reference counting:PHP源碼分析-變數的引用計數、寫時複製(Reference counting & Copy-on-Write)

PHP文法中有兩種賦值方式：引用賦值、非引用賦值。
<?php
$a = 1;
$b = $a; // 非引用賦值
$c = &$b; // 引用賦值
從表面看，通常會這樣認為：“引用賦值就是兩個變數對應同一個變數(在C中其實就是一個zval),非引用賦值則是直接產生的一個新的變數(zval)，同時將值copy過來”。
這種認為在大部分情況下都是可以想通的。(#1)
但有些情況下則會顯得非常低效，例如：(#2)
<?php
function print_arr($arr){//非引用傳遞
print_r($arr);
}
$test_arr = array(
"a"=>"a",
"b"=>"b",
"c"=>"c",
...
);//這裡一個比較大的數組
print_arr($test_arr);//第一次調用print_arr函數執行輸出
print_arr($test_arr);//第二次調用print_arr函數執行輸出
如果按照上面的理解方式(#1),那麼執行兩次print_arr，並且是非引用的方式，則會產生兩個與$test_arr完全相同的新的變數，那麼將是非常低效的。
實際代碼在運行中，並不會產生兩個新的變數。因為PHP核心中已經協助我們進行了最佳化。
具體如何?的呢？這裡就要講到本文的要點：Reference counting & Copy-on-Write，正是採用引用計數、寫時複製這兩個機製得以最佳化。
在介紹這兩個機制前，先瞭解一個基本知識：PHP中的變數在核心中是如何表示的。
PHP中定義的變數都是以一個zval來表示的，zval的定義在Zend/zend.h中定義：
typedef struct _zval_struct zval;
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;
};
其中，refcount和is_ref就是實現引用計數、寫時複製這兩個機制的基礎。
refcount當前變數儲存引用計數，在zval初始建立的時候就為1。每增加一個引用，則refcount ++。當進行引用分離時，refcount--。
is_ref用於表示一個zval是否是引用狀態。zval初始化的情況下會是0，表示不是引用。
<?php
$a;//a:refcount=1,is_ref=0, value=NULL;
$a = 1;//a:refcount=2,is_ref=0, value=1;
$b = $a;//a,b:refcount=3,is_ref=0,value=1;
$c = $a;//a,b,c:refcount=4,is_ref=0,value=1;
$d = &$c; //a,b:refcount=3,is_ref=0,value=1;c,d:refcount=1, is_ref=1, value=1上面代碼的注釋，表示當執行這一行後，refcount與is_ref的變化.
Copy on Write
Php變數通過引用計數實現變數共用資料，那如果改變其中一個變數值呢？
當試圖寫入一個變數時，Zend若發現該變數指向的zval被多個變數共用，則為其複製一份ref_count為1的zval，並遞減原zval的refcount，這個過程稱為“zval分離”。可見，只有在有寫操作發生時zend才進行拷貝操作，因此也叫copy-on-write(寫時拷貝)
對於引用型變數，其要求和非引用型相反，引用賦值的變數間必須是捆綁的，修改一個變數就修改了所有捆綁變數。
<?php
$a=1;
$b=$a;執行過程中的記憶體結構圖：
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