从源码看 PHP 7 数组的实现

76.html">PHP 中的数组实际上是一个有序映射。映射是一种把 values 关联到 keys 的类型。此类型在很多方面做了优化,因此可以把它当成真正的数组,或列表(向量),散列表(是映射的一种实现),字典,集合,栈,队列以及更多可能性。由于数组元素的值也可以是另一个数组,树形结构和多维数组也是允许的。 —— 76.html">PHP 官方文档中文版

这里主要关注两个点:

key 可以是整数,也可以是字符串。Float、Bool、Null 类型的 key 会被转换为整数或者字符串存储,其他类型的会报错。
value 可以是任意类型。

遍历数组时,数组元素按照其 key 添加的顺序依次取出。

PHP 7 的数组分为 packed array 和 hash array 两种类型,在满足一定条件时可以互转。

hash array 的 key 可以是整数也可以是字符串,在 hash 冲突时使用链表(冲突链)来解决冲突问题。

packed array 的所有 key 是自然数,且依次添加的元素的 key 逐渐增大(不要求连续)。它的耗时和内存占用都比 hash 数组低。

以下仅介绍 hash array 相关的内容。

主要数据类型

下图是数组主要的数据类型:

Hash 区 arData Data 区 + | 指 针 指 向 Data 区 的 开 始 v +----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+ | | | | | | | | | |nTableMask|nTableMask| ...... | -1 | 0 | 1 | ...... |nTableSize| | | +1 | | | | | | +1 | +---------------------------------------------------------------------------------------+ | | | | | | | | | | uint32_t | uint32_t | ...... | uint32_t | Bucket | Bucket | ...... | Bucket | | | | | | | | | | +----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+----------+

从整体看,这是一个数组。但入口是 arData 而不是处于最左侧的一个元素。arData 把数组分为两部分:

左边是 Hash 区,其值为 uint32_t 类型,是冲突链的第一个元素在 Data 区的下标;

右边是 Data 区,其值为 Bucket 类型,用于存储数据及其相关信息。

由于 arData 主要指向 Data 区,因此其默认类型被配置为 Bucket 指针。

在申请内存时,会把 Hash 区所需的内存大小加上 Data 区所需的内存大小,然后一起申请。

Bucket 长什么样?

zend_types.h:

/* 数组的基本元素 */ typedef struct _Bucket { zval val; /* 值 */ zend_ulong h; /* hash 值(或者整数索引) */ zend_string *key; /* 字符串 key(如果存储时用整数索引,则该值为 NULL) */ } Bucket;

Bucket 把 key 和 value 放在一起了。

在冲突链中,Bucket 是一个节点。那么此时心里会有一个疑问:怎么获取冲突链的下一个节点?

冲突链

说到链表,会很自然地想到链表元素的结构体里包含着指向下一个元素的指针 next 。例如单向链表:

typedef struct listNode { struct listNode *next; void *value; } listNode;

但 Bucket 却不包含这个指针。

会不会在 Bucket 上一层,也就是数组的结构体定义中有一个专门存放冲突链的地方?

zend_types.h:

typedef struct _zend_array HashTable; struct _zend_array { zend_refcounted_h gc; union { struct { ZEND_ENDIAN_LOHI_4( zend_uchar flags, zend_uchar _unused, zend_uchar nIteratorsCount, zend_uchar _unused2) } v; uint32_t flags; } u; uint32_t nTableMask; // 用于把 hash 值转化为 [nTableMask, -1] 区间内的负数。根据 nTableSize 生成。 Bucket *arData; // 指向 Data 区的指针。 uint32_t nNumUsed; // Data 区最后一个有效 Bucket 的下标 + 1。 uint32_t nNumOfElements; // 存在多少个有效 Bucket。删除数组元素时,会使其减一。 uint32_t nTableSize; // 总共有多少空间。 uint32_t nInternalPointer; zend_long nNextFreeElement; dtor_func_t pDestructor; };

想错了,换个角度想想.jpg

那往 Bucket 下一层看看:

zend_types.h:

typedef struct _zval_struct zval; struct _zval_struct { zend_value value; // 通用值结构。存储基础类型(double)或指针(数组、对象等等) union { struct { // 省略其他定义 } v; uint32_t type_info; // 值的类型,例如 IS_ARRAY 、IS_UNDEF } u1; union { uint32_t next; // 指向 hash 冲突链的下一个元素 <--- 就是这里 // 省略其他定义 } u2; // u2 表示第二个 union };

惊!链表元素的 next 居然藏在 PHP 的通用数据类型 zval 里面。

想不到吧?.jpg

补充一点:
PHP HashMap 的冲突链始终是一个链表,不会像 JAVA 的 HashMap 那样在达成一定条件时转成红黑树。这会带来一定的问题。后面再详细说明。

怎么看 HashTable ?

再看一遍结构体。

zend_types.h:

typedef struct _zend_array HashTable; struct _zend_array { zend_refcounted_h gc; union { struct { ZEND_ENDIAN_LOHI_4( zend_uchar flags, zend_uchar _unused, zend_uchar nIteratorsCount, zend_uchar _unused2) } v; uint32_t flags; } u; uint32_t nTableMask; // 根据 nTableSize 生成的负数。用于把 hash 值转化为 [nTableMask, -1] 区间内的负整数,防止越界。 Bucket *arData; // 指向 Data 区的指针。 uint32_t nNumUsed; // Data 区最后一个有效 Bucket 的下标 + 1。 uint32_t nNumOfElements; // 存在多少个有效 Bucket。删除数组元素时,会使其减一。 uint32_t nTableSize; // 总共有多少空间。 uint32_t nInternalPointer; // 内部指针。受到 reset() 、 end() 、 next() 等的影响。 zend_long nNextFreeElement; dtor_func_t pDestructor; };

有效 Bucket 指的是 Bucket val 的类型不为 IS_UNDEF 。也就是不为未定义的(undefined)值。无效 Bucket 反之。

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