PHP底层内核源码之变量zend_zval结构体的示例分析

小编给大家分享一下PHP底层内核源码之变量zend_zval结构体的示例分析，相信大部分人都还不怎么了解，因此分享这篇文章给大家参考一下，希望大家阅读完这篇文章后大有收获，下面让我们一起去了解一下吧！

zend_string的 结构体 的源码。

struct _zend_string {zend_refcounted_h GC; //占用8个字节 用于gc的计数和字符串类型的记录zend_ulong        h;        // 占用8个字节 用于记录 字符串的哈希值size_t            len;       //占用8个字节    字符串的长度char              val[1];   //占用1个字节    字符串的值存储位置};

其中 len 变量 使得 zend_string 具备了 二进制安全 的特性

gc 也就是zend_refcounted_h 结构体的加持 可以实现 写时复制 (写时拷贝 copy-on-write) 的功能

typedef struct _zend_refcounted_h {uint32_t         refcount;//引用数uNIOn {uint32_t type_info;   //字符串所属的变量类别} u;} zend_refcounted_h;

copy-on-write 技术在redis 和linux内核里广泛应用

比如 Redis需要创建当前服务器进程的子进程，而大多数操作系统都采用写时复制（copy-on-write）来优化子进程的使用效率，所以在子进程存在期间，服务器会提高负载因子的阈值，从而避免在子进程存在期间进行哈希表扩展操作，避免不必要的内存写入操作，最大限度地节约内存。

php 7也采用了写时复制从而在进行赋值操作时比较节省内存，当字符串在赋值时并不直接拷贝一份数据，而是把zend_string结构体里的 _zend_refcounted_h中的 refcount 做+1 运算，字符串销毁时再把zend_string结构体里的 _zend_refcounted_h中的 refcount 做-1 运算。

如果您看过 陈雷大佬写的 《PHP底层源码设计与实现》 一书 可以会发现 稍微不一样 因为 我的版本是PHP7.4 书中版本 与我本地安装的不同 ，猜测可能是为了统一进行内存管理。

zend_string结构体里面的gc.u.flags字段，gc.u.flags总共有8位，每个类别占一位，可以重复打标签，理论上最多打8种标签。目前PHP 7源码主要涉及以下几种：1）对于临时的普通字符串，flags字段被标识为0。2）对于内部字符串，用于存储PHP代码中的字面量、标识符等，flags字段被标识成IS_STR_PERSISTENT |IS_STR_INTERNED。3）对于PHP已知字符串，flags字段会被标识成IS_STR_PERSISTENT|IS_STR_INTERNED|IS_STR_PERMANENT。

--------摘自 《PHP底层源码设计与实现》

在 PHP7.4源码底层会给 变量进行分类 方便内存的管理 其依赖于 zend_zval结构体里的u1.v.type_flags字段

struct _zval_struct { 197         zend_value        value;         //变量 198         union { 199                 struct { 200                         ZEND_ENDIAN_LOHI_3( 201                                 zend_uchar    type,  //变量类型            202                                 zend_uchar    type_flags,//可以用于变量的分类 203                                 union { 204                                         uint16_t  extra;         205                                 } u) 206                 } v; 207                 uint32_t type_info;//变量类型 208         } u1; 209           u2; 222 };

在555行有如下代码

#define IS_TYPE_REFCOUNTED(1<<0) //REFCOUNTED 可以计数的#define IS_TYPE_COLLECTABLE(1<<1) // TYPE_COLLECTABLE可收集的#if 1# define Z_TYPE_INFO_REFCOUNTED(t)(((t) & Z_TYPE_FLAGS_MASK) != 0)#else# define Z_TYPE_INFO_REFCOUNTED(t)(((t) & (IS_TYPE_REFCOUNTED << Z_TYPE_FLAGS_SHIFT)) != 0)#endif

所以PHP7.4版本中 zval.u1.v.type_flags 只有两种类型 0或者 1 同时我也看了下最新的PHP8版本代码 也是如此

为了更好的深入了解源码 也将 前面两节内容穿起来 我们安装gdb 来调试下PHP

GDB（GNU symbolic debugger）简单地说就是一个调试工具。它是一个受通用公共许可证即GPL保护的自由软件。像所有的调试器一样，GDB可以让你调试一个程序，包括让程序在你希望的地方停下，此时你可以查看变量、寄存器、内存及堆栈。更进一步你可以修改变量及内存值。GDB是一个功能很强大的调试器，它可以调试多种语言。在此我们仅涉及 C 和 c++ 的调试，而不包括其它语言。还有一点要说明的是，GDB是一个调试器，而不像 VC 是一个集成环境。你可以使用一些前端工具如XXGDB、DDD等。他们都有图形化界面，因此使用更方便，但它们仅是GDB的一层外壳。因此，你仍应熟悉GDB命令。事实上，当你使用这些图形化界面时间较长时，你才会发现熟悉GDB命令的重要性。

-----摘自oschina

[root@a3D3f47671d9 /]# php -vPHP 7.4.15 (cli) (built: Feb 21 2021 09:07:07) ( NTS )Copyright (c) The PHP GroupZend Engine v3.4.0, Copyright (c) Zend Technologies[root@a3d3f47671d9 /]# gbv    bash: gbv: command not found[root@a3d3f47671d9 /]# gdbbash: gdb: command not found[root@a3d3f47671d9 /]# yum install gdb

.........

新建一个 PHP 文件

[root@a3d3f47671d9 cui]# vim php7-4-test-zval.php php7-4-test-zval.php                                                                              Buffers   <?php   $a="abcdefg";   echo $a;   $b=88;   echo $b;   $c = $a;   echo $c;   echo $a;   $c ="abc";   echo $c;   echo $a;

用 gdb 运行 PHP

[root@a3d3f47671d9 cui]# gdb phpGNU gdb (GDB) Red Hat Enterprise Linux 8.2-12.el8Copyright (C) 2018 Free Software Foundation, Inc.License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later <Http://gnu.org/licenses/gpl.html>This is free software: you are free to change and redistribute it.There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.Type "show copying" and "show warranty" for details.This GDB was configured as "x86_64-redhat-linux-gnu".Type "show configuration" for configuration details.For bug reporting instructions, please see:<http://www.gnu.org/software/gdb/bugs/>.Find the GDB manual and other documentation resources online at:    <http://www.gnu.org/software/gdb/documentation/>.For help, type "help".Type "apropos Word" to search for commands related to "word"...Reading symbols from php...done.(gdb) b ZEND_ECHO_SPEC_CV_HANDLER   # b 命令意思是打断点Breakpoint 1 at 0x6dfe80: file /cui/php-7.4.15/Zend/zend_vm_execute.h, line 36987.(gdb) r php7-4-test-zval.phpStarting program: /usr/local/bin/php php7-4-test-zval.phpwarning: Error disabling address space randomization: Operation not permittedMissing separate debuginfos, use: yum debuginfo-install glibc-2.28-127.el8.x86_64warning: Loadable section ".note.gnu.property" outside of ELF segmentswarning: Loadable section ".note.gnu.property" outside of ELF segmentswarning: Loadable section ".note.gnu.property" outside of ELF segments[Thread debugging using libthread_db enabled]Using host libthread_db library "/lib64/libthread_db.so.1".warning: Loadable section ".note.gnu.property" outside of ELF segmentswarning: Loadable section ".note.gnu.property" outside of ELF segmentsBreakpoint 1, ZEND_ECHO_SPEC_CV_HANDLER () at /cui/php-7.4.15/Zend/zend_vm_execute.h:3698736987SAVE_OPLINE();Missing separate debuginfos, use: yum debuginfo-install libxcrypt-4.1.1-4.el8.x86_64 libxml2-2.9.7-8.el8.x86_64 sqlite-libs-3.26.0-11.el8.x86_64 xz-libs-5.2.4-3.el8.x86_64 zlib-1.2.11-16.el8_2.x86_64

可以看到 我的报错了 因为我是在Docker里跑的 Centos镜像 查了一些资料解决方法如下

编辑   /etc/yum.repos.d/CentOS-Debuginfo.repo 文件

修改enable=1

然后  yum install yum-utils

然后 dnf install glibc-langpack-en

yum debuginfo-install libxcrypt-4.1.1-4.el8.x86_64 libxml2-2.9.7-8.el8.x86_64 sqlite-libs-3.26.0-11.el8.x86_64 xz-libs-5.2.4-3.el8.x86_64 zlib-1.2.11-16.el8_2.x86_64

yum debuginfo-install glibc-2.28-127.el8.x86_64

让我们再次运行一下 gdb

[root@a3d3f47671d9 cui]# vim php7-4-test-zval.php[root@a3d3f47671d9 cui]# gdb phpGNU gdb (GDB) Red Hat Enterprise Linux 8.2-12.el8Copyright (C) 2018 Free Software Foundation, Inc.License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later <http://gnu.org/licenses/gpl.html>This is free software: you are free to change and redistribute it.There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.Type "show copying" and "show warranty" for details.This GDB was configured as "x86_64-redhat-linux-gnu".Type "show configuration" for configuration details.For bug reporting instructions, please see:<http://www.gnu.org/software/gdb/bugs/>.Find the GDB manual and other documentation resources online at:    <http://www.gnu.org/software/gdb/documentation/>.For help, type "help".Type "apropos word" to search for commands related to "word"...Reading symbols from php...done.(gdb)

在gdb模式 命令b 可以设置断点 你可以理解为PHP的 xdebug

还记得我们的 php7-4-test-zval.php 文件内容吗

<?php   $a="abcdefg";   echo $a;   $b=88;   echo $b;   $c = $a;   echo $c;   echo $a;   $c ="abc";   echo $c;   echo $a;

这个echo 语言结构 是为了我们调试使用 这里是个小技巧

(ps 我这里说的语言结构 可没说echo是函数 有一道面试题 php 中 echo()和var_dump()的主要区别?)

这个echo 其实是为了我们设置 断点ZEND_ECHO_SPEC_CV_HANDLER

ZEND_ECHO_SPEC_CV_HANDLER其实是个宏 以后在词法解析 语法分析 execute时候会详细展开讲解 如图

我们设置这个断点的意义是为了让程序在拼接echo 的时候暂停代码 以便我们分析

(gdb) b ZEND_ECHO_SPEC_CV_HANDLERBreakpoint 1 at 0x6dfe80: file /cui/php-7.4.15/Zend/zend_vm_execute.h, line 36987.

在gdb中 使用 r 运行文件

(gdb) r php7-4-test-zval.php Starting program: /usr/local/bin/php php7-4-test-zval.phpwarning: Error disabling address space randomization: Operation not permitted[Thread debugging using libthread_db enabled]Using host libthread_db library "/lib64/libthread_db.so.1".Breakpoint 1, ZEND_ECHO_SPEC_CV_HANDLER () at /cui/php-7.4.15/Zend/zend_vm_execute.h:3698736987SAVE_OPLINE();

在gdb中 用 n 可以执行下一步操作

(gdb) n36988z = EX_VAR(opline->op1.var);

这里我们暂且忽略继续往下走

ZEND_ECHO_SPEC_CV_HANDLER的完整代码如下(我贴出来只是想告诉你代码里有这行代码 让你知道为什么往下走，你现阶段不需要理解代码，慢慢来 )

static ZEND_OPCODE_HANDLER_RET ZEND_FASTCALL ZEND_ECHO_SPEC_CV_HANDLER(ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS){USE_OPLINEzval *z;SAVE_OPLINE();/                                  } u)                  } v;                  uint32_t type_info;//变量类型          } u1;            u2;  };

gdb中变量$2 中 u1.v.type=6 我们拿出第二节的 类型定义源码部分对比下

#define IS_UNDEF0#define IS_NULL1#define IS_FALSE2#define IS_TRUE3#define IS_LONG4#define IS_DOUBLE5#define IS_STRING6#define IS_ARRAY7#define IS_OBJECT8#define IS_RESOURCE9#define IS_REFERENCE10.....//其实有20种  剩下的不是常用类型 代码就不全部粘出来了u1.v.type=6 类型是 IS_STRING

再看下 zval种 value 对应的 zend_value联合体中的代码

ypedef union _zend_value {zend_long         lval;double            dval;zend_refcounted  *counted;zend_string      *str;zend_array       *arr;zend_object      *obj;zend_resource    *res;zend_reference   *ref;zend_ast_ref     *ast;zval             *zv;void             *ptr;zend_class_entry *ce;zend_function    *func;struct {uint32_t w1;uint32_t w2;} ww;} zend_value;

还记得联合体的特性吗 ？ 所有值公用一个内存空间

上面的gdb中变量$2 的v.type=6 所以 在value中 值被str占用了 同时str 前面有个*

*星号 在C语言里代表指针 指向另外一个值的地址 所以指向 zend_string结构体

关于C语言指针您可以参考 菜鸟学院-指针

所以 接下来我们可以通过获取value中的str来获取 查看值

(gdb) p *z.value .str $4 = {gc = {refcount = 1, u = {type_info = 70}}, h = 9223601495925209889, len = 7, val = "a"}

对比下 zend_string 源码

struct _zend_string {zend_refcounted_h gc;//引用计数zend_ulong        h;                size_t            len;//字符串长度char              val[1];};

* 你可能有疑问 val为啥 是val=“a” 我们不是定义$a="abcdefg"; 吗 ? 还记得柔性数组吗？：）

接下来继续往下走

gdb中 用c 来执行到下一个断点处

(gdb) cContinuing.Breakpoint 1, ZEND_ECHO_SPEC_CV_HANDLER () at /cui/php-7.4.15/Zend/zend_vm_execute.h:3698736987SAVE_OPLINE();(gdb) n36988z = EX_VAR(opline->op1.var);(gdb) n441return pz->u1.v.type;(gdb) n36997zend_string *str = zval_get_string_func(z);(gdb) p *z$6 = {  value = {lval = 88, dval = 4.3477776834029696e-322, counted = 0x58, str = 0x58, arr = 0x58, obj = 0x58,     res = 0x58, ref = 0x58, ast = 0x58, zv = 0x58, ptr = 0x58, ce = 0x58, func = 0x58, ww = {w1 = 88, w2 = 0}},   u1 = {v = {type = 4 '\004', type_flags = 0 '\000', u = {extra = 0}}, type_info = 4},   u2 = {next = 0,     cache_slot = 0, opline_num = 0, lineno = 0, num_args = 0, fe_pos = 0, fe_iter_idx = 0, access_flags = 0,     property_guard = 0, constant_flags = 0, extra = 0}}

u1.v.type=4 对应的是IS_LONG 代表整型 所以 在value中 值被lval占用了

可以看到值就是88 (lval不是指针 无需再跟进去查看了)

以上是“PHP底层内核源码之变量zend_zval结构体的示例分析”这篇文章的所有内容，感谢各位的阅读！相信大家都有了一定的了解，希望分享的内容对大家有所帮助，如果还想学习更多知识，欢迎关注编程网PHP编程频道！