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]; };
以上是PHP内核-简单讲解PHP灵魂HashTble的详细内容。更多信息请关注PHP中文网其他相关文章!