php中弱语言类型的底层实现

PHP是弱语言类型，主要分为三类：

1、标量类型：integer、string、float、boolean

2、复合类型：array、object

3、特殊类型：resource、null

php是通过c语言进行实现，但是c语言为强类型，那php的弱语言类型是如何实现的呢。

1. 变量存储结构

变量的值存储到以下所示zval结构体中。 zval结构体定义在Zend/zend.h文件，其结构如下：

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使用这个结构来存储变量的所有数据。和其他编译性静态语言不同， PHP在存储变量时将PHP用户空间的变量类型也保存在同一个结构体中。这样我们就能通过这些信息获取到变量的类型。

zval结构体中有四个字段，其含义分别为：

属性名	含义	默认值
refcount__gc	表示引用计数	1
is_ref__gc	表示是否为引用	0
value	存储变量的值
type	变量具体的类型

2.变量类型:

zval结构体的type字段就是实现弱类型最关键的字段了，type的值可以为： IS_NULL、IS_BOOL、IS_LONG、IS_DOUBLE、IS_STRING、IS_ARRAY、IS_OBJECT和IS_RESOURCE 之一。从字面上就很好理解，他们只是类型的唯一标示，根据类型的不同将不同的值存储到value字段。除此之外，和他们定义在一起的类型还有IS_CONSTANT和IS_CONSTANT_ARRAY。

这和我们设计数据库时的做法类似，为了避免重复设计类似的表，使用一个标示字段来记录不同类型的数据。

二.变量的值存储

前面提到变量的值存储在zvalue_value联合体中，结构体定义如下：

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;

这里使用联合体而不是用结构体是出于空间利用率的考虑，因为一个变量同时只能属于一种类型。如果使用结构体的话将会不必要的浪费空间，而PHP中的所有逻辑都围绕变量来进行的，这样的话，内存浪费将是十分大的。这种做法成本小但收益非常大。

各种类型的数据会使用不同的方法来进行变量值的存储，其对应赋值方式如下：

一般类型

变量类型	宏
boolean	ZVAL_BOOL	布尔型/整型的变量值存储于(zval).value.lval中，其类型也会以相应的IS_*进行存储。 Z_TYPE_P(z)=IS_BOOL/LONG; Z_LVAL_P(z)=((b)!=0);
integer	ZVAL_LONG
float	ZVAL_DOUBLE
null	ZVAL_NULL	NULL值的变量值不需要存储，只需要把(zval).type标为IS_NULL。 Z_TYPE_P(z)=IS_NULL;
resource	ZVAL_RESOURCE	资源类型的存储与其他一般变量无异，但其初始化及存取实现则不同。 Z_TYPE_P(z) = IS_RESOURCE; Z_LVAL_P(z) = l;

字符串String

字符串的类型标示和其他数据类型一样，不过在存储字符串时多了一个字符串长度的字段。

struct {
    char *val;
    int len;
} str;

C中字符串是以\0结尾的字符数组，这里多存储了字符串的长度，这和我们在设计数据库时增加的冗余字段异曲同工。因为要实时获取到字符串的长度的时间复杂度是O(n)，而字符串的操作在PHP中是非常频繁的，这样能避免重复计算字符串的长度，这能节省大量的时间，是空间换时间的做法。
这么看在PHP中strlen()函数可以在常数时间内获取到字符串的长度。计算机语言中字符串的操作都非常之多，所以大部分高级语言中都会存储字符串的长度。

数组Array

数组是PHP中最常用，也是最强大变量类型，它可以存储其他类型的数据，而且提供各种内置操作函数。数组的存储相对于其他变量要复杂一些，数组的值存储在zvalue_value.ht字段中，它是一个HashTable类型的数据。 PHP的数组使用哈希表来存储关联数据。哈希表是一种高效的键值对存储结构。PHP的哈希表实现中使用了两个数据结构HashTable和Bucket。 PHP所有的工作都由哈希表实现，在下节HashTable中将进行哈希表基本概念的介绍以及PHP的哈希表实现。

对象Object

在面向对象语言中，我们能自己定义自己需要的数据类型，包括类的属性，方法等数据。而对象则是类的一个具体实现。对象有自身的状态和所能完成的操作。

PHP的对象是一种复合型的数据，使用一种zend_object_value的结构体来存放。其定义如下：

typedef struct _zend_object_value {
    zend_object_handle handle;  //  unsigned int类型，EG(objects_store).object_buckets的索引
    zend_object_handlers *handlers;
} zend_object_value;

PHP的对象只有在运行时才会被创建，前面的章节介绍了EG宏，这是一个全局结构体用于保存在运行时的数据。其中就包括了用来保存所有被创建的对象的对象池，EG(objects_store)，而object对象值内容的zend_object_handle域就是当前对象在对象池中所在的索引，handlers字段则是将对象进行操作时的处理函数保存起来。这个结构体及对象相关的类的结构_zend_class_entry，将在第五章作详细介绍。

PHP的弱变量容器的实现方式是兼容并包的形式体现，针对每种类型的变量都有其对应的标记和存储空间。使用强类型的语言在效率上通常会比弱类型高，因为很多信息能在运行之前就能确定，这也能帮助排除程序错误。而这带来的问题是编写代码相对会受制约。