PHP的变量虽然看起来简单，但它的底层实现却相当精巧。今天我们就从基础结构开始，一步步拆解PHP变量的实现原理。
变量的基础结构
我们都知道PHP的变量是弱类型的，声明的时候无需指定类型。那么这里面具体是怎么实现的呢？这就得从变量的基础结构说起了。
zval的实现
在源码文件 zend_type.h 中，可以看到 zval 的定义：
typedef struct _zval_struct zval;
struct _zval_struct {
zend_value value; /* value */
union {
struct {
ZEND_ENDIAN_LOHI_4(
zend_uchar type, /* active type */
zend_uchar type_flags,
zend_uchar const_flags,
zend_uchar reserved) /* call info for EX(This) */
} v;
uint32_t type_info;
} u1;
union {
uint32_t next; /* hash collision chain */
uint32_t cache_slot; /* literal cache slot */
uint32_t lineno; /* line number (for ast nodes) */
uint32_t num_args; /* arguments number for EX(This) */
uint32_t fe_pos; /* foreach position */
uint32_t fe_iter_idx; /* foreach iterator index */
uint32_t access_flags; /* class constant access flags */
uint32_t property_guard; /* single property guard */
uint32_t extra; /* not further specified */
} u2;
};
zval 的结构由一个保存变量类型的值或指针的 union 联合体 zend_value 以及两个 union 联合体 u1 和 u2 组成。
u1 的作用是保存变量类型及其信息，里面的字段用处如下：
- type：记录变量类型，可通过
u2.v.type访问。 - type_flags：对应变量特有类型的标记（如常量类型、需引用计数类型、不可变类型），不同类型的变量对应的 flag 不一样。
- const_flags：常量类型的标记。
- reserved：保留字段。
u2 主要是辅助作用。由于结构体的内存对齐，u2 这块空间有或没有都已经占据空间了，所以干脆利用起来。u2 的辅助字段记录了很多类型信息，这些信息对内部功能有很大好处——要么提升缓存友好性，要么减少内存寻址操作。这里介绍其中部分字段：
- next：用来解决哈希冲突问题，记录冲突的下一个元素位置。
- cache_slot：运行时缓存。执行函数时会优先去缓存中查找，若缓存中没有，再去全局的 function 表中查找。
- num_args：函数调用时传入参数的个数。
- access_flags：对象类的访问标识，如 public、protected、private 这些。
zend_value
typedef union _zend_value {
zend_long lval; /* 整型 */
double dval; /* 浮点型 */
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;
从 zend_value 中可以看出，long、double 类型直接存储值，而其它类型都是指针，指向各自的结构。所以，正是由于 zval 这样的结构，PHP 变量在声明时不用显式指定类型——因为不管你赋给变量什么类型的值，它都能帮你找到对应的存储结构。
以值为字符串的变量为例，其结构是这样的：
PHP5 与 PHP7 的 zval 结构对比
PHP5
PHP7
可以看到，PHP7 的 zval 总共只占 16 个字节，相比 PHP5 的 48 个字节，节省了很大的内存。此外，在 PHP5 中，所有变量都在堆中申请，但对于临时变量来说，没有必要在堆中申请。所以 PHP7 对此做了优化——临时变量直接在栈中申请。
常见变量类型
下面介绍几个常见类型的变量结构，其他更多的类型可以自行查看源码。
整型和浮点型
整型和浮点型占用空间小，在 zval 中是直接存储的——整型值存在 lval 里，浮点型值存储在 dval 里。
typedef union _zend_value {
zend_long lval; /* 整型 */
double dval; /* 浮点型 */
...
}
字符串
PHP 7 中定义了新的字符串结构体：
struct _zend_string {
zend_refcounted_h gc;
zend_ulong h; /* hash value */
size_t len;
char val[1];
};
各字段含义：
- gc：变量引用信息，所有用到引用计数的变量类型都会有这个结构。
- h：哈希值，数组中计算索引时会用到（据说这个操作给 PHP7 提高了 5% 的性能）。
- len：字符串长度，通过这个值保证二进制安全。
- val：字符串内容，变长 struct，分配时按 len 长度申请内存。
数组
array 是 PHP 中非常强大的一个数据结构，它的底层实现就是普通的有序 HashTable，这里简单看下它的结构，后续再具体深入。
typedef struct _zend_array HashTable;
struct _zend_array {
zend_refcounted_h gc;
union {
struct {
ZEND_ENDIAN_LOHI_4(
zend_uchar flags,
zend_uchar nApplyCount,
zend_uchar nIteratorsCount,
zend_uchar consistency)
} v;
uint32_t flags;
} u;
uint32_t nTableMask;
Bucket *arData;
uint32_t nNumUsed;
uint32_t nNumOfElements;
uint32_t nTableSize;
uint32_t nInternalPointer;
zend_long nNextFreeElement;
dtor_func_t pDestructor;
};
对象
PHP7 的对象结构也重新设计了，和 PHP5 的实现有了很大不同。
struct _zend_object {
zend_refcounted_h gc;
uint32_t handle;
zend_class_entry *ce;
const zend_object_handlers *handlers;
HashTable *properties;
zval properties_table[1];
};
几个重要字段：
- gc：gc 头部。
- *ce：对象对应的 class 类。
- *properties：HashTable 结构，key 为对象的属性名，value 是属性值在
properties_table数组中的偏移量，通过偏移量找到对应的属性值。 - properties_table[1]：存储对象的属性值。
