解释

这里基于php7.2.5进行测试,php7之后内部构造变革该当不是太大,但与php5.X有差别。

我们本日学习PHP中的数组语法,数组在PHP中堪称万能构造,什么都能存什么都能放,非常灵巧,由于PHP没有其他措辞的如map、list等构造,PHParray就够了。

php数组内存天天一个PHP语法六数组应用及内部构造 GraphQL

我们前面说变量的存储构造为zval, 值呢放在zend_value中,忘了的看这里

如何声明

$arr = [];$arr[1] = "hello";$arr1 = ['name' => '愤怒的鸟'];

如何实现

数组的底层构造为zend_array 也叫Hashtable,也便是通过对数组的key进行hash打算之后能直接获取value的地址,韶光繁芜度为O(1)那是很快的。

typedef struct _zend_array HashTable;struct _zend_array {zend_refcounted_h gc;// 引用计数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; // 中间映射打算Bucket arData; // 这里是真正存放数组元素的地方uint32_t nNumUsed; // 已利用的bucket数量,可能包含已删除的元素uint32_t nNumOfElements; // 数组中有效元素的数量uint32_t nTableSize; // 数组的总容量uint32_t nInternalPointer;zend_long nNextFreeElement;// 数值索引的值dtor_func_t pDestructor;};typedef struct _Bucket {zval val; // 元素的值 实际是一个zvalzend_ulong h; / 数组key 经由hash打算得出的值 / / hash value (or numeric index) /zend_string key; /元素的key/ / string key or NULL for numerics /} Bucket;

我们知道数组的key可以是数字或者字符串,但是PHP中的数组是有序的,也便是跟插入顺序是保持同等的,那么是如何做到的。

结论:key在存入bucket之前先通过一个中间映射表保存key的位置,先对key进行hash打算然后与数组大小值进行取模运算得出这个key在中间表的位置,然后在中间表的位置存储这个key在bucket中的位置。
如图

这里在key是字符串的时候须要进行hash打算,如果是数值就直接拿来用就行了。

插入元素

这个操作比较明晰了,先打算中间表的位置,再存储到bucket

add_to_hash:// nMumUsed Bucket的数量 ++idx = ht->nNumUsed++;// 有效元素的数量 ++ht->nNumOfElements++;if (ht->nInternalPointer == HT_INVALID_IDX) {ht->nInternalPointer = idx;}zend_hash_iterators_update(ht, HT_INVALID_IDX, idx);// arData的内存位置 给当前元素用p = ht->arData + idx;// 设置bucket的keyp->key = key;if (!ZSTR_IS_INTERNED(key)) {zend_string_addref(key);ht->u.flags &= ~HASH_FLAG_STATIC_KEYS;zend_string_hash_val(key);}// 设置bucket的h值 ,这里实在是zend_string中的h p->h = h = ZSTR_H(key);// 设置bucket的val, ZVAL_COPY_VALUE(&p->val, pData);// 在bucket中的位置nIndex = h | ht->nTableMask;Z_NEXT(p->val) = HT_HASH(ht, nIndex);HT_HASH(ht, nIndex) = HT_IDX_TO_HASH(idx);return &p->val;

查找元素

先自己思考一下我们在获取数组的值$a['name'],是如何获取的,先用key打算hash值,拿到中间表的位置,再拿到bucket的位置,就能取到值了

// 拿到key的hash值h = zend_string_hash_val(key);arData = ht->arData;// 拿到中间表的位置nIndex = h | ht->nTableMask;// 拿到bucket的位置idx = HT_HASH_EX(arData, nIndex);// 这里先不看while (EXPECTED(idx != HT_INVALID_IDX)) {p = HT_HASH_TO_BUCKET_EX(arData, idx); //if (EXPECTED(p->key == key)) { / check for the same interned string /return p;} else if (EXPECTED(p->h == h) && EXPECTED(p->key) && EXPECTED(ZSTR_LEN(p->key) == ZSTR_LEN(key)) && EXPECTED(memcmp(ZSTR_VAL(p->key), ZSTR_VAL(key), ZSTR_LEN(key)) == 0)) {return p;}idx = Z_NEXT(p->val);}

hash冲突

hash打算不可避免的在数据量大的时候有冲突的几率,一样平常一个常用方法是拉链法,也便是冲突元素串成链表,当keyhash冲突后遍历这个位置的链表,终极拿到匹配的key, 也便是上面的查找元素中while那一段,来看下PHP hashTable是如何处理的,我们还是剖析上面那一段代码

add_to_hash:// nMumUsed Bucket的数量 ++idx = ht->nNumUsed++;// 有效元素的数量 ++ht->nNumOfElements++;if (ht->nInternalPointer == HT_INVALID_IDX) {ht->nInternalPointer = idx;}zend_hash_iterators_update(ht, HT_INVALID_IDX, idx);// arData的内存位置 给当前元素用p = ht->arData + idx;// 设置bucket的keyp->key = key;if (!ZSTR_IS_INTERNED(key)) {zend_string_addref(key);ht->u.flags &= ~HASH_FLAG_STATIC_KEYS;zend_string_hash_val(key);}// 设置bucket的h值 ,这里实在是zend_string中的h p->h = h = ZSTR_H(key);// 设置bucket的val, ZVAL_COPY_VALUE(&p->val, pData);// 在bucket中的位置nIndex = h | ht->nTableMask;// 这一步,把 bucket当前位置nIndex的元素,设置为新值的next // 也便是 ht[idx] = p->newval , p->nexal -> next -> p->oldvalZ_NEXT(p->val) = HT_HASH(ht, nIndex);HT_HASH(ht, nIndex) = HT_IDX_TO_HASH(idx);return &p->val;// 这里是 zval.u2.next 下一个元素,忘了的看zval构造#define Z_NEXT(zval)(zval).u2.next// 这里便是取到 data[idx]的元素#define HT_HASH_EX(data, idx) \((uint32_t)(data))[(int32_t)(idx)]#define HT_HASH(ht, idx) \HT_HASH_EX((ht)->arData, idx)

上图

扩容

PHP数组在初始化时不须要指定容量大小,也便是它是自动扩容的,如何实现呢。

结论:如果插入元素时创造容量不足了,如果已删除的元素达到一定比例就重修索引,如果没有达到就会进行原大小2倍的扩容,然后复制元素到新数组。

IS_CONSISTENT(ht);HT_ASSERT_RC1(ht);// 是否达到了这个值if (ht->nNumUsed > ht->nNumOfElements + (ht->nNumOfElements >> 5)) { / additional term is there to amortize the cost of compaction /zend_hash_rehash(ht);} else if (ht->nTableSize < HT_MAX_SIZE) {/ Let's double the table size / // 这里会扩容2倍void new_data, old_data = HT_GET_DATA_ADDR(ht); // 2倍uint32_t nSize = ht->nTableSize + ht->nTableSize;Bucket old_buckets = ht->arData;// 申请内存new_data = pemalloc(HT_SIZE_EX(nSize, -nSize), ht->u.flags & HASH_FLAG_PERSISTENT); // 设置一些属性ht->nTableSize = nSize;ht->nTableMask = -ht->nTableSize;HT_SET_DATA_ADDR(ht, new_data); // 复制bucketsmemcpy(ht->arData, old_buckets, sizeof(Bucket) ht->nNumUsed); // 删除老bucket pefree(old_data, ht->u.flags & HASH_FLAG_PERSISTENT);zend_hash_rehash(ht);} else {zend_error_noreturn(E_ERROR, "Possible integer overflow in memory allocation (%u %zu + %zu)", ht->nTableSize 2, sizeof(Bucket) + sizeof(uint32_t), sizeof(Bucket));}

总结

PHP数组底层是hashTable, 通过一个中间映射表实现顺序性,自动扩容,value可以任何类型,key可以是int也可以是string

参考资料:

《PHP内核阐发》