PHP内核详解-变量
本文章是PHP内核详解系列的第二篇：变量。
介绍PHP源码中变量的各种类型及其实现。
前提
PHP源码版本：7.1.6
数据的存储-变量
PHP中的变量，在源码中都定义在一个文件中：Zend/zend_types.h。通过阅读该文件，可以知道，PHP7中的变量类型有20种，这里只介绍我们常规理解并应用的几种变量。
PHP中定义变量的结构体定义为：
typedef struct _zval_struct zval;
// _zval_struct 结构体内容
struct _zval_struct {
zend_value value; /* value 8 bite */
union {
struct {
ZEND_ENDIAN_LOHI_4(
zend_uchar type, /* active type 记录变量类型*/
zend_uchar type_flags, // 对应的变量类型的特有标记，不同类型的变量对应的flag也不同
zend_uchar const_flags, // 常量类型标记
zend_uchar reserved) /* call info for EX(This) 保留字段*/
} v; // 4 bite
uint32_t type_info; // 4 bite
} u1; // 内存对齐后，最终该结构占用4 bite,
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 针对对象的遍历*/
uint32_t access_flags; /* class constant access flags. such as:public protected private*/
uint32_t property_guard; /* single property guard. 防止类中魔术方法的循环调用，如：__get __set */
uint32_t extra; /* not further specified */
} u2; // 内存对齐后，最终该结构占用4 bite,
};
其中，u1和u2是两个很重要的联合体类型字段。
其中的value字段，顾名思义，是用来储存值的，它是一个联合体，其定义为：
typedef union _zend_value {
zend_long lval; /* long value 8个字节 整型 */
double dval; /* double value 8 bite 浮点型 */
zend_refcounted *counted; // 引用计数，后面所有的指针类型都是 8 bite
zend_string *str; // 字符串类型指针，指向字符串类型结构体
zend_array *arr; // 数组类型指针，指向数组类型结构体
zend_object *obj; // 对象类型指针，指向对象类型结构体
zend_resource *res; // 资源类型指针，指向资源类型结构体
zend_reference *ref; // 引用类型（源码内部使用）
zend_ast_ref *ast; // 常量类型
zval *zv; // _zval_struct 类型
void *ptr; // 指针
zend_class_entry *ce; // 类
zend_function *func;// 函数
struct {
uint32_t w1; // 4 bite
uint32_t w2; // 4 bite
} ww; // 8 biye
} zend_value; // 内存对齐后，最终该结构占用8 bite,存放变量真实的值，
PHP7的一大改动就是_zval_struct._zend_value的结构，通过指针，指向复杂的数据类型。
下面我们看一看该结构体是如何存储不同类型变量的。
整形和浮点型
因为其占用空间小，其值是直接存储在zval结构当中的，如：
$number = 1; // $number = zval(u1.v.type=IS_LONG, value.lval=1)
字符串类型
字符串相比整型和浮点型来说较复杂，对比整型，它多了长度，引用等内容。所以在源码中专门为其定义了一个结构体如下：
struct _zend_string {
zend_refcounted_h gc; //垃圾回收信息 8bite
zend_ulong h; // 在这里保存字符串hash信息，避免重复计算，提高效率 8bite
size_t len;// 字符串长度
char val[1];// 字符串的值
};
字符串定义，zval通过如下的方式指向字符串结构体：
$str = "1"; // $str = zval(u1.v.type=IS_STRING, value.*str=zend_string)
数组类型
数组类型在源码当中通过HashTable来实现，其中数据的存储结构为key-value形式。既然是Hash表来实现的，那么源码当中是通过什么样的方式来避免Hash冲突的呢？这就需要我们来看一看数组的结构定义了：
typedef struct _Bucket {
zval val;
zend_ulong h; /* hash value (or numeric index) */
zend_string *key; /* string key or NULL for numerics */
} Bucket;
typedef struct _zend_array HashTable;
struct _zend_array {
zend_refcounted_h gc; //垃圾回收信息 8bite
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;
};
其中，具体的key-value存放在Bucket中。
引用类型
引用类型通常在引用传递过程中使用，其好处是多个引用类型指向的值在内存当中始终只有一份。其中一个引用变量对其更改，其他的引用变量也会接收改变后的值。在恰当的应用场景中会带来很大的便利。可以认为，面向对象编程也是其应用之一。
引用数据结构的定义如下：
struct _zend_reference { // 间接zval类型
zend_refcounted_h gc;
zval val;
};
虽然我们经常在各种场景下接触和使用应用类型，能认知和感受到他的存在，但在实际应用中它却是隐式的，即在PHP源码中它是一个间接的zval类型。当我们对普通常量使用“&”时，源码内部会创建一种新的中间变量结构体，即_zend_reference。
其简单应用如下：
$str1 = "hello"; // str1指向"hello"字符串，其引用计数为1
$str2 = $str1; // str2 和 str1 同时指向"hello"字符串，其引用计数变为2
$str3 = &$str2; // str1指向"hello"字符串，其引用计数为2, $b和$c指向新生成的中间变量_zend_reference，其引用计数为2，该变量指向"hello"字符串，其引用计数变为2
对象类型
相比于PHP5，对象类型的结构定义简化了很多，其结构如下:
struct _zend_object { // 对象类型
zend_refcounted_h gc; // 引用计数
uint32_t handle;
zend_class_entry *ce;
const zend_object_handlers *handlers;
HashTable *properties; // 对象的属性列表，key：属性名，value：属性的值在properties_table中的偏移量
zval properties_table[1]; // 存储对象的属性值列表
};
变量的结构及其关系
变量的作用域
- 全局变量：全局变量在PHP生命周期中任何地方都是可用的，它存储在全局符号表（symbol_table）中，该符号表通过HashTable实现，PHP中通过global修饰。
- 局部变量：可以理解为在函数或者类中声明的变量，只能在其声明的范围内部访问。
- 中间变量：在平常编写PHP代码时是无感知的，略。
- 静态变量：静态变量在声明的范围代码退出执行后，也不会被销毁，其值可以修改，在整个生命周期中存在，PHP中通过static修饰。
- 常量：分为全局常量和局部常量，作用域同全局变量和局部变量，其值不能修改。通过define或者const修饰。