PHP核心探索：zend_execute的具體執行過程

PHP核心探索：zend_execute的具體執行過程

解譯器引擎最終執行op的函數是zend_execute，實際上zend_execute是一個函數指標，在引擎初始化的時候zend_execute預設指向了execute,這個execute定義在{PHPSRC}/Zend/zend_vm_execute.h：

ZEND_API void execute(zend_op_array *op_array TSRMLS_DC)  {      zend_execute_data *execute_data;      zend_bool nested = 0;      zend_bool original_in_execution = EG(in_execution);          if (EG(exception)) {          return;      }        EG(in_execution) = 1;    zend_vm_enter:      /* Initialize execute_data */      execute_data = (zend_execute_data *)zend_vm_stack_alloc(          ZEND_MM_ALIGNED_SIZE(sizeof(zend_execute_data)) +          ZEND_MM_ALIGNED_SIZE(sizeof(zval**) * op_array->last_var * (EG(active_symbol_table) ? 1 : 2)) +          ZEND_MM_ALIGNED_SIZE(sizeof(temp_variable)) * op_array->T TSRMLS_CC);        EX(CVs) = (zval***)((char*)execute_data + ZEND_MM_ALIGNED_SIZE(sizeof(zend_execute_data)));      memset(EX(CVs), 0, sizeof(zval**) * op_array->last_var);      EX(Ts) = (temp_variable *)(((char*)EX(CVs)) + ZEND_MM_ALIGNED_SIZE(sizeof(zval**) * op_array->last_var * (EG(active_symbol_table) ? 1 : 2)));      EX(fbc) = NULL;      EX(called_scope) = NULL;      EX(object) = NULL;      EX(old_error_reporting) = NULL;      EX(op_array) = op_array;      EX(symbol_table) = EG(active_symbol_table);      EX(prev_execute_data) = EG(current_execute_data);      EG(current_execute_data) = execute_data;      EX(nested) = nested;      nested = 1;        if (op_array->start_op) {          ZEND_VM_SET_OPCODE(op_array->start_op);      } else {          ZEND_VM_SET_OPCODE(op_array->opcodes);      }        if (op_array->this_var != -1 && EG(This)) {          Z_ADDREF_P(EG(This)); /* For $this pointer */          if (!EG(active_symbol_table)) {              EX(CVs)[op_array->this_var] = (zval**)EX(CVs) + (op_array->last_var + op_array->this_var);              *EX(CVs)[op_array->this_var] = EG(This);          } else {              if (zend_hash_add(EG(active_symbol_table), "this", sizeof("this"), &EG(This), sizeof(zval *), (void**)&EX(CVs)[op_array->this_var])==FAILURE) {                  Z_DELREF_P(EG(This));              }          }      }        EG(opline_ptr) = &EX(opline);        EX(function_state).function = (zend_function *) op_array;      EX(function_state).arguments = NULL;            while (1) {          int ret;  #ifdef ZEND_WIN32          if (EG(timed_out)) {              zend_timeout(0);          }  #endif            if ((ret = EX(opline)->handler(execute_data TSRMLS_CC)) > 0) {              switch (ret) {                  case 1:                      EG(in_execution) = original_in_execution;                      return;                  case 2:                      op_array = EG(active_op_array);                      goto zend_vm_enter;                  case 3:                      execute_data = EG(current_execute_data);                  default:                      break;              }          }        }      zend_error_noreturn(E_ERROR, "Arrived at end of main loop which shouldn't happen");  }

此函數的參數為op_array，這是一個指向zend_op_array的指標，op_array是在編譯過程中產生，這裡有必要介紹一下zend_op_array這個類型。

zend_op_array簡介

此類型的定義在{PHPSRC}/Zend/zend_compile.h:

struct _zend_op_array {      /* Common elements */      zend_uchar type;      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;      zend_bool pass_rest_by_reference;      unsigned char return_reference;      /* END of common elements */        zend_bool done_pass_two;        zend_uint *refcount;        zend_op *opcodes;      zend_uint last, size;        zend_compiled_variable *vars;      int last_var, size_var;        zend_uint T;        zend_brk_cont_element *brk_cont_array;      int last_brk_cont;      int current_brk_cont;        zend_try_catch_element *try_catch_array;      int last_try_catch;        /* static variables support */      HashTable *static_variables;        zend_op *start_op;      int backpatch_count;        zend_uint this_var;        char *filename;      zend_uint line_start;      zend_uint line_end;      char *doc_comment;      zend_uint doc_comment_len;      zend_uint early_binding; /* the linked list of delayed declarations */        void *reserved[ZEND_MAX_RESERVED_RESOURCES];  };    typedef struct _zend_op_array zend_op_array;

此結構比較複雜，我們目前只介紹最基本的幾個欄位。

1.type：

op_array的類型，首先需要說明的是，一段PHP代碼被編譯之後，雖然返回的是一個zend_op_array指標，但是實際上產生的zend_op_array結構可能不止一個，通過這個結構中的一些欄位,例如function_name ,num_args等你也許會發現這個zend_op_array結構似乎能和函數產生一定的聯絡，確實如此，使用者自訂的函數，以及使用者定義的類的方法，都是一個zend_op_array結構，這些zend_op_array結構在編譯過程中被儲存在某些地方，例如使用者自訂的函數被儲存進了GLOBAL_FUNCTION_TABLE,這個是全域函數符號表，通過函數名可以在此表中檢索到函數體。那麼編譯後返回的那個zend_op_array指標是什麼呢，其實編譯後返回的zend_op_array是執行的一個入口,也可以認為它是最外層，即不在任何函數體內的全域程式碼群組成的op_array。然而全域代碼，使用者自訂函數，使用者自訂的方法都擁有相同的type值：2 ，type可取值的宏定義為:

#define ZEND_INTERNAL_FUNCTION              1  #define ZEND_USER_FUNCTION                  2  #define ZEND_OVERLOADED_FUNCTION            3  #define ZEND_EVAL_CODE                      4  #define ZEND_OVERLOADED_FUNCTION_TEMPORARY  5

可以看到全域代碼，使用者函數，使用者方法都對應的是ZEND_USER_FUNCTION,這個也是最常見的type了，其中ZEND_EVAL_CODE對應的是eval函數中的PHP代碼，所以我們可以想到，eval函數參數中的PHP代碼也會被編譯成單獨的zend_op_array。

2.function_name

如果op_array是由使用者定義的函數或則方法編譯而產生，那麼此欄位對應函數的名字，如果是全域代碼或則是eval部分的代碼，那麼此欄位為控制。

3.opcodes

這個欄位類型為zend_op *,因此這是一個zend_op的數組，這個數組儲存的就是此編譯過程中產生的op,如果不瞭解zend_op，可以看看之前的文章 OPcode簡介 , 這個欄位是最重要的部分了，zend_execute最終就是執行這裡儲存的op。

現在基本對參數op_array有了一定的瞭解，那麼我們就開始進入到execute中。

執行過程詳解

execute函數開始的時候是一些基礎變數的申明，其中zend_execute_data *execute_data;是執行期的資料結構，此變數在進行一定的初始化之後將會被傳遞給每個op的handler函數作為參數，op在執行過程中隨時有可能改變execute_data中的內容。

第14行zend_vm_enter 這個跳轉標籤是作為虛擬機器執行的入口，當op中涉及到函數調用的時候，就有可能會跳轉到這裡來執行函數體。

第16行到第19行為execute_data分配空間

第21行到第32行主要是對execute_data進行一些初始化，以及儲存現場工作，要儲存現場是因為在進入函數調用的時候，需要儲存當前一些運行期間的資料，在函數調用結束之後再進行還原，可以想象為作業系統中進程調度，當進程在調出的時候需要儲存寄存器等上下文環境，而當進程被調入的時候再取出來繼續執行。

第41行到第51行主要是在當前動態符號表中加入$this變數，這個是在調用對象的方法時才有必要進行。

第58行開始的while無限迴圈就是開始執行op_array中的opcodes了，在第66行中調用當前執行的op的handler:

EX(opline)->handler(execute_data TSRMLS_CC))

然後如果handler的傳回值小於0則迴圈繼續，如果大於0則進入一個switch結構：

當傳回值為1時：execute函數將返回，執行也就結束了。

當傳回值為2時：op_array被重新設定，並跳轉到zend_vm_enter ，這個一般是函數調用或則執行eval函數中的代碼，將在新的上下文執行相關函數的op_array

當傳回值為3時：迴圈體繼續繼續執行，當然再繼續執行之前，EX(opline)已經往後移了一位（可能多位），也就是已經指向了後面一個新的opline,於是繼續執行新的opline

當返回其他值時：結束迴圈，報錯，結束應該用return,也就是返回1

在op的handler中返回特定的值都被定義成了宏,例如{PHPSRC}/Zend/zend_execute.c中定義的：

#define ZEND_VM_NEXT_OPCODE() /      CHECK_SYMBOL_TABLES() /      EX(opline)++; /      ZEND_VM_CONTINUE()    #define ZEND_VM_SET_OPCODE(new_op) /      CHECK_SYMBOL_TABLES() /      EX(opline) = new_op    #define ZEND_VM_JMP(new_op) /      CHECK_SYMBOL_TABLES() /      if (EXPECTED(!EG(exception))) { /          EX(opline) = new_op; /      } /      ZEND_VM_CONTINUE()    #define ZEND_VM_INC_OPCODE() /      EX(opline)++

以及在{PHPSRC}/Zend/zend_vm_execute.c中定義的：

#define ZEND_VM_CONTINUE()   return 0  #define ZEND_VM_RETURN()     return 1  #define ZEND_VM_ENTER()      return 2  #define ZEND_VM_LEAVE()      return 3  #define ZEND_VM_DISPATCH(opcode, opline) return zend_vm_get_opcode_handler(opcode, opline)(ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS_PASSTHRU);

簡單介紹功能

ZEND_VM_NEXT_OPCODE()：移動到下一條op，返回0，不進入switch，迴圈繼續（這個是最常用到的）

ZEND_VM_SET_OPCODE(new_op)：當前opline設定成new_op

ZEND_VM_JMP(new_op) ：當前opline設定成new_op，返回0，不進入switch，迴圈繼續

ZEND_VM_INC_OPCODE()：僅僅移動到下一條op

執行環境的切換

在前面的內容已經提到，使用者自訂函數，類方法，eval的代碼都會編譯成單獨的op_array,那麼當進行函數調用等操作時，必然涉及到調用前的op_array執行環境和新的函數的op_array執行環境的切換，這一段我們將以調用使用者自訂函數來介紹整個切換過程如何進行。

介紹此過程前必須瞭解執行環境的相關資料結構，涉及到執行環境的資料結構主要有兩個：

1. 執行期全域變數結構

相關的定義在{PHPSRC}/Zend/zend_globals_macros.h:

/* Executor */  #ifdef ZTS  # define EG(v) TSRMG(executor_globals_id, zend_executor_globals *, v)  #else  # define EG(v) (executor_globals.v)  extern ZEND_API zend_executor_globals executor_globals;  #endif

這裡是一個條件編譯，ZTS表示安全執行緒啟用，為了簡化，我們這裡以非安全執行緒模式的情況下來介紹，那麼執行期的全域變數就是executor_globals,其類型為zend_executor_globals, zend_executor_globals的定義在{PHPSRC}/Zend/zend_globals.h，結構比較龐大，這裡包含了整個執行期需要用到的各種變數，無論是哪個op_array在執行，都共用這一個全域變數，在執行過程中，此結構中的一些成員可能會改變，比如當前執行的op_array欄位active_op_array，動態符號表欄位active_symbol_table可能會根據不同的op_array而改變，This指標會根據在不同的對象環境而改變。

另外還定義了一個EG宏來取此變數中的欄位值，此宏是針對安全執行緒和非安全執行緒模式的一個封裝。

2.每個op_array自身的執行資料

針對每一個op_array,都會有自己執行期的一些資料，在函數execute開始的時候我們能看到zend_vm_enter跳轉標籤下面就會初始一個局部變數execute_data，所以我們每次切換到新的op_array的時候，都會為新的op_array建立一個execute_data變數，此變數的類型為zend_execute_data的指標，相關定義在{PHPSRC}/Zend/zend_compile.h：

struct _zend_execute_data {      struct _zend_op *opline;      zend_function_state function_state;      zend_function *fbc; /* Function Being Called */      zend_class_entry *called_scope;      zend_op_array *op_array;      zval *object;      union _temp_variable *Ts;      zval ***CVs;      HashTable *symbol_table;      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;      zval *current_object;      struct _zend_op *call_opline;  };

可以用EX宏來取其中的值:#define EX(element) execute_data->element

這裡只簡單介紹其中兩個欄位：

opline: 當前正在執行的op。

prev_execute_data: op_array環境切換的時候，這個欄位用來儲存切換前的op_array,此欄位非常重要，他能將每個op_array的execute_data按照調用的先後順序串連成一個單鏈表，每當一個op_array執行結束要還原到調用前op_array的時候，就通過當前的execute_data中的prev_execute_data欄位來得到調用前的執行器資料。

在executor_globals中的欄位current_execute_data就是指向當前正在執行的op_array的execute_data。

再正式介紹之前還需要簡單的介紹一下使用者自訂函數的調用過程，詳細的過程以後再函數章節中專門介紹，這裡簡單的說明一下：

在調用函數的時候，比如test()函數，會先在全域函數符號表中根據test來搜尋相關的函數體，如果搜尋不到則會報錯函數沒有定義，找到test的函數體之後，取得test函數的op_array，然後跳轉到execute中的goto標籤:zend_vm_enter,於是就進入到了test函數的執行環境。

下面我們將以一段簡單的代碼來介紹執行環境切換過程，例子代碼：

這段代碼非常簡單，這樣方便我們介紹原理，複雜的代碼讀者可以舉一反三。此代碼編譯之後會產生兩個op_array,一個是全域代碼的op_array,另外一個是test函數的op_array,其中全域代碼中會通過函數調用進入到test函數的執行環境，執行結束之後，會返回到全域代碼，然後代碼結束。

下面我們分幾個階段來介紹這段代碼的過程，然後從中可以知道執行環境切換的方法。

1. 進入execute函數，開始執行op_array ,這個op_array就是全域代碼的op_array，我們暫時稱其為op_array1

首先在execute中為op_array1建立了一個execute_data資料,我們暫時命名為execute_data1,然後進行相關的初始化操作，其中比較重要的是：

EX(op_array) = op_array; // 設定op_array欄位為當前執行的op_array,也就是全域代碼的op_array1EX(prev_execute_data) = EG(current_execute_data);//將全域執行資料中儲存的當前op_array執行資料儲存到op_array1的execute_data1的prev_execute_data欄位，由於這是執行的第一個op_array,所以prev_execute_data實際上是空值,然後將執行期全域變數的current_execute_data設定成execute_data1,然後設定execute_data1的當前執行op，這樣就可以開始執行當前的op了

2. 在op_array1執行到test函數調用的的時候，首先從全域函數符號表中找到test的函數體，將函數體儲存在execute_data1的function_state欄位，然後從函數體中取到test的op_array,我們這裡用op_array2來表示，並將op_array2賦值給EG(active_op_array)：

EG(active_op_array) = &EX(function_state).function->op_array;

於是執行期全域變數的動態op_array欄位指向了函數test的op_array，然後用調用ZEND_VM_ENTER();這個時候會先回到execute函數中的switch結構，並且滿足以下case

case 2:     op_array = EG(active_op_array);     goto zend_vm_enter;

EG(active_op_array)之前已經被我們設定為test函數的op_array2，於是在函數execute中，op_array變數就指向了test的op_array2,然後跳轉到zend_vm_enter。

3. 跳轉到zend_vm_enter之後其實又回到了類似1中的步驟，此時為test的op_array2建立了它的執行資料execute_data,我們這裡用execute_data2來表示。跟1中有些不同的是EX(prev_execute_data) = EG(current_execute_data);這個時候current_execute_data = execute_data1,也就是全域代碼的執行執行期資料，然後EG(current_execute_data) = execute_data;這樣current_execute_data就等於test的執行期資料execute_data2了，同時全域代碼的execute_data1被儲存在execute_data2的prev_execute_data欄位。這個時候進行環境的切換已經完成，於是開始執行test函數。

4. test函數執行完之後就要返回到調用前的執行環境了，也就是全域代碼執行環境，此階段最重要的一個操作就是EG(current_execute_data) = EX(prev_execute_data); 在3中EX(prev_execute_data)已經設定成了全域代碼的execute_data1,所以這樣當前執行資料就變成了全域代碼的執行資料，這樣就成功的從函數test執行環境返回到了全域代碼執行環境

這樣，執行環境的切換過程就完成了，對於深層次的函數調用，原理一樣，執行資料execute_data組成的單鏈表會更長。

延伸閱讀

此文章所在專題列表如下：

PHP核心探索：從SAPI介面開始
PHP核心探索：一次請求的開始與結束
PHP核心探索：一次請求生命週期
PHP核心探索：單進程SAPI生命週期
PHP核心探索：多進程/線程的SAPI生命週期
PHP核心探索：Zend引擎
PHP核心探索：再次探討SAPI
PHP核心探索：Apache模組介紹
PHP核心探索：通過mod_php5支援PHP
PHP核心探索：Apache運行與鉤子函數
PHP核心探索：嵌入式PHP
PHP核心探索：PHP的FastCGI
PHP核心探索：如何執行PHP指令碼
PHP核心探索：PHP指令碼的執行細節
PHP核心探索：作業碼OpCode
PHP核心探索：PHP裡的opcode
PHP核心探索：解譯器的執行過程
PHP核心探索：變數概述
PHP核心探索：變數儲存與類型
PHP核心探索：PHP中的雜湊表
PHP核心探索：理解Zend裡的雜湊表
PHP核心探索：PHP雜湊演算法設計
PHP核心探索：翻譯一篇HashTables文章
PHP核心探索：雜湊碰撞攻擊是什嗎？
PHP核心探索：常量的實現
PHP核心探索：變數的儲存
PHP核心探索：變數的類型
PHP核心探索：變數的值操作
PHP核心探索：變數的建立
PHP核心探索：預定義變數
PHP核心探索：變數的檢索
PHP核心探索：變數的類型轉換
PHP核心探索：弱類型變數的實現
PHP核心探索：靜態變數的實現
PHP核心探索：變數類型提示
PHP核心探索：變數的生命週期
PHP核心探索：變數賦值與銷毀
PHP核心探索：變數範圍
PHP核心探索：詭異的變數名
PHP核心探索：變數的value和type儲存
PHP核心探索：全域變數Global
PHP核心探索：變數類型的轉換
PHP核心探索：記憶體管理開篇
PHP核心探索：Zend記憶體管理器
PHP核心探索：PHP的記憶體管理
PHP核心探索：記憶體的申請與銷毀
PHP核心探索：引用計數與寫時複製
PHP核心探索：PHP5.3的記憶體回收機制
PHP核心探索：記憶體管理中的cache
PHP核心探索：寫時複製COW機制
PHP核心探索：數組與鏈表
PHP核心探索：使用雜湊表API
PHP核心探索：數組操作
PHP核心探索：數組源碼分析
PHP核心探索：函數的分類
PHP核心探索：函數的內部結構
PHP核心探索：函數結構轉換
PHP核心探索：定義函數的過程
PHP核心探索：函數的參數
PHP核心探索：zend_parse_parameters函數
PHP核心探索：函數傳回值
PHP核心探索：形參return value
PHP核心探索：函數調用與執行
PHP核心探索：引用與函數執行
PHP核心探索：匿名函數及閉包
PHP核心探索：物件導向開篇
PHP核心探索：類的結構和實現
PHP核心探索：類的成員變數
PHP核心探索：類的成員方法
PHP核心探索：類的原型zend_class_entry
PHP核心探索：類的定義
PHP核心探索：存取控制
PHP核心探索：繼承，多態與抽象類別
PHP核心探索：魔術函數與延遲綁定
PHP核心探索：保留類與特殊類
PHP核心探索：對象
PHP核心探索：建立對象執行個體
PHP核心探索：對象屬性讀寫
PHP核心探索：命名空間
PHP核心探索：定義介面
PHP核心探索：繼承與實現介面
PHP核心探索：資源resource類型
PHP核心探索：Zend虛擬機器
PHP核心探索：虛擬機器的詞法解析
PHP核心探索：虛擬機器的文法分析
PHP核心探索：中間代碼opcode的執行
PHP核心探索：代碼的加密與解密
PHP核心探索：zend_execute的具體執行過程
PHP核心探索：變數的引用與計數規則
PHP核心探索：新記憶體回收機制說明

參考來源：
PHP核心探索：zend_execute的具體執行過程
http://www.lai18.com/content/425167.html

