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PHP内核探索之变量（3）

WBOY原创: 2016-06-06 19:36:13940浏览

在PHP中，除了zval, 另一个比较重要的数据结构非hash table莫属，例如我们最常见的数组，在底层便是hash table。除了数组，在线程安全（TSRM）、GC、资源管理、Global 变量、ini配置管理中，几乎都有Hash table的踪迹（上一次我们也提到，符号表也是使用Has

在PHP中，除了zval, 另一个比较重要的数据结构非hash table莫属，例如我们最常见的数组，在底层便是hash table。除了数组，在线程安全（TSRM）、GC、资源管理、Global变量、ini配置管理中，几乎都有Hash table的踪迹（上一次我们也提到，符号表也是使用Hash table实现的）。那么，在PHP中，这种数据有什么特殊之处，结构是怎么实现的？带着这些问题，我们开始本次的内核探索之旅。

本文主要内容：

Hash table的基本介绍
PHP底层Hash table的结构和实现
Zend Hash table API

一、Hash table的基本介绍和背景知识

1. 基本定义

Hash table,又叫哈希表，散列表，Hash表，维基百科上对哈希表的定义是："散列表，是根据关键字（Key value）而直接访问在内存存储位置的数据结构。也就是说，它通过把键值通过一个函数的计算，映射到表中一个位置来访问记录，这加快了查找速度。这个映射函数称做散列函数，存放记录的数组称做散列表。”。提取文中的主干，我们可以得出如下信息：

（1）.Hash table是一种数据结构。

（2）.这种数据结构是普通数组的扩展。

（3）.这种数据结构通过key->value的映射关系，使得插入和查找的效率很高（数组可以直接寻址，可在O(1)的时间内访问任意元素）。

我们知道，在一般的数组、线性表、树中，记录在结构中的位置是相对随机的，即记录和关键字之间不存在直接的、确定的对应关系。在这些结构中，要查找和插入关键字，常常需要进行一系列的比较，查找的效率通常是O(n)或者O(lgn)的。而Hash table通过Hash函数建立了关键字和记录之间的对应关系，使得普通的查找和插入操作可以在O(1)（平均时间复杂度）的时间内完成，这显然是最理想的查找方式。

2. Hash函数

如上所述，Hash函数建立了关键字和记录之间的对应关系,即：Record = Hash(key) , 这种对应关系如下所示：

PHP内核探索之变量（3）

理论上，哈希函数可以是任何函数如Crc32, unique_id,MD5,SHA1或者用户自定义的函数。这个函数的好坏直接关系到Hash table的性能（考虑冲突和查找的性能）。这里列举了几个常见的Hash函数和对应的实现，有兴趣的童鞋可以看看。一个典型的字符串Hash算法如下：

function hash( $key ){
    $result = 0;
    $len = strlen($key);

    for($i = 0;$i < $len; $i++ ){
        $result += ord($key{$i}) * ((1 << 5) + 1);
    }
    return $result;
}

3.冲突解决

在理想的情况下，我们期望任何关键字计算出的Hash值都是唯一的，这样我们便可以通过Hash(key)这种方式直接定位到要查找的记录。但不幸的，几乎没有一个Hash函数可以满足这样的特性（即使有这样的Hash函数，也可能很复杂，无法在实际中使用）。也就是说，即使是精心设计的Hash函数，也经常会出现key1 != key2 但是hash(key1) = hash(key2)的情况，这便是Hash冲突（Hash碰撞）。解决Hash碰撞的主要方法有多种（见这里），作为示例，我们只简单讨论下链接法解决冲突。这种方法的基本思想是：在哈希表出现冲突时，使用链表的形式链接所有具有相同hash值的记录，而哈希表中只保存链表的头指针。PHP底层的Hash table，便是使用链表（双向链表）来解决hash冲突的。关于这一点，后续会有详细的介绍。

引入链表之后，Hash table的结构如下所示：

PHP内核探索之变量（3）

一个简单的Hash table的实现如下：

Class HashTable{
    private $buckets = null; 	
	
	/* current size */
	private $size = 0;    
	
	/* max hashtable size */
	private $max = 2048;
	
	private $mask = 0;
	
	public function __construct($size){
		$this->_init_hash($size);
	}
	
	/* hashtable init */
	private function _init_hash($size){
		if($size > $this->max){
			$size = $this->max;
		}

		$this->size     = $size;
		$this->mask    = $this->size - 1;
	
		// SplFixedArray is faster when the size is known
		// see http://php.net/manual/en/class.splfixedarray.php
		$this->buckets = new SplFixedArray($this->size);
	}

    public function hash( $key ){
        $result = 0;
        $len  = strlen($key);
 
        for($i = 0;$i < $len; $i++ ){
            $result += ord($key{$i}) * ((1 << 5) + 1);
        }
        return $result % ($this->size);
    }

    /* 拉链法 */
    public function insert( $key, $val ){
        $h = $this->hash($key);
        if(!isset($this->buckets[$h])){
            $next = NULL;
        }else{
            $next = $this->bucket[$h];
        }
        $this->buckets[$h] = new Node($key, $val, $next);
    }
  
    /* 拉链法 */
    public function lookup( $key ){
        $h   = $this->hash($key);
        $cur = $this->buckets[$h];
 
        while($cur !== NULL){
            if( $cur->key == $key){
                return $cur->value;
            }
            $cur = $cur->next;
        }
        return NULL;
    }
}

Class Node{
    public $key;
    public $value;
    public $next = null;
 
    public function __construct($key, $value, $next = null){
        $this->key   = $key;
        $this->value = $value;
        $this->next  = $next;
    }
}

$hash = new HashTable(200);
$hash->insert('apple','this is apple');
$hash->insert('orange','this is orange');
$hash->insert('banana','this is banana');
echo $hash->lookup('apple');

我们知道，在PHP中，数组支持k->v这样的关联数组，也支持普通的数组。不仅支持直接寻址（根据关键字直接定位），而且支持线性遍历（foreach等）。这都要归功于Hash table这一强大和灵活的数据结构。那么，在PHP底层，Hash table究竟是如何实现的呢？我们一步步来看。

二、PHP中Hash table的基本结构和实现

1. 基本数据结构

在PHP底层，与Hash table相关的结构定义、算法实现都位于Zend/zend_hash.c和Zend/zend_hash.h这两个文件中。PHP 的hash table实现包括两个重要的数据结构，一个是HashTable,另一个是bucket.前者是hash table的主体，后者则是构成链表的每个“结点”,是真正数据存储的容器。

（1） HashTable的基本结构

定义如下（zend_hash.h）：

<span>typedef struct _hashtable {
    uint nTableSize;
    uint nTableMask;
    uint nNumOfElements;
    ulong nNextFreeElement;
    Bucket </span>*pInternalPointer;   <span>/*</span><span> Used for element traversal </span><span>*/</span><span>
    Bucket </span>*<span>pListHead;
    Bucket </span>*<span>pListTail;
    Bucket </span>**<span>arBuckets;
    dtor_func_t pDestructor;
    zend_bool persistent;
    unsigned char nApplyCount;
    zend_bool bApplyProtection;
</span><span>#</span><span>if ZEND_DEBUG</span>
<span>    int inconsistent;
</span><span>#</span><span>endif</span>
} HashTable;

这是一个结构体，其中比较重要的几个成员：

nTableSize 这个成员用于标明Hash表的大小，在hash表初始化操作的时候，会设定nTableSize的大小，而在hash表扩容的时候，也会相应调整这个数值的大小。注意这个数值并不是hash表中元素的个数。

nTableMask 是一个“掩码”，主要用于快速计算一个元素的索引（nIndex = h & ht->nTableMask，在一般的Hash函数中，是通过模运算来确定索引的，但显然，位运算比模运算效率要高），在arBuckets初始化之后，该值默认固定为nTableSize – 1;

nNumOfElements 这个成员保存了hashtable中保存的元素的个数，通常情况下，我们在PHP脚本中使用count($arr)与这个结果是一致的（参见ext/standard/array.c）

nNextFreeElement 这个字段记录下一个可用的索引位置，我们在脚本中使用$array[] = 'key'的时候，就是使用nNextFreeElement给出的索引值（zend_hash.c）：

<span>if</span> (flag &<span> HASH_NEXT_INSERT) {
    h </span>= ht-><span>nNextFreeElement;
}</span>

pInternalPointer 这是一个指针。在PHP脚本中，我们使用current,next,key,end等与数组相关的操作时，都是使用pInternalPointer这一指针来完成的。

pListHead 和pListTail PHP底层实际上维护了两个重要的数据结构，除了hash表（以及用于解决冲突的双链表），还有一个双向链表用于hash表元素的线性扫描。pListHead和pListTail便指向这个双链表的表头和表尾。

arBuckets 这是一个bucket *类型的数组，数组中每个元素都是一个bucket* 的指针，具有相同hash值的元素通过bucket的pNext和pLast指针连接成一个双链表（这个双链表与前面说的用于线性遍历的双链表并不是一个东西）。因此，bucket是实际存储数据的容器。

nApplyCount和bApplyProtection 提供了一种保护机制，主要是用于防止循环引用导致的无限递归。

persistent 这是一个布尔变量，该变量会影响到内存分配的方式，这涉及到PHP内存管理的一些知识，我们暂时不做更多解释，详细的可以参考：

http://cn2.php.net/manual/en/internals2.memory.persistence.php

（2）另一个数据结构是Bucket

该结构的定义为：

<span>typedef struct bucket {
    ulong h;
    uint nKeyLength;
    void </span>*<span>pData;
    void </span>*<span>pDataPtr;
    struct bucket </span>*<span>pListNext;
    struct bucket </span>*<span>pListLast;
    struct bucket </span>*<span>pNext;
    struct bucket </span>*<span>pLast;
    </span><span>const</span> char *<span>arKey;
} Bucket;</span>

其中：

h ,arKey,nKeyLength PHP数组中，有两类不同的索引，一类是数字索引，这与C中的数组非常类似(如$arr = array(1=>'cont')), 另一类是字符串索引，也就是使用关键词作为数组项的索引（如$arr = array('index'=>'cont');）.这两类索引在PHP底层是通过不同的机制来区分的：对于数字型索引，直接使用h作为hash值，同时，arKey=NULL 且nKeyLength=0, 而对于字符串索引，arKey保存字符串key, nKeyLength保存该key的长度，h则是该字符串通过hash函数计算后的hash值。这样，在PHP中，实际上通过h, arKey, nKeyLength来唯一确定数组中的一个元素的，这从zend_hash_key这个结构体的定义也可以看出来：

<span>typedef struct _zend_hash_key {
    </span><span>const</span> char *<span>arKey;
    uint nKeyLength;
    ulong h;
} zend_hash_key;</span>

而确定数组元素在hashtable中的位置则是通过h & ht->nTableMask 来实现的：

/* 字符串型索引 */
h = zend_inline_hash_func(arKey, nKeyLength);
nIndex = h & ht->nTableMask;

 
/* 数字型索引-append $arr[] = 'test';这种形式 */
if (flag & HASH_NEXT_INSERT) {
    h = ht->nNextFreeElement;
}

/* 指定数字索引时直接使用h */
nIndex = h & ht->nTableMask;

pData和pDataPtr 通常情况下，Bucket中的数据是保存在pData指针指向的内存空间的。但是也有例外，例如保存的是一个指针。这时，pDataPtr指向该指针，而pData指向pDataPtr。这从INIT_DATA这个宏定义可以看出来：

#define INIT_DATA(ht, p, pData, nDataSize);                             \
    if (nDataSize == sizeof(void*)) {                                   \
        memcpy(&(p)->pDataPtr, pData, sizeof(void *));                  \
        (p)->pData=&(p)->pDataPtr;                                      \
    }else{                                                              \
        (p)->pData = (void *) pemalloc_rel(nDataSize, (ht)->persistent);\
		if(!(p)->pData){                                                \
			pefree_rel(p, (ht)->persistent);                            \
			return FAILURE;                                             \
		}                                                               \
		memcpy((p)->pData,pData,nDataSize);                             \
		(p)->pDataPtr=NULL;                                             \
    }

pListNext和pListLast，pNext和pLast 前面已经介绍过,pListNext和pListLast构成了用于遍历的整个双链表。而pNext和pLast则是在出现hash冲突时，用于链接具有相同hash值的Bucket。这两种双链表的结构分别如下图所示：

a. 发生hash冲突时的双链表：

PHP内核探索之变量（3）

b. 用于全局的双链表：

PHP内核探索之变量（3）

需要注意的是，这两种双链表结构并不是单独存在，而是相互关联的。在HashTable的相关操作中，需要同时维护这两种链表：

PHP内核探索之变量（3）

可以看出，PHP的hashTable相当复杂，正是这种复杂性，使得PHP的数组操作有很大的灵活性（PHP中数组可以用作数组、栈、队列，可以说非常便利）

三、HashTable的实现

1. HashTable相关宏定义

为了方便操作HashTable, PHP底层定义了很多的宏，这些宏包括：

(1). CONNECT_TO_BUCKET_DLLIST(element, list_head)

该宏用于把元素插入Bucket的双链表的头部，也就是说，在发生冲突时，新插入的元素总是位于Bucket链表的头部。该宏的定义为：

<span>#define</span> CONNECT_TO_BUCKET_DLLIST(element, list_head)       \<span>
   (element)</span>->pNext =<span> (list_head);                         \
   (element)</span>->pLast =<span> NULL;                                \
   </span><span>if</span> ((element)-><span>pNext) {                                 \
       (element)</span>->pNext->pLast =<span> (element);                \
   }</span>

(2). CONNECT_TO_GLOBAL_DLLIST(element, ht)

与上述不同，这个是将元素插入到全局遍历的双链表的末尾，这个双链表类似队列的作用，它保证了我们遍历数组时的正确顺序。该宏的定义是：

<span> 1</span> <span>#define</span> CONNECT_TO_GLOBAL_DLLIST(element, ht)               \
<span> 2</span>     (element)->pListLast = (ht)-><span>pListTail;                 \
</span><span> 3</span>     (ht)->pListTail =<span> (element);                            \
</span><span> 4</span>     (element)->pListNext =<span> NULL;                          \
</span><span> 5</span>     <span>if</span> ((element)->pListLast !=<span> NULL) {                     \
</span><span> 6</span>         (element)->pListLast->pListNext =<span> (element);        \
</span><span> 7</span> <span>    }                                                                           \
</span><span> 8</span> 
<span> 9</span>     <span>if</span> (!(ht)-><span>pListHead) {                                             \
</span><span>10</span>         (ht)->pListHead =<span> (element);                               \
</span><span>11</span> <span>    }                                                                            \
</span><span>12</span> 
<span>13</span>     <span>if</span> ((ht)->pInternalPointer ==<span> NULL) {                          \
</span><span>14</span>         (ht)->pInternalPointer =<span> (element);                      \
</span><span>15</span>     }

(3). HASH_PROTECT_RECURSION(ht)

这个宏主要用于防止HashTable被递归遍历时深度过大，是一种保护机制

<span>#define</span> HASH_PROTECT_RECURSION(ht) \
    <span>if</span> ((ht)-><span>bApplyProtection) { \
        </span><span>if</span> ((ht)->nApplyCount++ >= <span>3</span><span>) { \
            zend_error(E_ERROR, </span><span>"</span><span>Nesting level too deep - recursive dependency?</span><span>"</span><span>);\
        } \
    }</span>

(4). ZEND_HASH_IF_FULL_DO_RESIZE(ht)

HashTable的大小并不是固定不变的，当nNumOfElements > nTableSize时，会对HashTable进行扩容，以便于容纳更多的元素，这便是通过该宏实现的（实际上是调用zend_hash_do_resize来实现的）。该宏定义为：

<span>#define</span> ZEND_HASH_IF_FULL_DO_RESIZE(ht)             \
    <span>if</span> ((ht)->nNumOfElements > (ht)-><span>nTableSize) {  \
        zend_hash_do_resize(ht);                    \
    }</span>

(5). INIT_DATA(ht, p, pData, nDataSize)

这里实际上有两种情况，如果要保存的数据本身是一个指针，则pDataPtr保存该指针，并且将pData指向pDataPtr的地址：

if (nDataSize == sizeof(void*)) {
    memcpy(&(p)->pDataPtr, pData, sizeof(void *));
    (p)->pData = &(p)->pDataPtr;
}

否者保存的是普通的数据，则申请分配nDataSize字节的内存，并将pData指向内存的内容复制到p->pData的内存。这里，复制都是通过memcpy来进行的，因为它的src和dest的指针都是void *的，因此可以复制几乎任何类型的数据：

else {
    (p)->pData = (void *) pemalloc_rel(nDataSize, (ht)->persistent);
    if (!(p)->pData) {
        pefree_rel(p, (ht)->persistent);
        return FAILURE;
    }
    memcpy((p)->pData, pData, nDataSize);
    (p)->pDataPtr=NULL;
}

整个宏定义为：

<span>#define</span> UPDATE_DATA(ht, p, pData, nDataSize)                                            \
    <span>if</span> (nDataSize == <span>sizeof</span>(<span>void</span>*<span>)) {                                                   \
        </span><span>if</span> ((p)->pData != &(p)-><span>pDataPtr) {                                             \
           pefree_rel((p)</span>->pData, (ht)-><span>persistent);                                   \
        }                                                                               \
        memcpy(</span>&(p)->pDataPtr, pData, <span>sizeof</span>(<span>void</span> *<span>));                                  \
        (p)</span>->pData = &(p)-><span>pDataPtr;                                                    \
    } </span><span>else</span><span> {                                                                            \
        </span><span>if</span> ((p)->pData == &(p)-><span>pDataPtr) {                                             \
            (p)</span>->pData = (<span>void</span> *) pemalloc_rel(nDataSize, (ht)-><span>persistent);            \
            (p)</span>->pDataPtr=<span>NULL;                                                         \
        } </span><span>else</span><span> {                                                                        \
            (p)</span>->pData = (<span>void</span> *) perealloc_rel((p)->pData, nDataSize, (ht)-><span>persistent);\
            </span><span>/*</span><span> (p)->pDataPtr is already NULL so no need to initialize it </span><span>*/</span><span>             \
        }                                                                               \
        memcpy((p)</span>-><span>pData, pData, nDataSize);                                           \
    }</span>

(6). UPDATE_DATA(ht, p, pData, nDataSize)

与INIT_DATA类似，不同的是，需要对之前的内存块做更多的处理（例如之前pData保存的实际的数据，但是update之后保存的是指针，则需要释放原来申请的内存，否者就会造成内存泄露，相反，如果之前保存的是指针数据，update之后保存的是普通的数据，则pDataPtr要设置为NULL，同时为pData分配新的内存空间），该宏的定义为：

#define UPDATE_DATA(ht, p, pData, nDataSize)                                            \
    if (nDataSize == sizeof(void*)) {                                                   \
        if ((p)->pData != &(p)->pDataPtr) {                                             \
            pefree_rel((p)->pData, (ht)->persistent);                                   \
        }                                                                               \
        memcpy(&(p)->pDataPtr, pData, sizeof(void *));                                  \
        (p)->pData = &(p)->pDataPtr;                                                    \
    } else {                                                                            \
        if ((p)->pData == &(p)->pDataPtr) {                                             \
            (p)->pData = (void *) pemalloc_rel(nDataSize, (ht)->persistent);            \
            (p)->pDataPtr=NULL;                                                         \
        } else {                                                                        \
            (p)->pData = (void *) perealloc_rel((p)->pData, nDataSize, (ht)->persistent);   \
            /* (p)->pDataPtr is already NULL so no need to initialize it */             \
        }                                                                               \
        memcpy((p)->pData, pData, nDataSize);                                           \
    }

(7). CHECK_INIT(ht)

在调用_zend_hash_init()为hash table初始化之后，实际上arBuckets并没有分配内存空间，且没有设置nTableMask的值。CHECK_INIT会检查arBuckets是否已经初始化（nTableMask==0表示未初始化），如果没有初始化，则要为arBuckets分配内存空间，同时设置nTableMask的值为nTableSize – 1.该宏定义为：

<span>#define</span> CHECK_INIT(ht) do {                                             \
    <span>if</span> (UNEXPECTED((ht)->nTableMask == <span>0</span><span>)) {                                \
        (ht)</span>->arBuckets = (Bucket **) pecalloc((ht)->nTableSize, <span>sizeof</span>(Bucket *), (ht)-><span>persistent);   \
        (ht)</span>->nTableMask = (ht)->nTableSize - <span>1</span><span>;                        \
    }                                                                   \
} </span><span>while</span> (<span>0</span>)

2. 哈希函数

写这篇文章的时候，发现鸟哥已经写了一篇《PHP中的hash算法》，里边对hash的算法、思想等都做了比较详细的解答，这里就不在做过多的解释，只说一点：unrolled。unrolled本身是展开的意思，对于nKeyLength长度的key, PHP的hash算法会以8为单位做unrolled，也就是这样的形式：

for (; nKeyLength >= 8; nKeyLength -= 8) {
    hash = ((hash << 5) + hash) + *arKey++;
    hash = ((hash << 5) + hash) + *arKey++;
    hash = ((hash << 5) + hash) + *arKey++;
    hash = ((hash << 5) + hash) + *arKey++;
    hash = ((hash << 5) + hash) + *arKey++;
    hash = ((hash << 5) + hash) + *arKey++;
    hash = ((hash << 5) + hash) + *arKey++;
    hash = ((hash << 5) + hash) + *arKey++;
}

那为什么不直接用循环呢？

比如说：

for(;nKeyLength > 0; nKeyLength--){
     hash = ((hash << 5) + hash) + *arKey++;
}

这样其实是没有问题的，而unroll的原因自然是效率更高:对CPU而言，一般顺序执行的指令比循环要快（后者在汇编指令中表现为JMP, JNZ等跳转，以及循环之前的比较）。同时，对于8位以下的字符串索引，会有更好的效率。

顺便贴出hash函数的实现源码：

/* 
 * 1. inline static 是为了提高效率
 * 2. const限定arKey, 表明在函数中arKey的内容不应该不修改
 */

static inline ulong zend_inline_hash_func(const char *arKey, uint nKeyLength)
{       
     /* 3.register<strong>变量</strong>，也是为了提高效率 */
    register ulong hash = 5381;

    /* 4. variant with the hash unrolled eight times */
    for (; nKeyLength >= 8; nKeyLength -= 8) {
        hash = ((hash << 5) + hash) + *arKey++;
        hash = ((hash << 5) + hash) + *arKey++;
        hash = ((hash << 5) + hash) + *arKey++;
        hash = ((hash << 5) + hash) + *arKey++;
        hash = ((hash << 5) + hash) + *arKey++;
        hash = ((hash << 5) + hash) + *arKey++;
        hash = ((hash << 5) + hash) + *arKey++;
        hash = ((hash << 5) + hash) + *arKey++;
    }

    switch (nKeyLength) {
        case 7: hash = ((hash << 5) + hash) + *arKey++; /* fallthrough... */
        case 6: hash = ((hash << 5) + hash) + *arKey++; /* fallthrough... */
        case 5: hash = ((hash << 5) + hash) + *arKey++; /* fallthrough... */
        case 4: hash = ((hash << 5) + hash) + *arKey++; /* fallthrough... */
        case 3: hash = ((hash << 5) + hash) + *arKey++; /* fallthrough... */
        case 2: hash = ((hash << 5) + hash) + *arKey++; /* fallthrough... */
        case 1: hash = ((hash << 5) + hash) + *arKey++; break;
        case 0: break;
EMPTY_SWITCH_DEFAULT_CASE()
    }
    /* 5. 返回的hash值并没有经过取模运算 */
    return hash;
}

3. 初始化、添加/更新和查找、删除等API

(1). 初始化

_zend_hash_init用于hash table的初始化操作（主要包括对hashTable这个结构体的数据成员赋初值）。调用_zend_hash_init之后，nTableMask默认为0(之后再CHECK_INIT时被赋值为nTableSize-1), nTableSize被赋值为大于nSize的最小的2的整数次方,并且nTableSize最小为8，最大为0x80000000，且在_zend_hash_init之后，arBuckets是没有分配内存空间的(也是在CHECK_INIT时分配的)。nTableMask用于快速计算hash值对应的索引，因为它有一个特性，即nTableMask = 2^n – 1，展开成二进制之后，所有位都是1，因而通过nIndex = h & nTableMask可以快速得到索引位置。该函数的实现源码(不同版本的具体实现有不同，本文的PHP版本是5.4.24)：

ZEND_API int _zend_hash_init(HashTable *ht, uint nSize, hash_func_t pHashFunction, dtor_func_t pDestructor, zend_bool persistent ZEND_FILE_LINE_DC)
{ 
    /* hashTable最小size为 1<<3 = 8 */
    uint i = 3;

    SET_INCONSISTENT(HT_OK);
    if (nSize >= 0x80000000) {
        /* prevent overflow */
        ht->nTableSize = 0x80000000;
    } else {
        while ((1U << i) < nSize) {
            i++;
        }
        ht->nTableSize = 1 << i;
    }

    ht->nTableMask = 0; /* 0 means that ht->arBuckets is uninitialized */
    ht->pDestructor = pDestructor;
    ht->arBuckets = (Bucket**)&uninitialized_bucket;
    ht->pListHead = NULL;
    ht->pListTail = NULL;
    ht->nNumOfElements = 0;
    ht->nNextFreeElement = 0;
    ht->pInternalPointer = NULL;
    ht->persistent = persistent;
    ht->nApplyCount = 0;
    ht->bApplyProtection = 1;
    return SUCCESS;
}

(2). 查找元素。

对于字符串索引和数字索引，分别提供了zend_hash_find和zend_hash_index_find两种查找方式。这两种方式并没有本质的不同，都是在计算hash值之后，寻找元素在对应Bucket中的位置。对字符串索引，确定相同的条件是：p->arKey == arKey ||((p->h == h) && (p->nKeyLength == nKeyLength) && !memcmp(p->arKey, arKey, nKeyLength))，即要么arKey和p->arKey指向的同一块内存，要么h,nKeyLength和arKey指向的内容完全一致，才能确定为相同。而对于数字型索引，只需要(p->h == h) && (p->nKeyLength == 0)即可。这两种查找的实现如下：

/* 数字型索引的查找 */
ZEND_API int zend_hash_index_find(const HashTable *ht, ulong h, void **pData)
{
    uint nIndex;
    Bucket *p;

    IS_CONSISTENT(ht);
     
     /* 计算索引 */
    nIndex = h & ht->nTableMask;
    p = ht->arBuckets[nIndex];
   
    /* 遍历双链表，一旦找到立即返回 */
    while (p != NULL) {
        if ((p->h == h) && (p->nKeyLength == 0)) {
            *pData = p->pData;
            return SUCCESS;
        }
        p = p->pNext;
    }

     /* 如果遍历完双链表，没有找到，那么查找失败 */
    return FAILURE;
}
<br>/* 字符串索引的查找 */
ZEND_API int zend_hash_find(const HashTable *ht, const char *arKey, uint nKeyLength, void **pData)
{
    ulong h;
    uint nIndex;
    Bucket *p;

    IS_CONSISTENT(ht);

    /* 字符串索引需要先计算字符串的hash值 */
    h = zend_inline_hash_func(arKey, nKeyLength);
    nIndex = h & ht->nTableMask;

    p = ht->arBuckets[nIndex];
    /* Bucket双链表中查找，一旦找到，立即返回，注意查找成功的条件 */
    while (p != NULL) {
        if (p->arKey == arKey ||
            ((p->h == h) && (p->nKeyLength == nKeyLength) && !memcmp(p->arKey, arKey, nKeyLength))) {
                *pData = p->pData;
                return SUCCESS;
        }
        p = p->pNext;
    }
      /* 查找失败 */
    return FAILURE;
}

(3).插入元素

在PHP脚本中，有三种形式可以在当前数组中插入元素，如：

$arr = array();
$arr['index'] = 'cont';
$arr[2]       = 'test';
$arr[]        = 10;

这三种插入方式分别是："字符串索引插入","数字索引插入","下一个可用位置插入"，在实现中，"字符串索引插入"对应_zend_hash_add_or_update,而后两种对应_zend_hash_index_update_or_next_insert. 以$arr['index'] = 'cont'这个操作为例，PHP会尝试先update相应的数据，如果没有找到对应的Bucket,则表示这是一个新增的元素，因而会执行insert操作，这在_zend_hash_add_or_update中实现如下（省略非关键步骤）：

ZEND_API int _zend_hash_add_or_update(HashTable *ht, const char *arKey, uint nKeyLength, void *pData, uint nDataSize, void **pD     est, int flag ZEND_FILE_LINE_DC)
{
    /* 由于是字符串索引，索引key不能为空，nKeyLength必须>0 */
	if (nKeyLength <= 0) {
         return FAILURE;
    }
	/* ht是否初始化，如果没有，分配arBuckets的内存空间，设置nTableMask */
	CHECK_INIT(ht);
	
	/* 计算在hash表中的索引 */
	h = zend_inline_hash_func(arKey, nKeyLength);
	nIndex = h & ht->nTableMask;
	
	/* 扫描Bucket列表，看元素是否存在，如果存在，则更新之，并返回 */
    　　 p = ht->arBuckets[nIndex];
	while (p != NULL) {
	　　if (p->arKey == arKey ||
		((p->h == h) && (p->nKeyLength == nKeyLength) && !memcmp(p->arKey, arKey, nKeyLength))) {
		　　/* 冲突，不能添加 */
		　　if (flag & HASH_ADD) {
			return FAILURE;
		　　}
		　　HANDLE_BLOCK_INTERRUPTIONS();

		　　if (ht->pDestructor) {
			ht->pDestructor(p->pData);
		　　}
		　　/* 进行更新的操作 */
		　　UPDATE_DATA(ht, p, pData, nDataSize);
		　　if (pDest) {
			*pDest = p->pData;
		　　}
		　　HANDLE_UNBLOCK_INTERRUPTIONS();
		　　return SUCCESS;
		}
		p = p->pNext;
	}
	
	/* 不存在元素，则insert */
	if (IS_INTERNED(arKey)) {
        p = (Bucket *) pemalloc(sizeof(Bucket), ht->persistent);
        if (!p) {
            return FAILURE;
        }
        p->arKey = arKey;
    } else {
        p = (Bucket *) pemalloc(sizeof(Bucket) + nKeyLength, ht->persistent);
        if (!p) {
            return FAILURE;
        }
        p->arKey = (const char*)(p + 1);
        memcpy((char*)p->arKey, arKey, nKeyLength);
    }
    p->nKeyLength = nKeyLength;
    INIT_DATA(ht, p, pData, nDataSize);
    p->h = h;
	
　　/* 插入到Buckets链表的头部 */
    CONNECT_TO_BUCKET_DLLIST(p, ht->arBuckets[nIndex]);
	
　　/* 插入到全局的双链表，用于遍历，是个逻辑队列 */
　　CONNECT_TO_GLOBAL_DLLIST(p, ht);
　　ht->arBuckets[nIndex] = p;
	
　　/* 增加元素个数 */
　　ht->nNumOfElements++;
　　/* 如果nNumOfElements > nTableSize，则需要对HashTable扩容 */
　　ZEND_HASH_IF_FULL_DO_RESIZE(ht); 
}

HashTable的更多操作如zend_hash_do_resize（扩容），zend_hash_rehash（扩容之后需要对原来hashTable的元素重新hash ），zend_hash_del_key_or_index（HashTable中删除元素），zend_hash_destroy（销毁Hash表），zend_hash_copy（hash表拷贝），这里不再一一列举，有兴趣的同学可以翻看源码查看。

四、相关参考资料：

http://blog.csdn.net/a600423444/article/details/8850617
http://blog.csdn.net/hackooo/article/details/8949145
http://blog.csdn.net/niujiaming0819/article/details/8568587
http://blog.csdn.net/baiduforum/article/details/6644255 (推荐)
http://www.phppan.com/2009/12/zend-hashtable/
http://www.phppan.com/php-source-analytics/
http://www.nowamagic.net/librarys/veda/detail/102/
http://www.laruence.com/2009/07/23/994.html PHP中的hash算法
http://www.cppblog.com/tx7do/archive/2011/07/26/151869.html DJBX33A
http://nikic.github.io/2012/03/28/Understanding-PHPs-internal-array-implementation.html
http://www.imsiren.com/archives/6
http://blog.jobbole.com/11516/ 哈希表注入攻击

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PHP内核探索之变量（3）

一、Hash table的基本介绍和背景知识

二、PHP中Hash table的基本结构和实现

三、HashTable的实现

四、相关参考资料：

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