PHP7 の基礎となる開発原則、バイトコードからマシンコードへの変換プロセスを理解する

PHP7 の基礎となる開発原則、バイトコードからマシンコードへの変換プロセスを理解する

インターネットの急速な発展に伴い、PHP は効率的でスケーラブルな強力なツールとして機能するようになりました。開発言語としては大多数の開発者に好まれています。 PHP 言語のアップグレードとアップデートは常に開発者の焦点であり、最新バージョンの PHP7 ではパフォーマンスが大幅に向上しただけでなく、基礎的な開発原則にも変更が加えられています。この記事では、PHP7 の基礎となる開発原則を深く理解するために、バイトコードからマシンコードへの変換プロセスから始めます。

PHP7 より前のバージョンでは、PHP はインタープリター型言語であり、コードはパーサーによって直接解釈されて実行されていました。 PHP7 では、まったく新しいエンジン、つまり Zend Engine 3.0 が導入されています。このエンジンは、PHP コードをバイトコードにコンパイルし、JIT (Just-In-Time) コンパイル テクノロジを通じてバイトコードをマシン コードに変換して、より効率的な実行を実現します。この変換処理の詳細については後述する。

まず、PHP コードをバイトコードにコンパイルする方法を見てみましょう。 PHP コードは、まず字句解析によって識別子、キーワード、演算子などのユニットに分割されます。次に、これらのユニット間の関係と構造が構文アナライザーによって分析され、抽象構文ツリー (AST) が生成されます。 AST は、PHP コードの構造を反映するツリー状のデータ構造であり、一連のノードで構成され、各ノードは構文構造単位を表します。

AST が生成されたら、次のステップは AST をバイトコードに変換するプロセスです。バイトコードはコードの中間形式であり、マシン コードとは異なり、0 と 1 で構成されるバイナリ コードではなく、Zend エンジンで簡単に解析して実行できる特定のシリアル化形式です。バイトコードは、Zend エンジンが読み取って実行する実際のキャリアです。

コード例は次のとおりです:

<?php
   function sum($a, $b) {
      return $a + $b;
   }

   $result = sum(3, 4);
   echo "结果：{$result}
";
?>

上記のコードでは、2 つの数値の合計を計算する単純な関数 sum を定義し、この関数を呼び出します。 3と4の合計を計算します。このコードをバイトコードに変換するプロセスは次のとおりです。

1. パーサーは、ソース コードを、一連の抽象構文ツリー ノードで構成される抽象構文ツリーに変換します。
2. コンパイラは、抽象構文ツリーに基づいて対応するオペコードを生成し、バイトコードを生成します。

具体的なバイトコードは次のとおりです:

number 3
number 4
add
return

上記のバイトコードは一連の命令で構成されており、各命令はオペレーション コード (オペコード) と 1 つまたは複数のオペランドです。たとえば、number 3 は 3 をランタイム スタックにプッシュすることを意味し、add は 2 つの数値をスタックからポップして加算し、結果をスタックにプッシュし戻すことを意味します。 return は、スタックの先頭にある結果を返すことを意味します。

次に、JIT コンパイラーによってバイトコードがどのようにマシンコードに変換されるかを見ていきます。 JIT コンパイラーは、実行時にバイトコードをマシンコードに動的に変換する特別なコンパイラーです。 PHP7 では、Zend エンジンは LLVM (低レベル仮想マシン) ライブラリを呼び出して JIT コンパイルを実装します。

LLVM ライブラリは、バイトコードをマシンコードに変換できる柔軟なモジュール式コンパイル フレームワークを提供するオープン ソース コンパイラ インフラストラクチャです。中間表現 (IR) 形式を使用してソース言語のバイトコードをこの中間表現に変換し、さらにそれをマシンコードに変換します。

JIT コンパイル プロセス中、LLVM はまずバイトコードを IR に変換し、次に定数伝播、ループ拡張などの一連の最適化を実行して、最終的に効率的なマシン コードを生成します。これにより、PHPプログラムの実行効率が大幅に向上しました。

要約すると、PHP7 は、PHP コードをバイトコードにコンパイルし、そのバイトコードを JIT コンパイラーを通じてマシンコードに変換することで、より効率的な実行を実現します。このプロセスでは、字句アナライザー、構文アナライザー、コンパイラーがソース コードをバイトコードに変換する際に重要な役割を果たします。 JIT コンパイラは、LLVM ライブラリを呼び出してバイトコードをマシンコードに変換します。

PHP7 の基礎となる開発原則を理解することは非常に重要であり、コードを最適化し、プログラムのパフォーマンスを向上させるのに役立ちます。テクノロジーが継続的に発展するにつれて、基礎となる原理を理解し、習得することが開発者にとって不可欠なスキルになります。

参考:

• PHP Internals Book. (n.d.). https://www.phpinternalsbook.com/
• PHP および JIT - Nikita Popov から取得。 (2015 年 6 月)https://nikic.github.io/2015/06/19/PHP-7-0-JIT-FAQ.html

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