php 数组的结构和定义

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了php 数组的结构和定义相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

数组是php中非常强大、灵活的一种数据类型,它的底层实现为散列表(HashTable,也称作:哈希表)

散列表是根据关键码值(Key value)而直接进行访问的数据结构,它的key - value之间存在一个映射函数,可以根据key通过映射函数直接索引到对应的value值,它不以关键字的比较为基本操作,采用直接寻址技术(就是说,它是直接通过key映射到内存地址上去的),从而加快查找速度,在理想情况下,无须任何比较就可以找到待查关键字,查找的期望时间为O(1)。

存放记录的数组称做散列表,这个数组用来存储value,而value具体在数组中的存储位置由映射函数根据key计算确定,映射函数可以采用取模的方式,key可以通过一些譬如“times 33”的算法得到一个整形值,然后与数组总大小取模得到在散列表中的存储位置。这是一个普通散列表的实现,PHP散列表的实现整体也是这个思路,只是有几个特殊的地方,下面就是PHP中HashTable的数据结构:

 1 struct _zend_array {
 2     zend_refcounted_h gc; //引用计数
 3     union {
 4         struct {
 5             ZEND_ENDIAN_LOHI_4(
 6                 zend_uchar    flags,
 7                 zend_uchar    nApplyCount,
 8                 zend_uchar    nIteratorsCount,
 9                 zend_uchar    consistency)
10         } v;
11         uint32_t flags;
12     } u;
13     uint32_t          nTableMask; //哈希值计算掩码,等于nTableSize的负值(nTableMask = -nTableSize)
14     Bucket           *arData;     //存储元素数组,指向第一个Bucket
15     uint32_t          nNumUsed;   //已用Bucket数
16     uint32_t          nNumOfElements; //哈希表有效元素数
17     uint32_t          nTableSize;     //哈希表总大小,为2的n次方
18     uint32_t          nInternalPointer;
19     zend_long         nNextFreeElement; //下一个可用的数值索引,如:arr[] = 1;arr["a"] = 2;arr[] = 3;  则nNextFreeElement = 2;
20     dtor_func_t       pDestructor;
21 };

HashTable中有两个非常相近的值:nNumUsednNumOfElementsnNumOfElements表示哈希表已有元素数,那这个值不跟nNumUsed一样吗?为什么要定义两个呢?实际上它们有不同的含义,当将一个元素从哈希表删除时并不会将对应的Bucket移除,而是将Bucket存储的zval修改为IS_UNDEF,只有扩容时发现nNumOfElements与nNumUsed相差达到一定数量(这个数量是:ht->nNumUsed - ht->nNumOfElements > (ht->nNumOfElements >> 5))时才会将已删除的元素全部移除,重新构建哈希表。所以nNumUsed>=nNumOfElements

HashTable中另外一个非常重要的值arData,这个值指向存储元素数组的第一个Bucket,插入元素时按顺序 依次插入 数组,比如第一个元素在arData[0]、第二个在arData[1]...arData[nNumUsed]。PHP数组的有序性正是通过arData保证的,这是第一个与普通散列表实现不同的地方。

既然arData并不是按key映射的散列表,那么映射函数是如何将key与arData中的value建立映射关系的呢?

实际上这个散列表也在arData中,比较特别的是散列表在ht->arData内存之前,分配内存时这个散列表与Bucket数组一起分配,arData向后移动到了Bucket数组的起始位置,并不是申请内存的起始位置,这样散列表可以由arData指针向前移动访问到,即arData[-1]、arData[-2]、arData[-3]......散列表的结构是uint32_t,它保存的是value在Bucket数组中的位置。

所以,整体来看HashTable主要依赖arData实现元素的存储、索引。插入一个元素时先将元素按先后顺序插入Bucket数组,位置是idx,再根据key的哈希值映射到散列表中的某个位置nIndex,将idx存入这个位置;查找时先在散列表中映射到nIndex,得到value在Bucket数组的位置idx,再从Bucket数组中取出元素。

 

映射函数(即:散列函数)是散列表的关键部分,它将key与value建立映射关系,一般映射函数可以根据key的哈希值与Bucket数组大小取模得到,即key->h % ht->nTableSize,但是PHP却不是这么做的:

nIndex = key->h | ht->nTableMask;

显然位运算要比取模更快。

nTableMasknTableSize的负数,即:nTableMask = -nTableSize,因为nTableSize等于2^n,所以nTableMask二进制位右侧全部为0,也就保证了nIndex落在数组索引的范围之内(|nIndex| <= nTableSize):

 

哈希碰撞是指不同的key可能计算得到相同的哈希值(数值索引的哈希值直接就是数值本身),但是这些值又需要插入同一个散列表。一般解决方法是将Bucket串成链表,查找时遍历链表比较key。

PHP的实现也是如此,只是将链表的指针指向转化为了数值指向,即:指向冲突元素的指针并没有直接存在Bucket中,而是保存到了value的zval中:

 1 struct _zval_struct {
 2     zend_value        value;            /* value */
 3     ...
 4     union {
 5         uint32_t     var_flags;
 6         uint32_t     next;                 /* hash collision chain(哈希碰撞链) */
 7         uint32_t     cache_slot;           /* literal cache slot */
 8         uint32_t     lineno;               /* line number (for ast nodes) */
 9         uint32_t     num_args;             /* arguments number for EX(This) */
10         uint32_t     fe_pos;               /* foreach position */
11         uint32_t     fe_iter_idx;          /* foreach iterator index */
12     } u2;
13 };

当出现冲突时将原value的位置保存到新value的zval.u2.next中,然后将新插入的value的位置更新到散列表,也就是后面冲突的value始终插入header

数组中存储元素的结构

1 typedef struct _Bucket {
2     zval              val; //存储的具体value,这里嵌入了一个zval,而不是一个指针
3     zend_ulong        h;   //key根据times 33计算得到的哈希值,或者是数值索引编号
4     zend_string      *key; //存储元素的key
5 } Bucket;

 

以上是关于php 数组的结构和定义的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

VSCode自定义代码片段5——HTML元素结构

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PHP08 数组和数据结构

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