PHP 原始碼分析 Zend HashTable詳解第1/3頁

HashTable在通常的資料結構教材中也稱作散列表，雜湊表。其基本原理比較簡單(如果你對其不熟悉，請查閱隨便一本資料結構教材或在網上搜尋)，但PHP的實現有其獨特的地方。理解了HashTable的資料存放區結構，對我們分析PHP的原始碼，特別是Zend Engine中的虛擬機器的實現時，有很重要的協助。它可以協助我們在大腦中類比一個完整的虛擬機器的形象。它也是PHP中其它一些資料結構如數組實現的基礎。
Zend HashTable的實現結合了雙向鏈表和向量（數組）兩種資料結構的優點，為PHP提供了非常高效的資料存放區和查詢機制。
Let's begin!
一、 HashTable的資料結構
在Zend Engine中的HashTable的實現代碼主要包括zend_hash.h, zend_hash.c這兩個檔案中。Zend HashTable包括兩個主要的資料結構，其一是Bucket（桶）結構，另一個是HashTable結構。Bucket結構是用於儲存資料的容器，而HashTable結構則提供了對所有這些Bucket(或桶列)進行管理的機制。 複製代碼 代碼如下:typedef struct bucket {
ulong h; /* Used for numeric indexing */
uint nKeyLength; /* key 長度 */
void *pData; /* 指向Bucket中儲存的資料的指標 */
void *pDataPtr; /* 指標資料 */
struct bucket *pListNext; /* 指向HashTable桶列中下一個元素 */
struct bucket *pListLast; /* 指向HashTable桶列中前一個元素 */
struct bucket *pNext; /* 指向具有同一個hash值的桶列的後一個元素 */
struct bucket *pLast; /* 指向具有同一個hash值的桶列的前一個元素 */
char arKey[1]; /* 必須是最後一個成員，key名稱*/
} Bucket;

在Zend HashTable中，每個資料元素(Bucket)有一個鍵名(key)，它在整個HashTable中是唯一的，不能重複。根據鍵名可以唯一確定HashTable中的資料元素。鍵名有兩種表示方式。第一種方式使用字串arKey作為鍵名，該字串的長度為nKeyLength。注意到在上面的資料結構中arKey雖然只是一個長度為1的字元數組，但它並不意味著key只能是一個字元。實際上Bucket是一個可變長的結構體，由於arKey是Bucket的最後一個成員變數，通過arKey與nKeyLength結合可確定一個長度為nKeyLength的key。這是C語言編程中的一個比較常用的技巧。另一種鍵名的表示方式是索引方式，這時nKeyLength總是0，長整型欄位h就表示該資料元素的鍵名。簡單的來說，即如果nKeyLength=0，則鍵名為h；否則鍵名為arKey, 鍵名的長度為nKeyLength。
當nKeyLength > 0時，並不表示這時的h值就沒有意義。事實上，此時它儲存的是arKey對應的hash值。不管hash函數怎麼設計，衝突都是不可避免的，也就是說不同的arKey可能有相同的hash值。具有相同hash值的Bucket儲存在HashTable的arBuckets數組(參考下面的解釋)的同一個索引對應的桶列中。這個桶列是一個雙向鏈表，其前向元素，後向元素分別用pLast, pNext來表示。新插入的Bucket放在該桶列的最前面。
在Bucket中，實際的資料是儲存在pData指標指向的記憶體塊中，通常這個記憶體塊是系統另外分配的。但有一種情況例外，就是當Bucket儲存的資料是一個指標時，HashTable將不會另外請求系統分配空間來儲存這個指標，而是直接將該指標儲存到pDataPtr中，然後再將pData指向本結構成員的地址。這樣可以提高效率，減少記憶體片段。由此我們可以看到PHP HashTable設計的精妙之處。如果Bucket中的資料不是一個指標，pDataPtr為NULL。
HashTable中所有的Bucket通過pListNext, pListLast構成了一個雙向鏈表。最新插入的Bucket放在這個雙向鏈表的最後。
注意在一般情況下，Bucket並不能提供它所儲存的資料大小的資訊。所以在PHP的實現中，Bucket中儲存的資料必須具有管理自身大小的能力。複製代碼 代碼如下:typedef struct _hashtable {
uint nTableSize;
uint nTableMask;
uint nNumOfElements;
ulong nNextFreeElement;
Bucket *pInternalPointer;
Bucket *pListHead;
Bucket *pListTail;
Bucket **arBuckets;
dtor_func_t pDestructor;
zend_bool persistent;
unsigned char nApplyCount;
zend_bool bApplyProtection;
#if ZEND_DEBUG
int inconsistent;
#endif
} HashTable;