PHP是如何存储变量的？zval结构体你了解吗？
PHP 源码中的 zval
在 PHP 中定义一个变量是不需要声明类型的，一开始给变量 $a 赋予一个整型值，后面又可以轻而易举地将其改变为其他类型。那在 PHP 的源码中是如何来存储这个变量 $a 的呢？带着这个疑问我们一起去看一看 PHP 的源码。
PHP 的源码是由 C 编写的，在 PHP 的源码中使用了一个 zval 的结构体来存储在 PHP 代码中创建的变量。我们把 zval 结构体的定义拿出来简单分析一下。
这是 PHP 在 Github 上的官方仓库：github.com/php/php-src，本文使用的分支是 PHP-7.4.29。
zval 结构体
在 PHP 的源码中找到这个文件：php-src/Zend/zend_types.h，可以看到其中 zval 结构体的定义如下，左侧是源码。源码中使用了 PHP 自己定义的类型 zend_uchar 、uint16_t 、uint32_t 等，这些类型会针对不同平台和编译器会转为该平台下的 char short int 等。为了便于理解，我将其翻译为普通类型并展示在了源码的右侧。同时还把其中的宏函数 ZEND_ENDIAN_LOHI_3() 也展开了。
typedef struct _zval_struct zval; ... 《源代码》 《翻译后》 ------------------------------------------------------------------------------------------- struct _zval_struct { | struct _zval_struct { zend_value value; | zend_value value; union { | union { struct { | struct { ZEND_ENDIAN_LOHI_3( | unsigned char type; zend_uchar type, | unsigned char type_flags; zend_uchar type_flags, | union { union { | unsigned short extra; uint16_t extra; | } u; } u | } v; ) | unsigned int type_info; } v; | } u1; uint32_t type_info; | union { } u1; | unsigned int next; union { | unsigned int cache_slot; uint32_t next; | unsigned int opline_num; uint32_t cache_slot; | unsigned int lineno; uint32_t opline_num; | unsigned int num_args; uint32_t lineno; | unsigned int fe_pos; uint32_t num_args; | unsigned int fe_iter_idx; uint32_t fe_pos; | unsigned int access_flags; uint32_t fe_iter_idx; | unsigned int property_guard; uint32_t access_flags; | unsigned int constant_flags; uint32_t property_guard; | unsigned int extra; uint32_t constant_flags; | } u2; uint32_t extra; | }; } u2; | }; |
在 zval 结构体中，变量的值就存储在 zend_value 类型的 value 属性中。并通过 u1.v.type 来记录这个值是什么类型的，比如 IS_LONG 对应整型，IS_STRING 对应字符串类型。
zend_value 联合体
zend_value 类型也是在 php-src/Zend/zend_types.h 中定义的，是一个联合体，下面是 zend_value 联合体的定义，左侧是源码。同样在右侧我也做了简单的翻译，把 zend_long uint32_t 翻译为普通类型便于查看。
《源代码》 《翻译后》
------------------------------------------------------------------------------------
typedef union _zend_value { | typedef union _zend_value {
zend_long lval; /* long value */ | long lval;
double dval; /* double value */ | double dval;
zend_refcounted *counted; | zend_refcounted *counted;
zend_string *str; | zend_string *str;
zend_array *arr; | zend_array *arr;
zend_object *obj; | zend_object *obj;
zend_resource *res; | zend_resource *res;
zend_reference *ref; | zend_reference *ref;
zend_ast_ref *ast; | zend_ast_ref *ast;
zval *zv; | zval *zv;
void *ptr; | void *ptr;
zend_class_entry *ce; | zend_class_entry *ce;
zend_function *func; | zend_function *func;
struct { | struct {
uint32_t w1; | unsigned int w1;
uint32_t w2; | unsigned int w2;
} ww; | } ww;
} zend_value; | } zend_value;联合体的一个特点是其占用的内存是其属性中最大类型对应的长度。其中的 zend_long 就是 long 类型，可以看到 long 类型的 lval 和 double 类型的 dval 占用的长度都是 8 个字节。里面其他指针类型，也均为 8 个字节。最后面的结构体属性 ww 是由两个 int 型构成，长度相加也是 8 个字节。因此此联合体的长度为 8 个字节。
在我们写的 PHP 代码中，整型和浮点型数据的值会直接存放到 lval 和 dval 中。如果是字符串、数组以及其他类型时会开辟一段空间存储数据，并将其地址存放在 zend_value 中，也就是 zval.value 属性，如：zval.value.zend_long = 9527、zval.value.zend_string = 字符串地址 、zval.value.zend_array = 数组地址。然后在 zval.u1.v.type 上标记这个 zval.value 是整型、或浮点型、或字符串、或其他类型。
zval.u1.v.type 类型定义也是在 php-src/Zend/zend_types.h 文件中，全部的定义如下：
/* regular data types */ #define IS_UNDEF 0 #define IS_NULL 1 #define IS_FALSE 2 #define IS_TRUE 3 #define IS_LONG 4 #define IS_DOUBLE 5 #define IS_STRING 6 #define IS_ARRAY 7 #define IS_OBJECT 8 #define IS_RESOURCE 9 #define IS_REFERENCE 10 /* constant expressions */ #define IS_CONSTANT_AST 11 /* internal types */ #define IS_INDIRECT 13 #define IS_PTR 14 #define IS_ALIAS_PTR 15 #define _IS_ERROR 15 /* fake types used only for type hinting (Z_TYPE(zv) can not use them) */ #define _IS_BOOL 16 #define IS_CALLABLE 17 #define IS_ITERABLE 18 #define IS_VOID 19 #define _IS_NUMBER 20
zval 结构体内存占用
接下来我们分析一下 zval 所需占用的内存。
value：zend_value 类型 8 个字节。
u1：
u1.v.type：unsigned char 1 个字节，u1.v.type_flags：unsigned char 1 个字节，u1.v.u：联合体中只有一个 unsigned short 的 extra 属性 2 个字节，因此 u1.v 的结构体总共是 4 个字节。
u1.type_info：unsigned int 4 个字节。
因此 u1 这个联合体的长度取最长的属性的长度：4 个字节。
u2：也是一个联合体，里面都是 int 型的属性，因此长度是 4 个字节。
所以 zval 总共占用的内存是 8 + 4 + 4 = 16 个字节。
也就是说当我们在写 PHP 代码时，如果创建了一个整型的变量，那么实际上它在运行中会占用 16 个字节的内存，内存开销至少是 C 语言的两倍。当然这两倍的开销也带来了 PHP 处理变量的灵活性。
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