PHP内核-简单讲解PHP灵魂HashTble

一。前言

HashTable是PHP的灵魂，因为在Zend引擎中 大量的使用了HashTable，如变量表，常量表，函数表等，这些都是 适应HashTable保存的，另外，PHP的数组也是通过使用HashTble实现的，所以，了解PHP的HashTable才能真正了解PHP。

为了方便阅读，这里列举一下HashTable实现中出现的基本概念。 哈希表是一种通过哈希函数，将特定的键映射到特定值的一种数据结构，它维护键和值之间一一对应关系。

• 键(key)：用于操作数据的标示，例如PHP数组中的索引，或者字符串键等等。

• 槽(slot/bucket)：哈希表中用于保存数据的一个单元，也就是数据真正存放的容器。

• 哈希函数(hash function)：将key映射(map)到数据应该存放的slot所在位置的函数。

• 哈希冲突(hash collision)：哈希函数将两个不同的key映射到同一个索引的情况。

PHP中的哈希表实现在Zend/zend_hash.h中，先看看PHP实现中的数据结构， PHP使用如下两个数据结构来实现哈希表，HashTable结构体用于保存整个哈希表需要的基本信息， 而Bucket结构体用于保存具体的数据内容，(具体源码见最后)

二。举例

那么，以创建一个变量为例，在底层到底发生了什么呢？

创建变量的步骤: $str = "hello";

1:创建zval结构,并设置其类型 IS_STRING

2:设置其值为 hello

3:将其加入符号表

{    
zval *fooval;     
MAKE_STD_ZVAL(fooval);    
ZVAL_STRING(fooval, "hello", 1);    
ZEND_SET_SYMBOL( EG(active_symbol_table) ,  "foo" , fooval);
}

前两步在上一篇的变量结构中有提到过，详见PHP内核的存储机制（分离/改变）

符号表是什么?

答:符号表是一张哈希表,里面存储了变量名->变量的zval结构体的地址

// zend/zend_globals.h 161行 符号表

struct _zend_executor_globals { 
      ...   
      ...	
HashTable *active_symbol_table; /*活动符号表*/	
HashTable symbol_table;		/* 全局符号表 */	
HashTable included_files;	/* files already included */
     ...
}

当执行到函数时,会生成函数的"执行环境结构体",包含函数名,参数,执行步骤,所在的类(如果是方法),以及为这个函数生成一个符号表.符号表统一放在栈上.并把active_symbol_table指向刚产生的符号表

Zend/zend_compiles.h 384行，执行环境结构体：

struct _zend_execute_data {
	struct _zend_op *opline;
	zend_function_state function_state;
	zend_op_array *op_array;//函数编译后的执行逻辑，编译后的opcode二进制代码，称为op_array
	zval *object;
	HashTable *symbol_table;//此函数的符号表地址
	struct _zend_execute_data *prev_execute_data;
	zval *old_error_reporting;
	zend_bool nested;
	zval **original_return_value;
	zend_class_entry *current_scope;
	zend_class_entry *current_called_scope;
	zval *current_this;  
	struct _zend_op *fast_ret; /* used by FAST_CALL/FAST_RET (finally keyword) */
	call_slot *call_slots;
	call_slot *call;
};

上面这个,是当前函数执行时的符号表。

通过下边例子，来描述下函数在执行中，PHP对各个存储空间的分配，以及解释了为什么PHP的静态变量可以共享。

当执行到函数时,会生成函数的"执行环境结构体",包含函数名,参数,执行步骤,所在的类(如果是方法),以及为这个函数生成一个符号表.符号表统一放在栈上.并把active_symbol_table指向刚产生的符号表

解释：

1.执行t1时，形成t1的环境结构体，t1调入到执行栈，t1也有自己的符号表，符号表里边存储的变量对应这个t1环境(局部变量嘛)

2.执行t1到第三行，执行了t2，形成t2的环境结构体，t2入栈，t2也有自己的变量自己的符号表，与t1互不影响。

3.假使t1函数内部出现了递归调用t1，此时会生成第二个t1环境结构体，和【1】中是两个结构体，互不影响

函数执行时的栈变化

当函数调用时,为此函数生成了一个”执行环境变量”的结构体,里面存储了当前函数的名称,参数,对应的类....等等信息.称为_zend_execute_data {}结构体

struct _zend_execute_data {
	struct _zend_op *opline;
	zend_function_state function_state;
	zend_op_array *op_array;//函数编译后的执行逻辑，编译后的opcode二进制代码，称为op_array
	zval *object;
	HashTable *symbol_table;//此函数的符号表地址
	struct _zend_execute_data *prev_execute_data;
	zval *old_error_reporting;
	zend_bool nested;
	zval **original_return_value;
	zend_class_entry *current_scope;
	zend_class_entry *current_called_scope;
	zval *current_this;  
	struct _zend_op *fast_ret; /* used by FAST_CALL/FAST_RET (finally keyword) */
	call_slot *call_slots;
	call_slot *call;
};

这个结构体中,有2个重要的信息需要注意！:

{

*op_array ------>是函数的执行步骤，公用（静态变量字段存储于此！所以改一次依赖于此逻辑的函数全修改！）

*hash_table---->symbol_table 这个函数对应的符号表

}

 

思考一下: 1个函数,递归调用自己3次, 如t1

问：在栈上,肯定要有3个 execute_data生成.但是,这3个execute_data--->对应几个*op_array;

答:函数编译完了,生成一份*op_array,因为函数的执行逻辑是固定的.

 

问：生成了几个 symbol_table?

答：生成3个符号表.

结论：

1.每一个函数调用是都会生成自己的环境栈和符号表栈，不同的环境栈对应了自己的符号表栈，所以每个函数中的变量常量等，他们是有对应函数内的作用域限制

2.虽然每次会生成不同的环境栈与作用域，但是如果调用的是同一个函数，其 *op_array;是公用1份的，换句话说，t1递归调用自己，每次都会开辟一个环境栈区分独立，但是他们是同一个函数逻辑，所以op_array是一样的，而

三。其他

通过一个哈希算法，它总有碰撞的时候吧。PHP中的哈希表是使用拉链法来解决冲突 (具体点讲就是使用链表来存储哈希到同一个槽位的数据,Zend为了保存数据之间的关系使用了双向链表来链接元素)。

对于HashTable的初始化_zend_hash_init，

插入_zend_hash_add_or_update，

元素访问_zend_hash_add_or_find等操作，源码中有就不再这里叙述。

这样回头一想，变量表，常量表，函数表等，他们在PHP中都是靠HashTable来实现的，如[二]中叙述，hashtable是不是很强大呢？

Zend引擎哈希表结构和关系：

Zend/zend_hash.h 55行

typedef struct bucket {
	ulong h;						/* Used for numeric indexing */
	uint nKeyLength;
	void *pData;
	void *pDataPtr;
	struct bucket *pListNext;
	struct bucket *pListLast;
	struct bucket *pNext;
	struct bucket *pLast;
	const char *arKey;
} Bucket;

typedef struct _hashtable { 
    uint nTableSize;        // hash Bucket的大小，最小为8，以2x增长。
    uint nTableMask;        // nTableSize-1 ， 索引取值的优化
    uint nNumOfElements;    // hash Bucket中当前存在的元素个数，count()函数会直接返回此值 
    ulong nNextFreeElement; // 下一个数字索引的位置
    Bucket *pInternalPointer;   // 当前遍历的指针（foreach比for快的原因之一）
    Bucket *pListHead;          // 存储数组头元素指针
    Bucket *pListTail;          // 存储数组尾元素指针
    Bucket **arBuckets;         // 存储hash数组
    dtor_func_t pDestructor;    // 在删除元素时执行的回调函数，用于资源的释放
    zend_bool persistent;       //指出了Bucket内存分配的方式。如果persisient为TRUE，则使用操作系统本身的内存分配函数为Bucket分配内存，否则使用PHP的内存分配函数。
    unsigned char nApplyCount; // 标记当前hash Bucket被递归访问的次数（防止多次递归）
    zend_bool bApplyProtection;// 标记当前hash桶允许不允许多次访问，不允许时，最多只能递归3次
#if ZEND_DEBUG
    int inconsistent;
#endif
} HashTable;

Zend/zend_compiles.h 261行,op_array结构代码

struct _zend_op_array {
	/* Common elements */
	zend_uchar type;
	const char *function_name;		
	zend_class_entry *scope;
	zend_uint fn_flags;
	union _zend_function *prototype;
	zend_uint num_args;
	zend_uint required_num_args;
	zend_arg_info *arg_info;
	/* END of common elements */

	zend_uint *refcount;

	zend_op *opcodes;
	zend_uint last;

	zend_compiled_variable *vars;
	int last_var;

	zend_uint T;

	zend_uint nested_calls;
	zend_uint used_stack;

	zend_brk_cont_element *brk_cont_array;
	int last_brk_cont;

	zend_try_catch_element *try_catch_array;
	int last_try_catch;
	zend_bool has_finally_block;

	/* static variables support */
	HashTable *static_variables;

	zend_uint this_var;

	const char *filename;
	zend_uint line_start;
	zend_uint line_end;
	const char *doc_comment;
	zend_uint doc_comment_len;
	zend_uint early_binding; /* the linked list of delayed declarations */

	zend_literal *literals;
	int last_literal;

	void **run_time_cache;
	int  last_cache_slot;

	void *reserved[ZEND_MAX_RESERVED_RESOURCES];
};

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