前言中提到變量的三個基本特性，其中的有一個特性為變量的類型，變量都有特定的類型，如：字符串、數組、對象等等。編程語言的類型系統可以分為強類型和弱類型兩種： 強類型語言是一旦某個變量被申明為某個類型的變量，在程序運行過程中，就不能將該變量的類型以外的值賦予給它（當然并不完全如此，這可能會涉及到類型的轉換，后面的小節會有相應介紹），C/C++/Java等語言就屬于這類。 PHP及Ruby，JavaScript等腳本語言屬于弱類型語言：一個變量可以表示任意的數據類型。 PHP之所以成為一個簡單而強大的語言，很大一部分的原因是它擁有弱類型的變量。但是有些時候這也是一把雙刃劍，使用不當也會帶來一些問題。就像儀器一樣，越是功能強大，出現錯誤的可能性也就越大。 在官方的PHP實現內部，所有變量使用同一種數據結構(zval)來保存，而這個結構同時表示PHP中的各種數據類型。它不僅僅包含變量的值，也包含變量的類型。這就是PHP弱類型的核心。 那zval結構具體是如何實現弱類型的呢，下面我們一起來揭開面紗。 ## 一. PHP變量類型及存儲結構 PHP在聲明或使用變量的時候，并不需要顯式指明其數據類型。 PHP是弱類型語言，這并不表示PHP沒有類型，在PHP中，存在8種變量類型，可以分為三類 **標量類型**： _boolean_、_integer_、_float(double)_、_string_ **復合類型**： _array_、_object_ **特殊類型**： _resource_、_NULL_ 官方PHP是用C實現的，而C是強類型的語言，那這是怎么實現PHP中的弱類型的呢？ ### 1. 變量存儲結構 變量的值存儲到以下所示zval結構體中。zval結構體定義在Zend/zend.h文件，其結構如下： typedef struct _zval_struct zval; ... struct _zval_struct { /* Variable information */ zvalue_value value; /* value */ zend_uint refcount__gc; zend_uchar type; /* active type */ zend_uchar is_ref__gc; }; PHP使用這個結構來存儲變量的所有數據。和其他編譯性靜態語言不同，PHP在存儲變量時將PHP用戶空間。的變量類型也保存在同一個結構體中。這樣我們就能通過這些信息獲取到變量的類型。 zval結構體中有四個字段，其含義分別為： | 屬性名 | 含義 | 默認值 | |-----|-----|-----| | refcount__gc | 表示引用計數 | 1 | | is_ref__gc | 表示是否為引用 | 0 | | value | 存儲變量的值 | | | type | 變量具體的類型 | | > 在PHP5.3之后，引入了新的垃圾收集機制，引用計數和引用的字段名改為refcount__gc和is_ref__gc。在此之前為refcount和is__ref。 而變量的值則存儲在另外一個結構體zvalue_value中。值存儲見下面的介紹。 > PHP用戶空間指的在PHP語言這一層面，而本書中大部分地方都在探討PHP的實現。 這些實現可以理解為內核空間。由于PHP使用C實現，而這個空間的范疇就會限制在C語言。 而PHP用戶空間則會受限于PHP語法及功能提供的范疇之內。 例如有些PHP擴展會提供一些PHP函數或者類，這就是向PHP用戶空間導出了方法或類。 ### 2.變量類型 zval結構體的type字段就是實現弱類型最關鍵的字段了，type的值可以為：IS_NULL、IS_BOOL、IS_LONG、IS_DOUBLE、IS_STRING、IS_ARRAY、IS_OBJECT和IS_RESOURCE 之一。從字面上就很好理解，他們只是類型的唯一標示，根據類型的不同將不同的值存儲到value字段。除此之外，和他們定義在一起的類型還有IS_CONSTANT和IS_CONSTANT_ARRAY。 這和我們設計數據庫時的做法類似，為了避免重復設計類似的表，使用一個標示字段來記錄不同類型的數據。 ## 二.變量的值存儲 前面提到變量的值存儲在zvalue_value聯合體中，結構體定義如下： 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; > 這里使用聯合體而不是用結構體是出于空間利用率的考慮，因為一個變量同時只能屬于一種類型。 如果使用結構體的話將會不必要的浪費空間，而PHP中的所有邏輯都圍繞變量來進行的，這樣的話， 內存浪費將是十分大的。這種做法成本小但收益非常大。 各種類型的數據會使用不同的方法來進行變量值的存儲，其對應賦值方式如下： - 一般類型 <table><thead><tr><th align="left">變量類型</th> <th align="center">宏</th> <th align="left"/></tr></thead><tbody><tr><td align="left">boolean</td> <td align="left">ZVAL_BOOL</td> <td align="left" rowspan="3"> 布爾型/整型的變量值存儲于(zval).value.lval中，其類型也會以相應的IS_*進行存儲。 <pre class="c"> Z_TYPE_P(z)=IS_BOOL/LONG; Z_LVAL_P(z)=((b)!=0); </pre></td></tr><tr><td align="left">integer</td> <td align="left">ZVAL_LONG</td></tr><tr><td align="left">float</td> <td align="left">ZVAL_DOUBLE</td></tr><tr><td align="left">null</td> <td align="left">ZVAL_NULL</td> <td align="left"> NULL值的變量值不需要存儲，只需要把(zval).type標為IS_NULL。 <pre class="c"> Z_TYPE_P(z)=IS_NULL; </pre> </td></tr><tr><td align="left">resource</td> <td align="left">ZVAL_RESOURCE</td> <td align="left"> 資源類型的存儲與其他一般變量無異，但其初始化及存取實現則不同。 <pre class="c"> Z_TYPE_P(z) = IS_RESOURCE; Z_LVAL_P(z) = l; </pre> </td></tr></tbody></table> - 字符串String 字符串的類型標示和其他數據類型一樣，不過在存儲字符串時多了一個字符串長度的字段。 struct { char *val; int len; } str; > C中字符串是以\0結尾的字符數組，這里多存儲了字符串的長度，這和我們在設計數據庫時增加的冗余字段異曲同工。 因為要實時獲取到字符串的長度的時間復雜度是O(n)，而字符串的操作在PHP中是非常頻繁的，這樣能避免重復計算字符串的長度， 這能節省大量的時間，是空間換時間的做法。 這么看在PHP中strlen()函數可以在常數時間內獲取到字符串的長度。 計算機語言中字符串的操作都非常之多，所以大部分高級語言中都會存儲字符串的長度。 - 數組Array 數組是PHP中最常用，也是最強大變量類型，它可以存儲其他類型的數據，而且提供各種內置操作函數。數組的存儲相對于其他變量要復雜一些，數組的值存儲在zvalue_value.ht字段中，它是一個HashTable類型的數據。PHP的數組使用哈希表來存儲關聯數據。哈希表是一種高效的鍵值對存儲結構。PHP的哈希表實現中使用了兩個數據結構HashTable和Bucket。PHP所有的工作都由哈希表實現，在下節HashTable中將進行哈希表基本概念的介紹以及PHP的哈希表實現。 - 對象Object 在面向對象語言中，我們能自己定義自己需要的數據類型，包括類的屬性，方法等數據。而對象則是類的一個具體實現。對象有自身的狀態和所能完成的操作。 PHP的對象是一種復合型的數據，使用一種zend_object_value的結構體來存放。其定義如下： typedef struct _zend_object_value { zend_object_handle handle; // unsigned int類型，EG(objects_store).object_buckets的索引 zend_object_handlers *handlers; } zend_object_value; PHP的對象只有在運行時才會被創建，前面的章節介紹了EG宏，這是一個全局結構體用于保存在運行時的數據。其中就包括了用來保存所有被創建的對象的對象池，EG(objects_store)，而object對象值內容的zend_object_handle域就是當前對象在對象池中所在的索引，handlers字段則是將對象進行操作時的處理函數保存起來。這個結構體及對象相關的類的結構_zend_class_entry，將在第五章作詳細介紹。 PHP的弱變量容器的實現方式是兼容并包的形式體現，針對每種類型的變量都有其對應的標記和存儲空間。使用強類型的語言在效率上通常會比弱類型高，因為很多信息能在運行之前就能確定，這也能幫助排除程序錯誤。而這帶來的問題是編寫代碼相對會受制約。 PHP主要的用途是作為Web開發語言，在普通的Web應用中瓶頸通常在業務和數據訪問這一層。不過在大型應用下語言也會是一個關鍵因素。facebook因此就使用了自己的php實現。將PHP編譯為C++代碼來提高性能。不過facebook的hiphop并不是完整的php實現，由于它是直接將php編譯為C++，有一些PHP的動態特性比如eval結構就無法實現。當然非要實現也是有方法的，hiphop不實現應該也是做了一個權衡。