  • 布尔型（不使用引用计数）
  • NULL（不使用引用计数）

• 复杂数据类型

  • 字符串

    • 普通字符串（使用引用计数，初始值为 1）
    • 内部字符串（不使用引用计数，引用计数值恒为 0）

  • 数组

    • 普通数组（使用引用计数，初始值为 1）
    • 不可变数组（不使用引用计数，使用伪计数值 2）
  • 对象（使用引用计数，初始值为 1）

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以上是詳解PHP7中的zval結構與引用計數機制的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！