zval结构体

Posted 2021-03-20 gh-123

 一。zval对比 (上图要右键新标签打开才能看清楚)

　　php的变量是由zval来存储的，PHP7之前的zval主要由value和type组成，后面增加了gc用来垃圾回收以及ref_gc来标志引用类型，共占了24字节，而在通过结构映射扩充zval来解决循环引用的问题，此时一个变量占了32字节，在扩充了zval之后，因为整型和浮点型不需要进行gc，所以整型和浮点型存在内存的浪费(存在有不需要的内存gc)，而在开启zend内存池的情况下，一个变量的大小达到了48字节。

　　PHP7以后重构了zval，不仅解决了以前的问题，而且内存占用非常小。在PHP7以后，zval支持更丰富的类型，而且不再存储复杂的类型，复杂的类型数据都是通过指针来操作，所以使得zval存储了PHP中的一切，包括整型，字符串，数组，对象等，这些存储全部只占用16字节。

二。PHP是怎么知道zval存储了什么类型的变量

　　PHP是弱类型的语言，我们在编程时并不需要指明变量的类型，直接$a等于就行了，但是在底层不知道变量的类型是不行的，一个变量的类型就是意味着变量的大小，意味着需要向操作系统申请多少内存，如果不知道变量的大小就不知道需要申请多大的内存。PHP的变量类型是由zval.v.type来决定的，值存储在zval.value中，而在c和编程的中间，PHP帮我们进行了转换，这也是为什么PHP是用c语言来写的，却不适合用在cpu密集型的场合的最重要的原因之一。过度的向上抽象，使得编程人员不需要过多的关心语言方面，而只需要把时间放在业务上面。

三。整型和浮点型存储

　　对于整型和浮点型的存储，因为占用空间小，所以是直接存储的，直接创建两个zval，然后在zval的value中来获取lval和dval。举例如下：

      创建 int.php

 

      进入gdb调试环境

        在 echo 所在的行打断点，当然也可以在入口main函数打断点

(gdb) b ZEND_ECHO_SPEC_CV_HANDLER

        运行 int.php 

(gdb) r int.php

       在第一个echo中断，输入 n 往下一步直到获取变量的值

        打印一下变量是一个指针

 

        打印指针指向的值，这里面就是一个zval

       获取变量的类型为4，看图得知为长整型        

 

       得知变量类型后，打印value下的长整型的值即为变量存储的值

 

        输入 c 继续执行到下一个 echo 断点

 　　输入 n 一步一步重复上面的步骤

 　　打印变量类型为浮点型

 　　查看变量存储的值

 　　可见整型和浮点是直接存储而不是指向另一块内存，他们是各自独立一块自己的内存空间来直接存储的。

　　接着看一下  代码最后的 unset($a) 

　　变量的类型是未使用类型，此时并没有真正的释放内存，而是需要时才覆盖或者删除。

四。复杂类型存储

　　复杂类型(字符串，数组，对象等)的存储占用空间比较大，所以是共享同一块内存，即同一个zval，在进行某些操作时才会单独分开，比如写时复制等。

五。引用类型

　　说到引用类型，就要区别一下传值和传址，引用类型为传址

　　传值时，两个变量的地址是不一样的，所以改变一个变量的值时，另一个不会改变。

　　传址时，两个变量的地址是一样的，所以改变一个变量的值时，另一个也会一起改变。

　　现在来实战一下，以及哪个问题和我们的预期是不一样的

　　1. 首先赋值$a

 　　2. 接着赋值$b,此时改变$b的值，$a是不会改变的，因为两个变量的地址是不一样的，即两个zval,这里不再演示

 　　3. 接着用地址赋值$c

 　　4. 接着改变$c的值，我们知道$b也会改变，因为用的是同一个地址，即同一个zval。

 　　5. 现在来把$c给删除掉，此时我们的预期$b也会变成空。

 　　但是结果$b却还存在，这和我们的预期是不一样的

　　问题主要在于，在 $c=&$b时，= 两边的变量类型变成了引用类型

　　1. 创建调试代码,调试步骤可看上面

 　　2. 首先查看$a的地址为  0x7f1d67c14080 ,类型为6，即字符串(对照上面的图)

  　3. 接着查看$a的值为aaa1577371164，引用计数refcount的值为1 ，@13是查看的长度为13

　　4. 接着查看$b的地址为0x7f1d67c14090,$a和$b的地址不一样，且相差一个zval的大小, $a 和 $b存储字符串的地址都是0x7f1d67c5e8c0 ,共用这一块内存，复杂类型都是这么共用一块内存的

 　　5. 此时$a和$b指向的值的引用计数变为了2

 　　6. 在$c = &$b后,看一下$c,地址为0x7f1d67c140a0，类型为10,即引用类型(看上面的图对照)

 　　7. 现在看一下$b已经由字符串类型变成了引用类型,而$b和$c的值指向的都是同一块内存 0x7f1d67c01118

  　　8. 现在看一下这地址的值，类型为引用类型，引用计数为2，值的地址为0x7f1d67c5e8c0 ，这个地址和前面$a的值所指向的地址是一样的，也就是说$a,$b,$c的值是存储在同一块内存中的

 　　9. 接着再看一下这个地址存储值的值,和前面所看到的值是一样的，即真正存储的值是不变的，此时$a直接指向这个地址，而$b和$c指向了引用的地址，再由这个引用指向这个存储值的地址。

 　　10. 接着往下走unset($c),查看一下$c的类型已经变成了0(对照上图)，即未使用的类型，此时$c不再被使用而且随时会被覆盖，但$b和$c所指向的引用地址并没有变化，只是把$c的类型变成了不再被使用

　　11. 此时查看$b的值和之前是没有变化的，依然是指向上面提到的引用地址

 　　12. 接着查看引用地址有了什么变化，只是引用计数减少了1，由原来的2变成了1，依然指向了存储值的地址

 　　13. 所以得出结论，当使用“&”操作时，会创建一种新的中间结构体zend_reference，这个结构体会指向真正的zend_string结构体，所以zend_string结构体的引用计数不变，同时zend_reference结构体的引用计数变为2，因为$c和$b此时的类型都会变为zend_reference。这样的好处是原始的zend_string在内存中始终只有一份，删除操作也不会影响到其他的值，只会使自身标志为未使用和使中间的引用类型的引用计数减一，如PHP 7底层设计与源码实现这书中的图所示

 

 　　14. 如果在unset之前改变$c的值，$b的值也会改变，$c的值不会改变，这里涉及到写时复制，复制出了另一个zval来存储值。

六。需要解决的疑问

　　1.  联合体中为什么需要多加一个没有标识作用的字段？比如 value.u1.type_info 中的type_info以及垃圾回收中的gc.u.type_info等

　　2. 字符串的柔性数组char val[1]中，为什么不是val[]或者val[0]，而偏偏是val[1] ？

　　3. 已经有了value.u1.type作为变量的类型判断了，垃圾回收的gc为什么还要冗余的多出gc.u.v.type来再次判断变量的类型?