深入PHP变量存储的详解

1.1.1 zval结构
Zend使用zval结构来存储PHP变量的值，该结构如下所示：


代码如下:

typedef union _zvalue_value {
 long lval;    /* long value */
 double dval;    /* double value */
 struct {
  char *val;
  int len;
 } str;
 HashTable *ht;    /* hash table value */
 zend_object_value obj;
} zvalue_value;

struct _zval_struct {
 /* Variable information */
 zvalue_value value;  /* value */
 zend_uint refcount;
 zend_uchar type;   /* active type */
 zend_uchar is_ref;
};

typedef struct _zval_struct zval;

Zend根据type值来决定访问value的哪个成员，可用值如下：


























IS_NULL

N/A

IS_LONG

对应value.lval

IS_DOUBLE

对应value.dval

IS_STRING

对应value.str

IS_ARRAY

对应value.ht

IS_OBJECT

对应value.obj

IS_BOOL

对应value.lval.

IS_RESOURCE

对应value.lval

根据这个表格可以发现两个有意思的地方：首先是PHP的数组其实就是一个HashTable，这就解释了为什么PHP能够支持关联数组了；其次，Resource就是一个long值，它里面存放的通常是个指针、一个内部数组的index或者其它什么只有创建者自己才知道的东西，可以将其视作一个handle。

1.1.2 引用计数
引用计数在垃圾收集、内存池以及字符串等地方应用广泛，Zend就实现了典型的引用计数。多个PHP变量可以通过引用计数机制来共享同一份zval，zval中剩余的两个成员is_ref和refcount就用来支持这种共享。
很明显，refcount用于计数，当增减引用时，这个值也相应的递增和递减，一旦减到零，Zend就会回收该zval。
那么is_ref呢？

1.1.3 zval状态
在PHP中，变量有两种——引用和非引用的，它们在Zend中都是采用引用计数的方式存储的。对于非引用型变量，要求变量间互不相干，修改一个变量时，不能影响到其他变量，采用Copy-On-Write机制即可解决这种冲突——当试图写入一个变量时，Zend若发现该变量指向的zval被多个变量共享，则为其复制一份refcount为1的zval，并递减原zval的refcount，这个过程称为“zval分离”。然而，对于引用型变量，其要求和非引用型相反，引用赋值的变量间必须是捆绑的，修改一个变量就修改了所有捆绑变量。
可见，有必要指出当前zval的状态，以分别应对这两种情况，is_ref就是这个目的，它指出了当前所有指向该zval的变量是否是采用引用赋值的——要么全是引用，要么全不是。此时再修改一个变量，只有当发现其zval的is_ref为0，即非引用时，Zend才会执行Copy-On-Write。

1.1.4 zval状态切换
当在一个zval上进行的所有赋值操作都是引用或者都是非引用时，一个is_ref就足够应付了。然而，世界总不会那么美好，PHP无法对用户进行这种限制，当我们混合使用引用和非引用赋值时，就必须要进行特别处理了。
情况I、看如下PHP代码：


代码如下:

<?php
$a = 1;
$b = $a;
$c = $b;
$d = &$c; // 在一堆非引用赋值中，插入一个引用
?>

这段代码首先进行了一次初始化，这将创建一个新的zval，is_ref=0, refcount=1，并将a指向这个zval；之后是两次非引用赋值，正如前面所说，只要把b和c都指向a的zval即可；最后一行是个引用赋值，需要is_ref为1，但是Zend发现c指向的zval并不是引用型的，于是为c创建单独的zval，并同时将d指向该zval。
从本质上来说，这也可以看作是一种Copy-On-Write，不仅仅是value，is_ref也是受保护的对象。
整个过程图示如下：

情况II，看如下PHP代码：


代码如下:

<?php
$a = 1;
$b = &$a;
$c = &$b;
$d = $c; // 在一堆引用赋值中，插入一个非引用
?>

这段代码的前三句将把a、b和c指向一个zval，其is_ref=1, refcount=3；第四句是个非引用赋值，通常情况下只需要增加引用计数即可，然而目标zval属于引用变量，单纯的增加引用计数显然是错误的， Zend的解决办法是为d单独生成一份zval副本。
全过程如下所示：

1.1.5 参数传递
PHP函数参数的传递和变量赋值是一样的，非引用传递相当于非引用赋值，引用传递相当于引用赋值，并且也有可能会导致执行zval状态切换。这在后面还将提到。

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