本篇文章给大家介绍《分析PHP底层内核源码之变量 (二) zend_string》。有一定的参考价值,有需要的朋友可以参考一下,希望对大家有所帮助。

相关文章推荐:《解析PHP底层内核源码之变量 (一)》《分析PHP底层内核源码之变量 (三)》

在变量(一)中 我们主要通读了_zval_struct 来深入了解 PHP7以上版本的 变量实现和内存占用

struct _zval_struct {
zend_value        value;
u1;
u2;
};

其中 zend_value 结构体的核心代码如下

typedef union _zend_value {
zend_long         lval;          //整型
double            dval;          //浮点型
zend_refcounted  *counted;     //获取不同类型结构的gc头部的指针
zend_string      *str;        //string字符串 的指针
zend_array       *arr;        //数组指针
zend_object      *obj;        //object 对象指针
zend_resource    *res;         ///资源类型指针
zend_reference   *ref;       //引用类型指针   比如你通过&$c  定义的
zend_ast_ref     *ast;     // ast 指针  线程安全 相关的 内核使用的
zval             *zv;   // 指向另外一个zval的指针  内核使用的
void             *ptr;   //指针  ,通用类型  内核使用的
zend_class_entry *ce;    //类 ,内核使用的
zend_function    *func;   // 函数 ,内核使用的
struct {
uint32_t w1;//自己定义的。 无符号的32位整数
uint32_t w2;//同上
} ww;
} zend_value;

可以看出常用的 zend_value包含 上面几种 会不会有个疑问 怎么没有布尔型呢?

其实这里这里的 zend_value 只是负责存储 内容 同样你也会发现 也没有null类型

再次回去打开 zend_types.h

[root@2890cf458ee2 Zend]# vim zend_types.h
/* regular data types */
#define IS_UNDEF					0
#define IS_NULL						1
#define IS_FALSE					2
#define IS_TRUE						3
#define IS_LONG						4
#define IS_DOUBLE					5
#define IS_STRING					6
#define IS_ARRAY					7
#define IS_OBJECT					8
#define IS_RESOURCE					9
#define IS_REFERENCE				10
/* constant expressions */
#define IS_CONSTANT_AST				11
/* internal types */
#define IS_INDIRECT             	13
#define IS_PTR						14
#define IS_ALIAS_PTR				15
#define _IS_ERROR					15
/* fake types used only for type hinting (Z_TYPE(zv) can not use them) */
#define _IS_BOOL					16
#define IS_CALLABLE					17
#define IS_ITERABLE					18
#define IS_VOID						19
#define _IS_NUMBER					20

可以看到 在代码里 定义了 20种类型 其中前11种 是常用类型 后面的类型包含ast和 internal 等 不常用 后面到内存管理 会依次展开 ast和 internal的使用

言归正传 在PHP中 管理字符串会使用zend_string。每次 PHP 需要使用字符串时,都会使用zend_string结构, PHP没有用原生c语言的 char 而是封装了个结构体

[root@2890cf458ee2 Zend]# vim zend_types.h
  82 typedef struct _zend_object_handlers zend_object_handlers;
83 typedef struct _zend_class_entry     zend_class_entry;
84 typedef union  _zend_function        zend_function;
85 typedef struct _zend_execute_data    zend_execute_data;
86
87 typedef struct _zval_struct     zval;
88
89 typedef struct _zend_refcounted zend_refcounted;
90 typedef struct _zend_string     zend_string;
91 typedef struct _zend_array      zend_array;
92 typedef struct _zend_object     zend_object;
93 typedef struct _zend_resource   zend_resource;
94 typedef struct _zend_reference  zend_reference;
95 typedef struct _zend_ast_ref    zend_ast_ref;
96 typedef struct _zend_ast        zend_ast;

在第90行看到 zend_string实际上是_zend_string的别名

别名是c语言特有的一种 形式

继续跟到第235行 看到了 _zend_string是一个结构体

struct _zend_string {
zend_refcounted_h gc;
zend_ulong        h;                /* hash value */
size_t            len;
char              val[1];
};

这个结构体包含 4个部分

其中 有gc (这显然又是一个自定义类型 ) h(也是一个自定义类型) len (整型) val[1](字符串类型,但是这个名字怎么怪怪的)。

我们继续跟gc 这个类型

typedef struct _zend_refcounted_h {
uint32_t         refcount;			/* reference counter 32-bit */
union {
uint32_t type_info;
} u;
} zend_refcounted_h;

可以看到 zend_refcounted_h 是 _zend_refcounted_h结构体的别名

这个结构体 包括 一个 32位纯数字的 refcount 和一个联合体u 联合体u里面包括一个 type_info zend_refcounted_h 占用8字节 ,refount英文翻译成中文是引用的意思 显然 这个 zend_refcounted_h是为了引用计数和字符串类别存储用的。

引用计数存放在refcount字段、字符串所属的变量类别则存储在type字段。zend_string结构体中因为加入了gc字段,使得其和数组、对象一样可被多个zval引用 这非常巧妙了。

[root@2890cf458ee2 Zend]# vim zend_types.h
[root@2890cf458ee2 Zend]# php -v
PHP 7.4.15 (cli) (built: Feb 22 2021 08:46:50) ( NTS )
Copyright (c) The PHP Group
Zend Engine v3.4.0, Copyright (c) Zend Technologies
****************************************
我的版本为 7.4.15 你如果看过其他大佬做的源码文章会发现跟我这个版本的_zend_refcounted_h
结构体有所不同 ,比如 陈雷大佬的书中 的_zend_refcounted_h结构体会包含一个联合体
联合体里面又有用于垃圾回收颜色用的 gc_info 等
*************************************

个人认为是因为 zend_zval 的u1 已经包含了 type_flags type 等字段 所以在PHP7.4版本里zend_refcounted_h 就弃用了这些值

在 zend_string结构体 第二个值 h 指向了zend_ulong

通过追踪代码 发现 zendulong 在 zend_long.h 中

a7f116f0227ca1b050cd77d122b3fa0.png

h是typedef uint64_t zend_ulong类型的一个变量,保存字符串对应的哈希值,其后续会用在数组里面。他占用8个字节

我们把 zend_string 加上注释

struct _zend_string {
zend_refcounted_h gc; //占用8个字节 用于gc的计数和字符串类型的记录
zend_ulong        h;        // 占用8个字节 用于记录 字符串的哈希值
size_t            len;       //占用8个字节    字符串的长度
char              val[1];   //占用1个字节    字符串的值存储位置
};

len和val[1]用于标识字符串,c语言中字符串的表示形式可以以\0结尾,通过遍历得到字符串长度,但是其非二进制安全,如字符串中本身就包含\0,那么该字符串\0后面的字符串会被截断,这里len用于保存字符串的长度, val是一个柔性数组。实现的字符串是二进制安全的。

关于\0 可以看以下 c语言代码

main(){
char a[] = "aa\0";
char b[] = "aa\0aaaaaaaaaaaaaaaaaa";
printf(strlen(a));
printf(strlen(b));
}

运行结果为 2 2

也就是说C语言认为a和b这两个字符串是相等的,而且ab的长度为都为2

但是在PHP中因为有了zend_string的存在 可以做到二进制安全

例如,字符串 “foo” 在zend_string中存储为 “foo\0”,且它的长度为3。另外,字符串 “foo\0bar” 将存储为 “foo\0bar\0”,且其长度为7。

至于什么是柔性数组 参考goole搜的介绍

1、什么是柔性数组?
柔性数组既数组大小待定的数组, C语言中结构体的最后一个元素可以是大小未知的数组,也就是所谓的0长度,
所以我们可以用结构体来创建柔性数组。
2、柔性数组有什么用途 ?
它的主要用途是为了满足需要变长度的结构体,为了解决使用数组时内存的冗余和数组的越界问题。
3、用法 :在一个结构体的最后 ,申明一个长度为空的数组,就可以使得这个结构体是可变长的。
对于编译器来说,此时长度为0的数组并不占用空间,因为数组名
本身不占空间,它只是一个偏移量, 数组名这个符号本身代 表了一个不可修改的地址常量
(注意:数组名永远都不会是指针! ),但对于这个数组的大小,我们
可以进行动态分配,对于编译器而言,数组名仅仅是一个符号,
它不会占用任何空间,它在结构体中,只是代表了一个偏移量,代表一个不可修改的地址常量!
对于柔性数组的这个特点,很容易构造出变成结构体,如缓冲区,数据包等等

用柔性数组的好处很明显,读写字符串值时可以省一次内存读写

那为什么不用val[0] 或者var[] 而是var[1] 呢 因为 为了兼容c99的标准 c99里不允许变长数组的定义,但是支持var[1] 你可以理解为 为了兼容不同版本的c编译器即可。

len字段是记录 字符串的长度 跟上面的柔性数组一配合就知道 字符串的真实长度了 读取的数据长度以自身结构体len值为准。同时这也是典型的空间换时间算法 也节省了还要去计算字符串的长度的消耗。

所以 zend_string 结构体整体占用 25个字节 但是因为内存对齐 所以占用32个字节

以上你已经掌握了 字符串 结构体的 基础知识

在PHP中 封装了很多 操作字符串的基础宏 一般在 zend_string.h 中

下面这行代码 php是怎么实现的?

其实整个过程是


3991c06d19282253d469cc6812a8681.png

(先不要考虑 词法分析 语法分析 AST 等过程)

<?php
$str = 'PHP';
printf("字符串内容为".$str);
printf("字符串长度为".strlen($str));
?>

其实对应的 ‘伪代码’如下

zend_string *s;
zend_string_init(s,"PHP", strlen("PHP"), 0)
// 其中 zend_string_init 为初始化一个普通字符串 s
// 存储字符串到s 到变量 zval a 中
ZVAL_STR(&a, s);
php_printf("子字符串内容为", Z_STRVAL(a));
php_printf("字符串长度为", Z_STRLEN(a));
zend_string_release(a);

zend_string_init()函数(实际上是宏)计算完整的char *字符串和它的长度。最后一个参数的类型为 int 值为 0 或 1。如果传0,则通过 Zend 内存管理使用请求绑定的堆分配。这种分配在当前请求结束后时销毁。如果不销毁,内存就会泄漏。如果传1,则要求了所谓的“持久”分配,将使用传统的 C语言的malloc()调用。

说人话就是zend_string_init函数把一个普通字符串初始化成zend_string

在zend_string.h 中 第152行 可以找到

 //上述我们传进来  zend_string_init("PHP", 3, 0);
static zend_always_inline zend_string *zend_string_init(const char *str, size_t len, int persistent)
{
//分配内存及初始化 初始化内存的值
zend_string *ret = zend_string_alloc(len, persistent);
//拷贝 str 到 zend_string 中的val中
memcpy(ZSTR_VAL(ret), str, len);
//把字符串末尾加上\0 毕竟要依赖c语言 所以最最底层要按照人家规则走
ZSTR_VAL(ret)[len] = '\0';
return ret;
}

zend_string_init 第一步 又调用了 zend_string_alloc 然后进行 memcpy 执行ZSTR_VAL

最后返回一个 字符串变量

下面是zend_string_alloc的代码

static zend_always_inline zend_string *zend_string_alloc(size_t len, int persistent)
{
zend_string *ret = (zend_string *)pemalloc(ZEND_MM_ALIGNED_SIZE(_ZSTR_STRUCT_SIZE(len)), persistent);
GC_SET_REFCOUNT(ret, 1);
GC_TYPE_INFO(ret) = IS_STRING | ((persistent ? IS_STR_PERSISTENT : 0) << GC_FLAGS_SHIFT);
ZSTR_H(ret) = 0;
ZSTR_LEN(ret) = len;
return ret;
}

这个宏代码主要是申请一块连续的内存,内存的大小的计算公式为:实际申请大小= 结构体的大小(24) + 字符串的长度(len)+1,实际申请大小是按照8字节对齐的,不一定等于实际计算的结果。 len = string.len + new_str_len + string_struct_len + 1

这个+1就是为了追加 \0 使用的

并且还做了初始化 zend_string 工作

//这是个宏  设置 zend_string 中的 h值    还记得h值是干嘛的吗?
ZSTRH(ret) = 0;
//这是个宏 设置 zend_string 中的len的值
ZSTR_LEN(ret) = len;

然后进行memcpy 函数

C 库函数 中的memcpy()
void *memcpy(void *str1, const void *str2, size_t n)
参数
str1 -- 指向用于存储复制内容的目标数组,类型强制转换为 void* 指针。
str2 -- 指向要复制的数据源,类型强制转换为 void* 指针。
n -- 要被复制的字节数。
返回值
该函数返回一个指向目标存储区 str1 的指针

memcpy主要用于拷贝数据 里面包含了一个宏 ZSTR_VAL

这个宏是设置zend_string的val中数据

通过阅读源码我们可以发现
以ZSTR_***(s)开头的每个宏都会作用到 zend_string。
ZSTR_VAL()   访问字符数组
ZSTR_LEN()  访问长度信息
ZSTR_HASH() 访问哈希值
…
以 Z_STR**(z) 开头的宏都会作用于到 zval 中的 zend_string 。
Z_STRVAL()
Z_STRLEN()
Z_STRHASH()
…

这样就开辟了一个字符串 值为 “PHP”

下一步又是一个宏 zend_string_release

static zend_always_inline void zend_string_release(zend_string *s)
{
if (!ZSTR_IS_INTERNED(s)) {
if (GC_DELREF(s) == 0) {
pefree(s, GC_FLAGS(s) & IS_STR_PERSISTENT);
}
}
}

显然是用于释放内存的

关于zend_string 的宏 可以参考以下注释 (慢慢会依次展开讲解)


05b9fd10711b29bf2b04707f5660e28.png

接下来的小节我们将继续 分析zend_string 的写时赋值 和 内存管理 以及字符串的各种操作的实现。所以你务必吸收上面的内容 并且打开源码进行查看

感谢陈雷前辈的《PHP7源码底层设计与实现》

▏本文经原作者PHP崔雪峰同意,发布在811轩轩资源网,原文地址:https://zhuanlan.zhihu.com/p/352830733

以上就是分析PHP底层内核源码之变量 (二) zend_string的详细内容,更多请关注811轩轩资源网其它相关文章!

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