深入理解PHP原理之變數分離/引用(Variables Separation)

這節我們就接著前面的文章，繼續介紹PHP中變數分離和引用的概念：

首先我們回顧一下zval的結構：

 

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

    
;
   
 

其中的refcount和is_ref欄位我們一直都沒有介紹過，我們知道PHP是一個長時間啟動並執行伺服器端的指令碼解譯器。那麼對於它來說，效率和資源佔用率是一個很重要的衡量標準，也就是說，PHP必須盡量介紹記憶體佔用率，考慮下面這段代碼：

 

  
<?php
  
   $var = "laruence";
  
   $var_dup = $var;
  
   unset($var);
  
?>
 

第一行代碼建立了一個字串變數，申請了一個大小為9位元組的記憶體，儲存了字串”laruence”和一個NULL(/0)的結尾。
第二行定義了一個新的字串變數，並將變數var的值”複製”給這個新的變數。
第三行unset了變數var

這樣的代碼在我們平時的指令碼中是很常見的，如果PHP對於每一個變數賦值都重新分配記憶體，copy資料的話，那麼上面的這段代碼公要申請18個位元組的記憶體空間，而我們也很容易的看出來，上面的代碼其實根本沒有必要申請倆份空間，呵呵，PHP的開發人員也看出來了：

我們之前講過，PHP中的變數是用一個儲存在symbol_table中的符號名，對應一個zval來實現的，比如對於上面的第一行代碼，會在symbol_table中儲存一個值”var”, 對應的有一個指標指向一個zval結構，變數值”laruence”儲存在這個zval中，所以不難想象，對於上面的代碼來說，我們完全可以讓”var”和”var_dup”對應的指標都指向同一個zval就可以了。

PHP也是這樣做的，這個時候就需要介紹我們之前一直沒有介紹過的zval結構中的refcount欄位了。
refcount,顧名思義，記錄了當前的zval被引用的計數。
比如對於代碼:

 

  
<?php
  
   $var = 1;
  
   $var_dup = $var;
  
?>
 

第一行，建立了一個整形變數，變數值是1。 此時儲存整形1的這個zval的refcount為1。
第二行，建立了一個新的整形變數，變數也指向剛才建立的zval，並將這個zval的refcount加1，此時這個zval的refcount為2。
PHP提供了一個函數可以協助我們瞭解這個過程debug_zval_dump:

 

  
<?php
  
 $var = 1;
  
 debug_zval_dump($var);
  
 $var_dup = $var;
  
 debug_zval_dump($var);
  
?>
 

輸出：

 

  
long(1) refcount(2)
  
long(1) refcount(3
 

如果你奇怪 ，var的refcount應該是1啊？
我們知道，對於簡單變數，PHP是以傳值的形式穿參數的。也就是說，當執行debug_zval_dump($var)的時候，$var會以傳值的方式傳遞給debug_zval_dump，也就是會導致var的refcount加1，所以我們只要能看到，當變數賦值給一個變數以後，能導致zval的refcount加1這個事實即可。

現在我們回頭看文章開頭的代碼， 當執行了最後一行unset($var)以後，會發生什麼呢？ 對，既是refcount減1，上代碼：

 

  
<?php
  
   $var = "laruence";
  
   $var_dup = $var;
  
   unset($var);
  
   debug_zval_dump($var_dup);
  
?>
 

輸出：

 

  
string(8) "laruence" refcount(2
 

但是，對於下面的代碼呢？

 

  
<?php
  
   $var = "laruence";
  
   $var_dup = $var;
  
   $var = 1;
  
?>
 

很明顯在這段代碼執行以後，$var_dup的值應該還是”laruence”, 那麼這又是怎麼實現的呢？
這就是PHP的copy on write機制：
PHP在修改一個變數以前，會首先查看這個變數的refcount，如果refcount大於1，PHP就會執行一個分離的常式， 對於上面的代碼，當執行到第三行的時候，PHP發現$var指向的zval的refcount大於1，那麼PHP就會複製一個新的zval出來，將原zval的refcount減1，並修改symbol_table，使得$var和$var_dup分離(Separation)。這個機制就是所謂的copy on write(寫時複製)。

上代碼測試：

 

  
<?php
  
   $var = "laruence";
  
   $var_dup = $var;
  
   $var = 1;
  
   debug_zval_dump($var);
  
   debug_zval_dump($var_dup);
  
?>
 

輸出：

 

  
long(1) refcount(2)
  
string(8) "laruence" refcount(2
 

現在我們知道，當使用變數複製的時候 ，PHP內部並不是真正的複製，而是採用指向相同的結構來盡量節約開銷。那麼，對於PHP中的引用，那又是如何?呢？

 

  
<?php
  
   $var = "laruence";
  
   $var_ref = &$var;
  
   $var_ref = 1;
  
?>
 

這段代碼結束以後，$var也會被間接的修改為1，這個過程稱作(change on write:寫時改變)。那麼ZE是怎麼知道，這次的複製是不需要Separation的呢？
這個時候就要用到zval中的is_ref欄位了：
對於上面的代碼，當第二行執行以後，$var所代表的zval的refcount變為2，並且同時置is_ref為1。
到第三行的時候，PHP先檢查var_ref代表的zval的is_ref欄位，如果為1，則不分離，大體邏輯示意如下：

 

  
 if((*val)->is_ref || (*val)->refcount<2){
  
          //不執行Separation
  
        ... ;//process
  
  
   

    
}
   
 

但是，問題又來了，對於如下的代碼，又會怎樣呢？

 

  
<?php
  
   $var = "laruence";
  
   $var_dup = $var;
  
   $var_ref = &$var;
  
?>
 

對於上面的代碼，存在一對copy on write的變數$var和$var_dup, 又有一對change on write機制的變數對$var和$var_ref，這個情況又是如何運作的呢？

當第二行執行的時候，和前面講過的一樣，$var_dup 和 $var 指向相同的zval， refcount為2.
當執行第三行的時候，PHP發現要操作的zval的refcount大於1，則，PHP會執行Separation, 將$var_dup分離出去，並將$var和$var_ref做change on write關聯。也就是，refcount=2, is_ref=1;

基於這樣的分析，我們就可以讓debug_zval_dump出refcount為1的結果來：

 

  
<?php
  
     $var = "laruence";
  
    $var_dup = &$var;
  
     debug_zval_dump($var);
  
?>
 

輸出：

 

  
string(8) "laruence" refcount(1
 

詳細原因，讀者你只要稍加分析就能得出，我就不越俎代庖了。；）

這次我們介紹了PHP的變數分離機制，下次我會繼續介紹如果在擴充中接收和傳出PHP指令碼中的參數。

原文地址: http://www.laruence.com/2008/09/19/520.html