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探討PHP函數(shù)的實現(xiàn)原理及性能
前言
在任何語言中，函數(shù)都是最基本的組成單元。對于php的函數(shù)，它具有哪些特點？函數(shù)調(diào)用是怎么實現(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)進行分析結(jié)合實際的性能測試嘗試對這些問題進行回答，在了解實現(xiàn)的同時更好的編寫php程序。同時也會對一些常見的php函數(shù)進行介紹。
php函數(shù)的分類
在php中，橫向劃分的話，函數(shù)分為兩大類： user function(內(nèi)置函數(shù)) 和internal function（內(nèi)置函數(shù)）。前者就是用戶在程序中自定義的一些函數(shù)和方法，后者則是php本身提供的各類庫函數(shù)（比如sprintf、array_push等）。用戶也可以通過擴展的方法來編寫庫函數(shù)，這個將在后面介紹。對于user function，又可以細分為function（函數(shù)）和method（類方法），本文中將就這三種函數(shù)分別進行分析和測試。
php函數(shù)的實現(xiàn)
一個php函數(shù)最終是如何執(zhí)行，這個流程是怎么樣的呢？
要回答這個問題，我們先來看看php代碼的執(zhí)行所經(jīng)過的流程。
從圖1可以看到，php實現(xiàn)了一個典型的動態(tài)語言執(zhí)行過程：拿到一段代碼后，經(jīng)過詞法解析、語法解析等階段后，源程序會被翻譯成一個個指令(opcodes)，然后ZEND虛擬機順次執(zhí)行這些指令完成操作。Php本身是用c實現(xiàn)的，因此最終調(diào)用的也都是c的函數(shù)，實際上，我們可以把php看做是一個c開發(fā)的軟件。通過上面描述不難看出，php中函數(shù)的執(zhí)行也是被翻譯成了opcodes來調(diào)用，每次函數(shù)調(diào)用實際上是執(zhí)行了一條或多條指令。
對于每一個函數(shù)，zend都通過以下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來描述
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標明了函數(shù)的類型：用戶函數(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)標志（普通函數(shù)、靜態(tài)方法、抽象方法）等內(nèi)容。另外，對于用戶函數(shù)，還有一個函數(shù)符號表，記錄了內(nèi)部變量等，這個將在后面詳述。 Zend維護了一個全局function_table，這是一個大的hahs表。函數(shù)調(diào)用的時候會首先根據(jù)函數(shù)名從表中找到對應(yīng)的zend_function。當進行函數(shù)調(diào)用時候，虛擬機會根據(jù)type的不同決定調(diào)用方法， 不同類型的函數(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)，每一個內(nèi)置函數(shù)，php在最終編譯后都會展開成為一個名叫zif_xxxx的function，比如我們常見的sprintf，對應(yīng)到底層就是zif_sprintf。Zend在執(zhí)行的時候，如果發(fā)現(xiàn)是內(nèi)置函數(shù)，則只是簡單的做一個轉(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zend_parse_parameters方法來實現(xiàn)，對于數(shù)組、字符串等參數(shù)，zend實現(xiàn)的是淺拷貝，因此這個效率是很高的�？梢赃@樣說，對于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so的方式進行動態(tài)加載，用戶也可以根據(jù)需要自己編寫相應(yīng)的so，也就是我們常說的擴展。ZEND提供了一系列的api供擴展使用
用戶函數(shù)
和內(nèi)置函數(shù)相比，用戶通過php實現(xiàn)的自定義函數(shù)具有完全不同的執(zhí)行過程和實現(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來執(zhí)行的，用戶函數(shù)也不例外，實際中每個函數(shù)對應(yīng)到一組opcode，這組指令被保存在zend_function中。于是，用戶函數(shù)的調(diào)用最終就是對應(yīng)到一組opcodes的執(zhí)行。
局部變量的保存及遞歸的實現(xiàn)
我們知道，函數(shù)遞歸是通過堆棧來完成的。在php中，也是利用類似的方法來實現(xiàn)。Zend為每個php函數(shù)分配了一個活動符號表(active_sym_table)，記錄當前函數(shù)中所有局部變量的狀態(tài)。所有的符號表通過堆棧的形式來維護，每當有函數(shù)調(diào)用的時候，分配一個新的符號表并入棧。當調(diào)用結(jié)束后當前符號表出棧。由此實現(xiàn)了狀態(tài)的保存和遞歸。
對于棧的維護，zend在這里做了優(yōu)化。預(yù)先分配一個長度為N的靜態(tài)數(shù)組來模擬堆棧，這種通過靜態(tài)數(shù)組來模擬動態(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)用帶來的內(nèi)存分配、銷毀。ZEND只是在函數(shù)調(diào)用結(jié)束時將當前棧頂?shù)姆柋頂?shù)據(jù)clean掉即可。因為靜態(tài)數(shù)組長度為N，一旦函數(shù)調(diào)用層次超過N，程序不會出現(xiàn)棧溢出，這種情況下zend就會進行符號表的分配、銷毀，因此會導(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php程序的時候，函數(shù)調(diào)用層次最好不要超過32。當然，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來獲取參數(shù)不同，用戶函數(shù)中參數(shù)的獲取是通過指令來完成的。函數(shù)有幾個參數(shù)就對應(yīng)幾條指令。具體到實現(xiàn)上就是普通的變量賦值。通過上面的分析可以看出，和內(nèi)置函數(shù)相比，由于是自己維護堆棧表，而且每條指令的執(zhí)行也是一個c函數(shù)，用戶函數(shù)的性能相對會差很多，后面會有具體的對比分析。因此，如果一個功能有對應(yīng)php內(nèi)置函數(shù)實現(xiàn)的盡量不要自己重新寫函數(shù)去實現(xiàn)。
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