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PHP7.4 全新擴充方式 FFI 詳解

Guanhui

Apr 28, 2020 pm 01:24 PM

php

隨著PHP7.4而來的有一個我認為非常有用的一個擴充：PHP FFI（Foreign Function interface），引用一段PHP FFI RFC中的一段描述：

For PHP, FFI opens a way to write PHP extensions and bindings to C libraries in pure PHP.

是的，FFI提供了高級語言直接的互相調用，而對於PHP而言，FFI讓我們可以方便的呼叫C語言寫的各種函式庫。

其實作有大量的PHP擴充是對一些已有的C函式庫的包裝，某些常用的mysqli，curl，gettext等，PECL中也有大量的類似擴展。

傳統的方式，當我們需要用一些已有的C語言的庫的能力的時候，我們需要用C語言寫包裝器，把他們包裝成擴展，這個過程中就需要大家去學習PHP的擴充怎麼寫，當然現在也有一些方便的方式，某種Zephir。但總還是有些學習成本的，而有了FFI之後，我們就可以直接在PHP腳本中呼叫C語言寫的函式庫中的函數了。

而C語言幾十年的歷史中，累積累積的優秀的庫，FFI直接讓我們可以方便的享受這個龐大的資源了。

言歸正傳，今天我用一個例子來介紹，我們要如何使用PHP來呼叫libcurl，來抓取一個網頁的內容，為什麼要用libcurl呢？ PHP不是已經有curl擴充了？嗯，首先因為libcurl的api我比較熟，其次呢，正是因為有了，才好對比，傳統擴展方式AS和FFI方式直接的易用性不是？

首先，某些我們就拿目前你看的這篇文章為例，我現在需要寫一段程式碼來抓取它的內容，如果用傳統的PHP的curl擴展，我們大概會這麼寫：

<?php
 
$url = "https://www.laruence.com/2020/03/11/5475.html";
$ch = curl_init();
 
curl_setopt($ch, CURLOPT_URL, $url);
curl_setopt($ch, CURLOPT_SSL_VERIFYPEER, 0);
 
curl_exec($ch);
 
curl_close($ch);

（因為我的網站是https的，所以會多一個設定SSL_VERIFYPEER的操作）那如果是用FFI呢？

首先要啟用PHP7.4的ext / ffi，需要注意的是PHP-FFI要求libffi-3以上。

然後，我們需要告訴PHP FFI我們要呼叫的函數原型是咋樣的，這個我們可以使用FFI :: cdef，它的原型是：

FFI::cdef([string $cdef = "" [, string $lib = null]]): FFI

在字串$cdef中，我們可以寫C語言函數式申明，FFI會parse它，了解到我們要在字串$lib這個函式庫中呼叫的函數的簽章是啥樣的，在這個例子中，我們用到三個libcurl的函數，它們的申明我們都可以在libcurl的文檔裡找到，某些關於curl_easy_init 。

具體到這個例子，我們寫一個curl.php，包含所有要申明的東西，程式碼如下：

$libcurl = FFI::cdef(<<<CTYPE
void *curl_easy_init();
int curl_easy_setopt(void *curl, int option, ...);
int curl_easy_perform(void *curl);
void curl_easy_cleanup(void *handle);
CTYPE
 , "libcurl.so"
 );

這裡有個地方是，文件中寫的是回傳值是CURL *，但事實上因為我們的範例中不會解引用它，只是傳遞，那就避免麻煩就用void *取代。

然而還有個麻煩的事情是，PHP預先定義好了：

好了，定義部分就算完成了，現在我們完成實際邏輯部分，整個下來的程式碼會是：
<?php
require "curl.php";
 
$url = "https://www.laruence.com/2020/03/11/5475.html";
 
$ch = $libcurl->curl_easy_init();
$libcurl->curl_easy_setopt($ch, CURLOPT_URL, $url);
$libcurl->curl_easy_setopt($ch, CURLOPT_SSL_VERIFYPEER, 0);
 
$libcurl->curl_easy_perform($ch);
 
$libcurl->curl_easy_cleanup($ch);
怎麼樣，比例使用curl擴展的方式，是不是一樣簡練呢？ 
接下來，我們稍微弄的複雜一點，也直到，如果我們不想要結果直接輸出，而是返回成一個字串呢，對於PHP的curl擴充來說，我們只需要呼叫curl_setop把CURLOPT_RETURNTRANSFER為1，但在libcurl中其實並沒有直接回傳字串的能力，或是提供了一個WRITEFUNCTION的替代函數，在有資料回傳的時候，libcurl會呼叫這個函數，實際上PHP curl擴充也是這樣做的。 
目前我們並不能直接把一個PHP函數當作附加函數透過FFI傳遞給libcurl，那我們都有兩個種方式來做：
1.採用WRITEDATA ，預設的libcurl會呼叫fwrite作為變數函數，而我們可以透過WRITEDATA給libcurl一個fd，讓它不要寫入stdout，而是寫入到這個fd
2.我們自己寫一個C到簡單函數，經過FFI日期進來，傳遞給libcurl。 
我們先用第一種方式，首先我們需要使用fopen，這次我們透過定義一個C的頭檔來申明原型（file.h） ：
void *fopen(char *filename, char *mode);
void fclose(void * fp);
像file.h一樣，我們把所有的libcurl的函數申明也放到curl.h中去
#define FFI_LIB "libcurl.so"
 
void *curl_easy_init();
int curl_easy_setopt(void *curl, int option, ...);
int curl_easy_perform(void *curl);
void curl_easy_cleanup(CURL *handle);
然後我們就可以使用FFI :: load來載入.h檔：
static function load(string $filename): FFI;
但是怎麼告訴FFI載入那個對應的函式庫呢？如上面，我們透過定義了一個FFI_LIB的宏，來告訴FFI這些函數來自libcurl.so，當我們用FFI :: load載入這個h檔案的時候，PHP FFI就會自動載入libcurl.so
那為什麼fopen#不需要指定載入函式庫呢，那是因為FFI也會在變數符號表中尋找符號，而fopen是一個標準函式庫函數，它早就存在了。 
好，現在整個程式碼會是：
<?php
const CURLOPT_URL = 10002;
const CURLOPT_SSL_VERIFYPEER = 64;
const CURLOPT_WRITEDATA = 10001;
 
$libc = FFI::load("file.h");
$libcurl = FFI::load("curl.h");
 
$url = "https://www.laruence.com/2020/03/11/5475.html";
$tmpfile = "/tmp/tmpfile.out";
 
$ch = $libcurl->curl_easy_init();
$fp = $libc->fopen($tmpfile, "a");
 
$libcurl->curl_easy_setopt($ch, CURLOPT_URL, $url);
$libcurl->curl_easy_setopt($ch, CURLOPT_SSL_VERIFYPEER, 0);
$libcurl->curl_easy_setopt($ch, CURLOPT_WRITEDATA, $fp);
$libcurl->curl_easy_perform($ch);
 
$libcurl->curl_easy_cleanup($ch);
 
$libc->fclose($fp);
 
$ret = file_get_contents($tmpfile);
@unlink($tmpfile);
但这种方式呢就是需要一个临时的中转文件，还是不够优雅，现在我们用第二种方式，要用第二种方式，我们需要自己用C写一个替代函数传递给libcurl：
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include "write.h"
 
size_t own_writefunc(void *ptr, size_t size, size_t nmember, void *data) {
        own_write_data *d = (own_write_data*)data;
        size_t total = size * nmember;
 
        if (d->buf == NULL) {
                d->buf = malloc(total);
                if (d->buf == NULL) {
                        return 0;
                }
                d->size = total;
                memcpy(d->buf, ptr, total);
        } else {
                d->buf = realloc(d->buf, d->size + total);
                if (d->buf == NULL) {
                        return 0;
                }
                memcpy(d->buf + d->size, ptr, total);
                d->size += total;
        }
 
        return total;
}
 
void * init() {
        return &own_writefunc;
}
注意此处的初始函数，因为在PHP FFI中，就目前的版本（2020-03-11）我们没有办法直接获得一个函数指针，所以我们定义了这个函数，返回own_writefunc的地址。
最后我们定义上面用到的头文件write.h：
#define FFI_LIB "write.so"
 
typedef struct _writedata {
        void *buf;
        size_t size;
} own_write_data;
 
void *init();
注意到我们在头文件中也定义了FFI_LIB，这样这个头文件就可以同时被write.c和接下来我们的PHP FFI共同使用了。
然后我们编译write函数为一个动态库：
gcc -O2 -fPIC -shared  -g  write.c -o write.so
好了，现在整个的代码会变成：
<?php
const CURLOPT_URL = 10002;
const CURLOPT_SSL_VERIFYPEER = 64;
const CURLOPT_WRITEDATA = 10001;
const CURLOPT_WRITEFUNCTION = 20011;
 
$libcurl = FFI::load("curl.h");
$write  = FFI::load("write.h");
 
$url = "https://www.laruence.com/2020/03/11/5475.html";
 
$data = $write->new("own_write_data");
 
$ch = $libcurl->curl_easy_init();
 
$libcurl->curl_easy_setopt($ch, CURLOPT_URL, $url);
$libcurl->curl_easy_setopt($ch, CURLOPT_SSL_VERIFYPEER, 0);
$libcurl->curl_easy_setopt($ch, CURLOPT_WRITEDATA, FFI::addr($data));
$libcurl->curl_easy_setopt($ch, CURLOPT_WRITEFUNCTION, $write->init());
$libcurl->curl_easy_perform($ch);
 
$libcurl->curl_easy_cleanup($ch);
 
ret = FFI::string($data->buf, $data->size);
此处，我们使用FFI :: new（$ write-> new）来分配了一个结构_write_data的内存：
function FFI::new(mixed $type [, bool $own = true [, bool $persistent = false]]): FFI\CData
$own表示这个内存管理是否采用PHP的内存管理，有时的情况下，我们申请的内存会经过PHP的生命周期管理，不需要主动释放，但是有的时候你也可能希望自己管理，那么可以设置$own为flase，那么在适当的时候，你需要调用FFI :: free去主动释放。
然后我们把$data作为WRITEDATA传递给libcurl，这里我们使用了FFI :: addr来获取$data的实际内存地址：
static function addr(FFI\CData $cdata): FFI\CData;
然后我们把own_write_func作为WRITEFUNCTION传递给了libcurl，这样再有返回的时候，libcurl就会调用我们的own_write_func来处理返回，同时会把write_data作为自定义参数传递给我们的替代函数。
最后我们使用了FFI :: string来把一段内存转换成PHP的string：
static function FFI::string(FFI\CData $src [, int $size]): string
好了，跑一下吧？
然而毕竟直接在PHP中每次请求都加载so的话，会是一个很大的性能问题，所以我们也可以采用preload的方式，这种模式下，我们通过opcache.preload来在PHP启动的时候就加载好：
ffi.enable=1
opcache.preload=ffi_preload.inc
ffi_preload.inc：
<?php
FFI::load("curl.h");
FFI::load("write.h");
但我们引用加载的FFI呢？因此我们需要修改一下这俩个.h头文件，加入FFI_SCOPE，比如curl.h：
#define FFI_LIB "libcurl.so"
#define FFI_SCOPE "libcurl"
 
void *curl_easy_init();
int curl_easy_setopt(void *curl, int option, ...);
int curl_easy_perform(void *curl);
void curl_easy_cleanup(void *handle);
对应的我们给write.h也加入FFI_SCOPE为“ write”，然后我们的脚本现在看起来应该是这样的：
<?php
const CURLOPT_URL = 10002;
const CURLOPT_SSL_VERIFYPEER = 64;
const CURLOPT_WRITEDATA = 10001;
const CURLOPT_WRITEFUNCTION = 20011;
 
$libcurl = FFI::scope("libcurl");
$write  = FFI::scope("write");
 
$url = "https://www.laruence.com/2020/03/11/5475.html";
 
$data = $write->new("own_write_data");
 
$ch = $libcurl->curl_easy_init();
 
$libcurl->curl_easy_setopt($ch, CURLOPT_URL, $url);
$libcurl->curl_easy_setopt($ch, CURLOPT_SSL_VERIFYPEER, 0);
$libcurl->curl_easy_setopt($ch, CURLOPT_WRITEDATA, FFI::addr($data));
$libcurl->curl_easy_setopt($ch, CURLOPT_WRITEFUNCTION, $write->init());
$libcurl->curl_easy_perform($ch);
 
$libcurl->curl_easy_cleanup($ch);
 
ret = FFI::string($data->buf, $data->size);
也就是，我们现在使用FFI :: scope来代替FFI :: load，引用对应的函数。
static function scope(string $name): FFI;
然后还有另外一个问题，FFI虽然给了我们很大的规模，但是毕竟直接调用C库函数，还是非常具有风险性的，我们应该只允许用户调用我们确认过的函数，于是，ffi.enable = preload就该上场了，当我们设置ffi.enable = preload的话，那就只有在opcache.preload的脚本中的函数才能调用FFI，而用户写的函数是没有办法直接调用的。
我们稍微修改下ffi_preload.inc变成ffi_safe_preload.inc
<?php
class CURLOPT {
     const URL = 10002;
     const SSL_VERIFYHOST = 81;
     const SSL_VERIFYPEER = 64;
     const WRITEDATA = 10001;
     const WRITEFUNCTION = 20011;
}
 
FFI::load("curl.h");
FFI::load("write.h");
 
function get_libcurl() : FFI {
     return FFI::scope("libcurl");
}
 
function get_write_data($write) : FFI\CData {
     return $write->new("own_write_data");
}
 
function get_write() : FFI {
     return FFI::scope("write");
}
 
function get_data_addr($data) : FFI\CData {
     return FFI::addr($data);
}
 
function paser_libcurl_ret($data) :string{
     return FFI::string($data->buf, $data->size);
}
也就是，我们把所有会调用FFI API的函数都定义在preload脚本中，然后我们的示例会变成（ffi_safe.php）：
<?php
$libcurl = get_libcurl();
$write  =  get_write();
$data = get_write_data($write);
 
$url = "https://www.laruence.com/2020/03/11/5475.html";
 
 
$ch = $libcurl->curl_easy_init();
 
$libcurl->curl_easy_setopt($ch, CURLOPT::URL, $url);
$libcurl->curl_easy_setopt($ch, CURLOPT::SSL_VERIFYPEER, 0);
$libcurl->curl_easy_setopt($ch, CURLOPT::WRITEDATA, get_data_addr($data));
$libcurl->curl_easy_setopt($ch, CURLOPT::WRITEFUNCTION, $write->init());
$libcurl->curl_easy_perform($ch);
 
$libcurl->curl_easy_cleanup($ch);
 
$ret = paser_libcurl_ret($data);
这样一来通过ffi.enable = preload，我们就可以限制，所有的FFI API只能被我们可控制的preload脚本调用，用户不能直接调用。从而我们可以在这些函数内部做好适当的安全保证工作，从而保证一定的安全性。

好了，经历了这个例子，大家应该对FFI有一个比较深入的理解了，详细的PHP API说明，大家可以参考：PHP-FFI Manual，有兴趣的话，就去找一个C库，试试吧？
本文的例子，你可以在我的github上下载到:FFI example
最后还是多说一句，例子只是为了演示功能，所以省掉了很多错误分支的判断捕获，大家自己写的时候还是要加入。毕竟使用FFI的话，会让你会有1000种方式让PHP segfault crash，所以be careful
推荐PHP教程《PHP7》
以上是PHP7.4 全新擴充方式 FFI 詳解的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！