PHP中的NOP及为什么有这个opcode

什么是NOP NOP 是一个特殊的opcode，表示空操作，在很多地方存在，汇编中的NOP含义也一样，机器指令中的空操作通常用来将内存地址进行对齐，以提高CPU访问内存的效率，GCC等编译器也会将特定的语句进行优化而产生空操作。 PHP中的空操作opcode NOP: ZEND_NOP

什么是NOP

NOP 是一个特殊的opcode，表示空操作，在很多地方存在，汇编中的NOP含义也一样， 机器指令中的空操作通常用来将内存地址进行对齐，以提高CPU访问内存的效率， GCC等编译器也会将特定的语句进行优化而产生空操作。

PHP中的空操作opcode NOP: ZEND_NOP

PHP基于Zend虚拟机，其他基于虚拟机的语言中大都会有类似NOP的指令， PHP文档有对此的简单说明：

<?php /*
 * no operation
 * opcode number: 0
 */
function A(){};
?>
/* VLD 的输出结果 */
line  #   op  fetch   ext return  operands
6 0   NOP              
7 1   RETURN              1
Function name: A
Compiled variables: none
line  #   op  fetch   ext return  operands
6 0   RETURN              null

上面的VLD结果可以看出，函数A()的声明编译后变成了NOP操作。

Zend虚拟机是高级抽象，不要考虑内存对齐等的问题，为什么还需要空操作这样的opcode呢？

原因简单讲就是：编译过程优化的结果。有的内容由于可以在编译时就可确定(称为提早绑定Early Binding)， 那么一部分opcode可以在编译时替换成空操作。

我们来看看这段代码的编译结果：

<?php if(true) {
  class Foo {}
}
new Bar();
class Bar {}
filename:       /Users/reeze/Opensource/php-test/php-src-5.4/test.php
function name:  (null)
number of ops:  8
compiled vars:  none
line     # *  op                           fetch          ext  return  operands
---------------------------------------------------------------------------------
   2     0  > > JMPZ                                                     true, ->3
   3     1  >   ZEND_DECLARE_CLASS                               $0      '%00foo%2FUsers%2Freeze%2FOpensource%2Fphp-test%2Fphp-src-5.4%2Ftest.php0x106cd601f', 'foo'
   4     2    > JMP                                                      ->3
   6     3  >   ZEND_FETCH_CLASS                              4  :1      'Bar'
       4      NEW                                                      :1
       5      DO_FCALL_BY_NAME                              0
   7     6      NOP
   9     7    > RETURN

和前面官方函数定义代码一样，上面VLD输出的第7行看到类Bar的opcode变成了NOP，不过请留意第3行， 这一行类Foo定义的opcode是ZEND_DECLARE_CLASS，也就是类的声明。

为什么同样是类的声明，第一个类声明的OPCODE和第二个的不一样呢？

上例中的代码，在Bar类声明之前是可以执行的new Bar，但是此时Bar类的声明并没有执行到， 那为什么可以访问到Bar类呢，这是因为Bar类的声明在编译时就已经完成了， 因为Bar类已经在编译时声明好了，所以在真正执行的时候就不需要再次执行声明类的操作了， 所以它所对应的opcode被替换成NOP了。

而Foo这个类由于处在条件判断块之中，编译期无法确定Foo类是否一定会被执行，所以还是需要在 执行时来声明这个类，所以opcode没有改变。

对于使用了opcode缓存的代码来说，把函数和类的声明移到了编译时，也就减少了执行时的opcode执行， 这能加快代码的执行。

优化

你可能会想，既然类及函数的声明可以优化掉，为什么不能直接丢弃这个opcode呢？ 一能减少opcode占用的内容，比如很多的框架中有大量的类定义，也能减少执行时间， 因为空操作并不是0成本的，执行NOP的时候还是需要消耗CPU的。

先看看opcode编译过程的一个重要函数：

zend_op *get_next_op(zend_op_array *op_array TSRMLS_DC)
{
  zend_uint next_op_num = op_array->last++;
  zend_op *next_op;
  if (next_op_num >= CG(context).opcodes_size) {
      if (op_array->fn_flags & ZEND_ACC_INTERACTIVE) {
          /* we messed up */
          zend_printf("Ran out of opcode space!\n"
                      "You should probably consider writing this huge script into a file!\n");
          zend_bailout();
      }
      CG(context).opcodes_size *= 4;
      op_array_alloc_ops(op_array, CG(context).opcodes_size);
  }
  next_op = &(op_array->opcodes[next_op_num]);
  init_op(next_op TSRMLS_CC);
  return next_op;
}

这个函数每次会返回一个zend_op(也就是opcode一个最小单位)，opcode的存储空间申请和哈希表类似， 通过预先申请空间的方式，如果空间不足则适当扩容。在编译时，opcode是以文件为单位的，而通常 在一个文件中函数或类声明的个数是不会太多的。而在编译时opcode数组已经是预先申请好的，所以 及时优化掉这个opcode，而实际在编译时的内存占用也不会有任何的优化。

目前只有少数几处使用了ZEND_NOP这个opcode。读者可以参考Zend/zend_compile.c: zend_do_early_binding()， 这个函数进行就是在确定在编译时能确定的函数以及类声明，在完成函数或类的声明后将当前编译的opcode设置为ZEND_NOP。 因为后续在执行是并需要再次对该函数或类进行声明了。

NOTE 当然也并不是所有的全局类或者方法都会进行提早绑定,具体可以参考前面提到的Zend_compile.c文件的实现

在这个函数中其实可以将生成的ZEND_NOP优化掉的，比如eAccelarator扩展中就对opcode进行了优化，将ZEND_NOP从 opcode_array数组中移除了，因为使用了opcode cache扩展优化只进行一次，而执行对多次执行， 这样的优化是值得的。目前Zend引擎并没有进行任何的优化，首先从代码上来看，类和函数声明的数量和其他指令的数量 之间差很多个等级，所以至少这个地方优化的收益是有限的，为了保证Zend引擎的简洁它没有进行优化。

目前APC扩展已经基本确定为将要进入PHP默认opcode缓存的官方扩展了，那么这些优化都可以在扩展中进行， 保证Zend引擎的简单易维护更为重要。

原文地址：PHP中的NOP及为什么有这个opcode, 感谢原作者分享。