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探討PHP函數(shù)的實(shí)現(xiàn)原理及性能
前言
在任何語(yǔ)言中，函數(shù)都是最基本的組成單元。對(duì)于php的函數(shù)，它具有哪些特點(diǎn)？函數(shù)調(diào)用是怎么實(shí)現(xiàn)的？php函數(shù)的性能如何，有什么使用建議？本文將從原理出發(fā)進(jìn)行分析結(jié)合實(shí)際的性能測(cè)試嘗試對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行回答，在了解實(shí)現(xiàn)的同時(shí)更好的編寫(xiě)php程序。同時(shí)也會(huì)對(duì)一些常見(jiàn)的php函數(shù)進(jìn)行介紹。
php函數(shù)的分類(lèi)
在php中，橫向劃分的話(huà)，函數(shù)分為兩大類(lèi)： user function(內(nèi)置函數(shù)) 和internal function（內(nèi)置函數(shù)）。前者就是用戶(hù)在程序中自定義的一些函數(shù)和方法，后者則是php本身提供的各類(lèi)庫(kù)函數(shù)（比如sprintf、array_push等）。用戶(hù)也可以通過(guò)擴(kuò)展的方法來(lái)編寫(xiě)庫(kù)函數(shù)，這個(gè)將在后面介紹。對(duì)于user function，又可以細(xì)分為function（函數(shù)）和method（類(lèi)方法），本文中將就這三種函數(shù)分別進(jìn)行分析和測(cè)試。
php函數(shù)的實(shí)現(xiàn)
一個(gè)php函數(shù)最終是如何執(zhí)行，這個(gè)流程是怎么樣的呢？
要回答這個(gè)問(wèn)題，我們先來(lái)看看php代碼的執(zhí)行所經(jīng)過(guò)的流程。
從圖1可以看到，php實(shí)現(xiàn)了一個(gè)典型的動(dòng)態(tài)語(yǔ)言執(zhí)行過(guò)程：拿到一段代碼后，經(jīng)過(guò)詞法解析、語(yǔ)法解析等階段后，源程序會(huì)被翻譯成一個(gè)個(gè)指令(opcodes)，然后ZEND虛擬機(jī)順次執(zhí)行這些指令完成操作。Php本身是用c實(shí)現(xiàn)的，因此最終調(diào)用的也都是c的函數(shù)，實(shí)際上，我們可以把php看做是一個(gè)c開(kāi)發(fā)的軟件。通過(guò)上面描述不難看出，php中函數(shù)的執(zhí)行也是被翻譯成了opcodes來(lái)調(diào)用，每次函數(shù)調(diào)用實(shí)際上是執(zhí)行了一條或多條指令。
對(duì)于每一個(gè)函數(shù)，zend都通過(guò)以下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)描述
復(fù)制代碼 代碼如下:
typedef union _zend_function {
zend_uchar type; /* MUST be the first element of this struct! */
struct {
zend_uchar type; /* never used */
char *function_name;
zend_class_entry *scope;
zend_uint fn_flags;
union _zend_function *prototype;
zend_uint num_args;
zend_uint required_num_args;
zend_arg_info *arg_info;
zend_bool pass_rest_by_reference;
unsigned char return_reference;
} common;
zend_op_array op_array;
zend_internal_function internal_function;
} zend_function;
typedef struct _zend_function_state {
HashTable *function_symbol_table;
zend_function *function;
void *reserved[ZEND_MAX_RESERVED_RESOURCES];
} zend_function_state;
其中type標(biāo)明了函數(shù)的類(lèi)型：用戶(hù)函數(shù)、內(nèi)置函數(shù)、重載函數(shù)。Common中包含函數(shù)的基本信息，包括函數(shù)名，參數(shù)信息，函數(shù)標(biāo)志（普通函數(shù)、靜態(tài)方法、抽象方法）等內(nèi)容。另外，對(duì)于用戶(hù)函數(shù)，還有一個(gè)函數(shù)符號(hào)表，記錄了內(nèi)部變量等，這個(gè)將在后面詳述。 Zend維護(hù)了一個(gè)全局function_table，這是一個(gè)大的hahs表。函數(shù)調(diào)用的時(shí)候會(huì)首先根據(jù)函數(shù)名從表中找到對(duì)應(yīng)的zend_function。當(dāng)進(jìn)行函數(shù)調(diào)用時(shí)候，虛擬機(jī)會(huì)根據(jù)type的不同決定調(diào)用方法， 不同類(lèi)型的函數(shù)，其執(zhí)行原理是不相同的 。
內(nèi)置函數(shù)
內(nèi)置函數(shù)，其本質(zhì)上就是真正的c函數(shù)，每一個(gè)內(nèi)置函數(shù)，php在最終編譯后都會(huì)展開(kāi)成為一個(gè)名叫zif_xxxx的function，比如我們常見(jiàn)的sprintf，對(duì)應(yīng)到底層就是zif_sprintf。Zend在執(zhí)行的時(shí)候，如果發(fā)現(xiàn)是內(nèi)置函數(shù)，則只是簡(jiǎn)單的做一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)操作。
Zend提供了一系列的api供調(diào)用，包括參數(shù)獲取、數(shù)組操作、內(nèi)存分配等。內(nèi)置函數(shù)的參數(shù)獲取，通過(guò)zend_parse_parameters方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于數(shù)組、字符串等參數(shù)，zend實(shí)現(xiàn)的是淺拷貝，因此這個(gè)效率是很高的。可以這樣說(shuō)，對(duì)于php內(nèi)置函數(shù)，其效率和相應(yīng)c函數(shù)幾乎相同，唯一多了一次轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)用。
內(nèi)置函數(shù)在php中都是通過(guò)so的方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)加載，用戶(hù)也可以根據(jù)需要自己編寫(xiě)相應(yīng)的so，也就是我們常說(shuō)的擴(kuò)展。ZEND提供了一系列的api供擴(kuò)展使用
用戶(hù)函數(shù)
和內(nèi)置函數(shù)相比，用戶(hù)通過(guò)php實(shí)現(xiàn)的自定義函數(shù)具有完全不同的執(zhí)行過(guò)程和實(shí)現(xiàn)原理。如前文所述，我們知道php代碼是被翻譯成為了一條條opcode來(lái)執(zhí)行的，用戶(hù)函數(shù)也不例外，實(shí)際中每個(gè)函數(shù)對(duì)應(yīng)到一組opcode，這組指令被保存在zend_function中。于是，用戶(hù)函數(shù)的調(diào)用最終就是對(duì)應(yīng)到一組opcodes的執(zhí)行。
局部變量的保存及遞歸的實(shí)現(xiàn)
我們知道，函數(shù)遞歸是通過(guò)堆棧來(lái)完成的。在php中，也是利用類(lèi)似的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。Zend為每個(gè)php函數(shù)分配了一個(gè)活動(dòng)符號(hào)表(active_sym_table)，記錄當(dāng)前函數(shù)中所有局部變量的狀態(tài)。所有的符號(hào)表通過(guò)堆棧的形式來(lái)維護(hù)，每當(dāng)有函數(shù)調(diào)用的時(shí)候，分配一個(gè)新的符號(hào)表并入棧。當(dāng)調(diào)用結(jié)束后當(dāng)前符號(hào)表出棧。由此實(shí)現(xiàn)了狀態(tài)的保存和遞歸。
對(duì)于棧的維護(hù)，zend在這里做了優(yōu)化。預(yù)先分配一個(gè)長(zhǎng)度為N的靜態(tài)數(shù)組來(lái)模擬堆棧，這種通過(guò)靜態(tài)數(shù)組來(lái)模擬動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的手法在我們自己的程序中也經(jīng)常有使用，這種方式避免了每次調(diào)用帶來(lái)的內(nèi)存分配、銷(xiāo)毀。ZEND只是在函數(shù)調(diào)用結(jié)束時(shí)將當(dāng)前棧頂?shù)姆?hào)表數(shù)據(jù)clean掉即可。因?yàn)殪o態(tài)數(shù)組長(zhǎng)度為N，一旦函數(shù)調(diào)用層次超過(guò)N，程序不會(huì)出現(xiàn)棧溢出，這種情況下zend就會(huì)進(jìn)行符號(hào)表的分配、銷(xiāo)毀，因此會(huì)導(dǎo)致性能下降很多。在zend里面，N目前取值是32。因此，我們編寫(xiě)php程序的時(shí)候，函數(shù)調(diào)用層次最好不要超過(guò)32。當(dāng)然，如果是web應(yīng)用，本身可以函數(shù)調(diào)用層次的深度。
參數(shù)的傳遞 和內(nèi)置函數(shù)調(diào)用zend_parse_params來(lái)獲取參數(shù)不同，用戶(hù)函數(shù)中參數(shù)的獲取是通過(guò)指令來(lái)完成的。函數(shù)有幾個(gè)參數(shù)就對(duì)應(yīng)幾條指令。具體到實(shí)現(xiàn)上就是普通的變量賦值。通過(guò)上面的分析可以看出，和內(nèi)置函數(shù)相比，由于是自己維護(hù)堆棧表，而且每條指令的執(zhí)行也是一個(gè)c函數(shù)，用戶(hù)函數(shù)的性能相對(duì)會(huì)差很多，后面會(huì)有具體的對(duì)比分析。因此，如果一個(gè)功能有對(duì)應(yīng)php內(nèi)置函數(shù)實(shí)現(xiàn)的盡量不要自己重新寫(xiě)函數(shù)去實(shí)現(xiàn)。
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