PHP-Zend引擎剖析之CV变量

讨论完虚拟机的基本流程后，接下来就是把细节的地方揪干净，接下来几篇文章先揪一下PHP的变量。我们知道PHP的变量是弱类型的，但是我并不打算从这个开始分析，我先把最简单的赋值语句：<?php $var = 1;?>开始分析整个变量赋值的过程，同时解释一下PHP的CV(compiled variable)变量。

从上一篇《PHP-Zend引擎剖析之Hello World（二）》知道每条语法规则从编译到运行需要经历以下两个步骤：

1. 词法分析，接着语法分析匹配中规则
2. 虚拟机执行一条opcode涉及到几个东西：opcode的操作数op1，op2以及opcode的返回结果result（三个参数对应的类型）；opcode对应的handler。

我们先看一下在zend_language_parser.y里边是如何书写赋值语句的语法规则（在没有任何说明的情况下，本文讨论的仅仅是：$var = 1;这样一条简单的赋值语法规则）。

赋值语句的语法规则

去除一些不想关的代码，赋值语句的语法规则如下：

---

expr_without_variable:| variable '=' expr { zend_check_writable_variable(&$1); zend_do_assign(&$$, &$1, &$3 TSRMLS_CC); }base_variable_with_function_calls:      base_variable  { $$ = $1; }base_variable:  reference_variable { $$ = $1; $$.EA = ZEND_PARSED_VARIABLE; };reference_variable:| compound_variable { zend_do_begin_variable_parse(TSRMLS_C); fetch_simple_variable(&$$, &$1, 1 TSRMLS_CC); };compound_variable:  T_VARIABLE               { $$ = $1; }

---

从以上的规则中我们可以分析到，”var”字符串（因此词法分析中解析到$var时会返回字符串”var”）匹配中了compound_variable，$var变量匹配中了reference_variable（留意这两句话的差别，同时我们先忽略expr匹配到常数1的情况（之后分析表达式的时候再回过头看expr）。

首先我们关注一下在compound_variable这条规则里边，为什么$1就是字符串”var”呢？

这里有点迷惑的是，在zend_language_parser.y里边定义了$$,$1这些参数是znode类型的：#define YYSTYPE znode

而词法扫描阶段解析出来的是一个zval*类型的变量：ZEND_API int lex_scan(zval *zendlval TSRMLS_DC);

这里当中做了什么事情？

在语法分析器调用词法分析器获得Token时，是调用一个叫做YYLEX的宏来做词法扫描的，其定义在zend_language_parser.c文件里边：

紧接着我们发现了yylex也是一个宏：#define yylex zendlex

在zend_compile.c里边，我们终于找到了从zval*类型（词法分析阶段解析的变量类型）到znode类型（语法阶段中的节点）的转换：

其实逻辑非常的简单，就是调lex_scan来扫描Token，获得词法分析阶段得到的变量，然后复制给znode节点的u.constant！再设置其类型为IS_CONST（我的理解就是：词法阶段识别出来的都是常量！因为不涉及运行时）

接着，我们再关注一下reference_variable这条规则做的事情，在这里我们只关心fetch_simple_variable做了什么事情。

在$PHPSRC/Zend/zend_compile.c里边：

result以及varname是什么呢？从语法规则来看，result是reference_variable的返回值，varname就是compound_variable的返回值。注意到刚刚说过的那句话：

“var”字符串匹配中了compound_variable，$var变量匹配中了reference_variable

于是我们知道了其实varname就是”var”这个字符串，而fetch_simple_variable这个函数就是要生成名字为”var”的变量！

我们可以看到fetch_simple_variable最后是调用了fetch_simple_variable_ex（定义在zend_compile.c的第653行）来生成变量的，这里剔除一些不相关的代码之后，fetch_simple_variable_ex的定义如下所示：

首先我们需要知道varname这个节点的哪个属性是字符串”var”，从以上代码可以看到，varname->u.constant.value.str就是字符串”var”！（这里涉及到PHP弱类型对应的数据结构，我们先忽略这里的细节专心看看如何Zend引擎是怎么生成变量的）。

接着我们看到了如果这个变量不是$this的话！生成的变量（也就是返回值result指针！）的类型就是IS_CV，同时会使用lookup_cv去寻找在当前作用域下这个变量有没有定义过（如果没有，就会在当前作用域下定义它，一会看一下lookup_cv的实现就知道了，:)）。

一开始我也很奇怪IS_CV是什么类型变量，我们vld来看一下生成的opcde：

---

php -dvld.active=1 -dvld.verbosity=3 var.php

---

我们可以额看到对于赋值语句的第一个操作数op1它旁边有个IS_CV。从刚刚执行过程下来，最后使用到一个叫做lookup_cv的函数去搜索变量的，在$PHPSRC/Zend/zend_compile.c有其定义：

直接上两个图解释这里的数据结构以及流程：

为什么PHP不干脆点，直接把变量丢到Hash表去？这里也是我一开始迷惑的地方，不过一个非常简单的道理就是：数组的随机访问肯定比Hash表的访问要快！

但是使用数组有一个缺点，就是当数组不够用的时候，需要去内存在申请一段空间，然后把旧数组拷贝过去。

从源码里边我们可以看到，当CV列表不够用的时候，会扩充多16个节点，也即是说如果为了效率的话，我们使用的局部变量（大多都是CV变量）最好不要超过16个，否则就会消耗一次CV表的拷贝迁移数据。

可见PHP源码的开发人员可能做了一个假设（也或者已经调研过）：一般的PHP程序员很少使用过多的局部变量。

于是，我们已经通过语法分析在对应的表中生成了名字为var的变量，此时还没赋值！也即是还没绑定其opcode以及opcode的handler处理。

CV变量的赋值

回过头我们看一下在赋值的这条语法规则里边做了啥：

---

expr_without_variable:
|     variable ‘=’ expr          { zend_check_writable_variable(&$1); zend_do_assign(&$$, &$1, &$3 TSRMLS_CC); }

---

首先使用zend_check_writable_variable检查一下variable是不是可写的（否则就报错），接着把variable以及expr丢给zend_do_assign去处理。

zend_do_assign定义在zend_compile.c的921行，去掉一些不想关的代码：

首先用get_next_op往当前的opcode列表生成一条opcode，接着看一下当前的变量是不是指向了$this变量，如果是就报错（显然我们不能这样做：$var = $this; $var = 1;）。

接着设置opcode为ZEND_ASSIGN，设置opcode的操作数op1,op2以及返回值result。

紧接着需要绑定这种opcode类型的handler，源码位于zend_vm_def.h里边的1717行，去除不相关的代码：

留意一下在最后调用了FREE_OP1_VAR_PTR()以及FREE_OP2_VAR_PTR()，这里就涉及到PHP的垃圾回收机制了，先忽略这块。

此时的variable_ptr_ptr还需要通过GET_OP1_ZVAL_PTR_PTR来获得CV变量的指针：

会先通过CV_DEF_OF宏先找一下在当前的CV列表里边有没有，没有的话就会去当前作用域的Hash表里边查询。

最后调用到zend_assign_const_to_variable来赋值：$var = 1;（定义在zend_execute.c的847行）：

so，CV变量的赋值过程结

IS_TMP_VAR：一个临时变量，通常是一些像表达$ foo的+ $ bar的结果。临时变量不能共享，所以他们没有实现引用计数。它们通常非常短暂，因此一个指令创建和下一个已再次释放他们。临时变量通常被写入，所以〜N 〜0将是第一个临时变量，〜1第二，等
IS_CV：编译变量。为了节省哈希表查找PHP缓存简单的变量，如$ foo的一个数组(阵列)的位置。此外编译变量允许PHP优化哈希表，离完全。简历都表示使用！列印(列印这里编译变量数组偏移。)
IS_VAR：只有简单的变量可以转向到CVS。变量访问的所有其他种类，如$ foo的'酒吧']或$ foo的>酒吧返回IS_VAR变量。它基本上只是一个普通的zval(引用计数和一切)。瓦尔写成$ N。
IS_CONST：常量在代码中的文字。例如，如果你写的“富”或3.141在您的代码，这些类型IS_CONST。常量允许一些进一步的优化，如重复使用相同的值的zvals，或预先计算哈希。