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。
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typedef struct _zval_struct zval;
...
《源代码》 《翻译后》
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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; |
}; |
登录后复制在 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。
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《源代码》 《翻译后》
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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;
登录后复制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：
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/* 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
登录后复制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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