PHP automatic loading__autoload working mechanism_PHP tutorial

在使用PHP的OO模式开发系统时，通常大家习惯上将每个类的实现都存放在一个单独的文件里，这样会很容易实现对类进行复用，同时将来维护时也很便利。这也是OO设计的基本思想之一。在PHP5之前，如果需要使用一个类，只需要直接使用include/require将其包含进来即可。下面是一个实际的例子：

/* Person.class.php */
<?php
class Person {
  	var $name, $age;
  
  	function __construct ($name, $age)
  	{
   		$this->name = $name;
   		$this->age = $age;
  	}
}
?>
/* no_autoload.php */
<?php
require_once ("Person.class.php");
 
$person = new Person(”Altair”, 6);
var_dump ($person);
?>

在这个例子中，no-autoload.php文件需要使用Person类，它使用了require_once将其包含，然后就可以直接使用Person类来实例化一个对象。

但随着项目规模的不断扩大，使用这种方式会带来一些隐含的问题：如果一个PHP文件需要使用很多其它类，那么就需要很多的require/include语句，这样有可能会造成遗漏或者包含进不必要的类文件。如果大量的文件都需要使用其它的类，那么要保证每个文件都包含正确的类文件肯定是一个噩梦。

PHP5为这个问题提供了一个解决方案，这就是类的自动装载(autoload)机制。autoload机制可以使得PHP程序有可能在使用类时才自动包含类文件，而不是一开始就将所有的类文件include进来，这种机制也称为lazy loading。

下面是使用autoload机制加载Person类的例子：

/* autoload.php */
<?php
function __autoload($classname) {
  	require_once ($classname . "class.php");
}
 
$person = new Person("Altair", 6);
var_dump ($person);
?>

通常PHP5在使用一个类时，如果发现这个类没有加载，就会自动运行__autoload()函数，在这个函数中我们可以加载需要使用的类。在我们这个简单的例子中，我们直接将类名加上扩展名”.class.php”构成了类文件名，然后使用require_once将其加载。从这个例子中，我们可以看出autoload至少要做三件事情，第一件事是根据类名确定类文件名，第二件事是确定类文件所在的磁盘路径(在我们的例子是最简单的情况，类与调用它们的PHP程序文件在同一个文件夹下)，第三件事是将类从磁盘文件中加载到系统中。第三步最简单，只需要使用include/require即可。要实现第一 步，第二步的功能，必须在开发时约定类名与磁盘文件的映射方法，只有这样我们才能根据类名找到它对应的磁盘文件。

因此，当有大量的类文件要包含的时候，我们只要确定相应的规则，然后在__autoload()函数中，将类名与实际的磁盘文件对应起来，就可以实现lazy loading的效果。从这里我们也可以看出__autoload()函数的实现中最重要的是类名与实际的磁盘文件映射规则的实现。

但现在问题来了，如果在一个系统的实现中，如果需要使用很多其它的类库，这些类库可能是由不同的开发人员编写的，其类名与实际的磁盘文件的映射规则不尽相同。这时如果要实现类库文件的自动加载，就必须在__autoload()函数中将所有的映射规则全部实现，这样的话__autoload()函数有可能会非常复杂，甚至无法实现。最后可能会导致__autoload()函数十分臃肿，这时即便能够实现，也会给将来的维护和系统效率带来很大的负面影响。在这种情况下，难道就没有更简单清晰的解决办法了吧？答案当然是：NO! 在看进一步的解决方法之前，我们先来看一下PHP中的autoload机制是如何实现的。

我们知道，PHP文件的执行分为两个独立的过程，第一步是将PHP文件编译成普通称之为OPCODE的字节码序列（实际上是编译成一个叫做zend_op_array的字节数组），第二步是由一个虚拟机来执行这些OPCODE。PHP的所有行为都是由这些OPCODE来实现的。因此，为了研究PHP中autoload的实现机制，我们将autoload.php文件编译成opcode，然后根据这些OPCODE来研究PHP在这过程中都做了些什么：

/* autoload.php 编译后的OPCODE列表，是使用作者开发的OPDUMP工具
* 生成的结果，可以到网站 http://www.phpinternals.com/ 下载该软件。
*/
1: <?php
2:  // require_once ("Person.php");
3:  
4:  function __autoload ($classname) {
		0  NOP                
		0  RECV                1
5:   if (!class_exists($classname)) {
    	1  SEND_VAR            !0
     	2  DO_FCALL            'class_exists' [extval:1]
     	3  BOOL_NOT            $0 =>RES[~1]     
      	4  JMPZ                ~1, ->8
6:    require_once ($classname. “.class.php”);
   		5  CONCAT              !0, ‘.class.php’ =>RES[~2]     
     	6  INCLUDE_OR_EVAL     ~2, REQUIRE_ONCE
7:   }
      	7  JMP                 ->8
8:  }
     	8  RETURN              null
9:  
10:  $p = new Person(’Fred’, 35);
   		1  FETCH_CLASS         ‘Person’ =>RES[:0]     
    	2  NEW                 :0 =>RES[$1]     
     	3  SEND_VAL            ‘Fred’
      	4  SEND_VAL            35
     	5  DO_FCALL_BY_NAME     [extval:2]
     	6  ASSIGN              !0, $1
11:  
12:  var_dump ($p);
      	7  SEND_VAR            !0
   		8  DO_FCALL            ‘var_dump’ [extval:1]
13: ?>

在autoload.php的第10行代码中我们需要为类Person实例化一个对象。因此autoload机制一定会在该行编译后的opcode中有所体 现。从上面的第10行代码生成的OPCODE中我们知道，在实例化对象Person时，首先要执行FETCH_CLASS指令。我们就从PHP对 FETCH_CLASS指令的处理过程开始我们的探索之旅。

通过查阅PHP的源代码(我使用的是PHP 5.3alpha2版本)可以发现如下的调用序列：

ZEND_VM_HANDLER(109, ZEND_FETCH_CLASS, …) (zend_vm_def.h 1864行)
 	=> zend_fetch_class (zend_execute_API.c 1434行)
  	=>zend_lookup_class_ex (zend_execute_API.c 964行)
	=> zend_call_function(&fcall_info, &fcall_cache) (zend_execute_API.c 1040行)

在最后一步的调用之前，我们先看一下调用时的关键参数：

/* 设置autoload_function变量值为”__autoload” */
 fcall_info.function_name = &autoload_function;  // Ooops, 终于发现”__autoload”了
 …
 fcall_cache.function_handler = EG(autoload_func); // autoload_func !

zend_call_function是Zend Engine中最重要的函数之一，其主要功能是执行用户在PHP程序中自定义的函数或者PHP本身的库函数。zend_call_function有两个 重要的指针形参数fcall_info, fcall_cache，它们分别指向两个重要的结构，一个是zend_fcall_info, 另一个是zend_fcall_info_cache。zend_call_function主要工作流程如下：如果 fcall_cache.function_handler指针为NULL，则尝试查找函数名为fcall_info.function_name的函 数，如果存在的话，则执行之；如果fcall_cache.function_handler不为NULL，则直接执行 fcall_cache.function_handler指向的函数。

现在我们清楚了，PHP在实例化一个对象时（实际上在实现接口， 使用类常数或类中的静态变量，调用类中的静态方法时都会如此），首先会在系统中查找该类（或接口）是否存在，如果不存在的话就尝试使用autoload机 制来加载该类。而autoload机制的主要执行过程为：

• 检查执行器全局变量函数指针autoload_func是否为NULL。
• 如果autoload_func==NULL, 则查找系统中是否定义有__autoload()函数，如果没有，则报告错误并退出。
• 如果定义了__autoload()函数，则执行__autoload()尝试加载类，并返回加载结果。
• 如果autoload_func不为NULL，则直接执行autoload_func指针指向的函数用来加载类。注意此时并不检查__autoload()函数是否定义。

真相终于大白，PHP提供了两种方法来实现自动装载机制，一种我们前面已经提到过，是使用用户定义的__autoload()函数，这通常在PHP源程序中 来实现；另外一种就是设计一个函数，将autoload_func指针指向它，这通常使用C语言在PHP扩展中实现。如果既实现了 __autoload()函数，又实现了autoload_func(将autoload_func指向某一PHP函数)，那么只执行 autoload_func函数。

SPL autoload机制的实现

SPL是Standard PHP Library(标准PHP库)的缩写。它是PHP5引入的一个扩展库，其主要功能包括autoload机制的实现及包括各种Iterator接口或类。 SPL autoload机制的实现是通过将函数指针autoload_func指向自己实现的具有自动装载功能的函数来实现的。SPL有两个不同的函数 spl_autoload, spl_autoload_call，通过将autoload_func指向这两个不同的函数地址来实现不同的自动加载机制。

spl_autoload 是SPL实现的默认的自动加载函数，它的功能比较简单。它可以接收两个参数，第一个参数是$class_name，表示类名，第二个参 数$file_extensions是可选的，表示类文件的扩展名，可以在$file_extensions中指定多个扩展名，护展名之间用分号隔开即 可；如果不指定的话，它将使用默认的扩展名.inc或.php。spl_autoload首先将$class_name变为小写，然后在所有的 include path中搜索$class_name.inc或$class_name.php文件(如果不指定$file_extensions参数的话)，如果找 到，就加载该类文件。你可以手动使用spl_autoload(”Person”, “.class.php”)来加载Person类。实际上，它跟require/include差不多，不同的它可以指定多个扩展名。

怎样让spl_autoload自动起作用呢，也就是将autoload_func指向spl_autoload？答案是使用 spl_autoload_register函数。在PHP脚本中第一次调用spl_autoload_register()时不使用任何参数，就可以将 autoload_func指向spl_autoload。

通过上面的说明我们知道，spl_autoload的功能比较简单，而且它是在SPL扩展中实现的，我们无法扩充它的功能。如果想实现自己的更灵活的自动加载机制怎么办呢？这时，spl_autoload_call函数闪亮登场了。

我们先看一下spl_autoload_call的实现有何奇妙之处。在SPL模块内部，有一个全局变量autoload_functions，它本质上是 一个HashTable，不过我们可以将其简单的看作一个链表，链表中的每一个元素都是一个函数指针,指向一个具有自动加载类功能的函数。 spl_autoload_call本身的实现很简单，只是简单的按顺序执行这个链表中每个函数，在每个函数执行完成后都判断一次需要的类是否已经加载， 如果加载成功就直接返回，不再继续执行链表中的其它函数。如果这个链表中所有的函数都执行完成后类还没有加载，spl_autoload_call就直接 退出，并不向用户报告错误。因此，使用了autoload机制，并不能保证类就一定能正确的自动加载，关键还是要看你的自动加载函数如何实现。

So who maintains the automatic loading function list autoload_functions? It is the spl_autoload_register function mentioned earlier. It can register the user-defined autoloading function into this linked list, and point the autoload_func function pointer to the spl_autoload_call function (note that there is an exception, and the specific situation is left to everyone to think about). We can also delete registered functions from the autoload_functions linked list through the spl_autoload_unregister function.

When the autoload_func pointer is non-null, the __autoload() function will not be automatically executed. Now autoload_func has pointed to spl_autoload_call. What should we do if we still want the __autoload() function to work? Of course, still use the spl_autoload_register(__autoload) call to register it in the autoload_functions linked list.

Now back to the last question in the first section, we have a solution: implement their own autoloading functions according to the different naming mechanisms of each class library, and then use spl_autoload_register to register them into the SPL autoloading function queue respectively. That's great. This way we don't have to maintain a very complicated __autoload function.

autoload efficiency issues and countermeasures

When using the autoload mechanism, many people’s first reaction is that using autoload will reduce system efficiency. Some people even suggest not to use autoload for the sake of efficiency. After we understand the principle of autoload implementation, we know that the autoload mechanism itself is not the reason for affecting system efficiency. It may even improve system efficiency because it will not load unnecessary classes into the system.

So why do many people have the impression that using autoload will reduce system efficiency? In fact, what affects the efficiency of the autoload mechanism itself is precisely the autoloading function designed by the user. If it cannot efficiently match the class name to the actual disk file (note, this refers to the actual disk file, not just the file name), the system will have to do a lot of file existence verification (requiring in each include path (to search in the path included in the file), and determining whether the file exists requires disk I/O operations. As we all know, the efficiency of disk I/O operations is very low, so this is the culprit that reduces the efficiency of the autoload mechanism!

Therefore, when designing the system, we need to define a clear mechanism for mapping class names to actual disk files. The simpler and clearer this rule is, the more efficient the autoload mechanism will be.

Conclusion: The autoload mechanism is not inherently inefficient. Only abuse of autoload and poorly designed autoload functions will lead to a reduction in its efficiency.

http://www.bkjia.com/PHPjc/752441.htmlwww.bkjia.comtruehttp: //www.bkjia.com/PHPjc/752441.htmlTechArticleWhen using PHP’s OO mode to develop systems, it is usually customary to store the implementation of each class in a In a separate file, this will make it easy to reuse the class and maintain it in the future...