PHP7扩展开发(三):参数、数组和Zvals

PHP 2016-11-22

起步

到这已经能声明简单函数,返回静态或者动态值了。定义INI选项,声明内部数值或全局数值。本章节将介绍如何接收从调用脚本(php文件)传入参数的数值,以及 PHP内核Zend引擎 如何操作内部变量。

接收参数

与用户控件的代码不同,内部函数的参数实际上并不是在函数头部声明的,函数声明都形如: PHP_FUNCTION(func_name) 的形式,参数声明不在其中。参数的传入是通过参数列表的地址传入的,并且是传入每一个函数,不论是否存在参数。

通过定义函数hello_str()来看一下,它将接收一个参数然后把它与问候的文本一起输出。

PHP_FUNCTION(hello_greetme)
{
    char *name = NULL;
    size_t name_len;
    zend_string *strg;

    if (zend_parse_parameters(ZEND_NUM_ARGS() TSRMLS_CC, "s", &name, &name_len) == FAILURE) {
        RETURN_NULL();
    }

    strg = strpprintf(0, "你好: %s", name);
    RETURN_STR(strg);
}

大多数 zend_parse_parameters() 块看起来都差不多。 ZEND_NUM_ARGS() 告诉Zend引擎要取的参数的信息, TSRMLS_CC 用来确保线程安全,返回值检测是SUCCESS还是FAILURE。通常情况下返回是SUCCESS的。除非传入的参数太少或太多或者参数不能被转为适当的类型,Zend会自动输出一条错误信息并将控制权还给调用脚本。

指定 "s" 表明此函数期望只传入一个参数,并且该参数被转化为string数据类型,地址传入char * 变量。

此外,还有一个int变量通过地址传递到 zend_parse_parameters() 。这使Zend引擎提供字符串的字节长度,如此二进制安全的函数不再依赖strlen(name)来确定字符串的长度。因为实际上使用strlen(name)甚至得不到正确的结果,因为name可能在字符串结束之前包含了NULL字符。

在php7中,提供另一种获取参数的方式FAST_ZPP,是为了提高参数解析的性能。

#ifdef FAST_ZPP
ZEND_PARSE_PARAMETERS_START(1, 2)
    Z_PARAM_STR(type)
    Z_PARAM_OPTIONAL
    Z_PARAM_ZVAL_EX(value, 0, 1)
ZEND_PARSE_PARAMETERS_END();
#endif

参数类型表

类型 代码 变量类型
Boolean b zend_bool
Long l long
Double d double
String s char*, int
Resource r zval *
Array a zval *
Object o zval *
zval z zval *

最后四个类型都是zvals *.这是因为在php的实际使用中,zval数据类型存储所有的用户空间变量。三种“复杂”数据类型:资源、数组、对象。当它们的数据类型代码被用于zend_parse_parameters()时,Zend引擎会进行类型检查,但是因为在C中没有与它们对应的数据类型,所以不会执行类型转换。

Zval

一般而言,zval和php用户空间变量是很伤脑筋的,概念很难懂。到了PHP7,它的结构在Zend/zend_types.h中有定义:

struct _zval_struct {
    zend_value        value;            /* value */
    union {
        struct {
            ZEND_ENDIAN_LOHI_4(
                zend_uchar    type,         /* active type */
                zend_uchar    type_flags,
                zend_uchar    const_flags,
                zend_uchar    reserved)     /* call info for EX(This) */
        } v;
        uint32_t type_info;
    } u1;
    union {
        uint32_t     next;                 /* hash collision chain */
        uint32_t     cache_slot;           /* literal cache slot */
        uint32_t     lineno;               /* line number (for ast nodes) */
        uint32_t     num_args;             /* arguments number for EX(This) */
        uint32_t     fe_pos;               /* foreach position */
        uint32_t     fe_iter_idx;          /* foreach iterator index */
        uint32_t     access_flags;         /* class constant access flags */
        uint32_t     property_guard;       /* single property guard */
    } u2;
};

可以看到,变量是通过_zval_struct结构体存储的,而变量的值是zend_value类型的:

typedef union _zend_value {
    zend_long         lval;             /* long value */
    double            dval;             /* double value */
    zend_refcounted  *counted;
    zend_string      *str;
    zend_array       *arr;
    zend_object      *obj;
    zend_resource    *res;
    zend_reference   *ref;
    zend_ast_ref     *ast;
    zval             *zv;
    void             *ptr;
    zend_class_entry *ce;
    zend_function    *func;
    struct {
        uint32_t w1;
        uint32_t w2;
    } ww;
} zend_value;

虽然结构体看起来很大,但细细看,其实都是联合体,value的扩充,u1是type_info,u2是其他各种辅助字段。

zval 类型

变量存储的数据是有数据类型的,php7中总体有以下类型,Zend/zend_types.h中有定义:

/* 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                 11
#define IS_CONSTANT_AST             12

/* fake types */
#define _IS_BOOL                    13
#define IS_CALLABLE                 14
#define IS_ITERABLE                 19
#define IS_VOID                     18

/* internal types */
#define IS_INDIRECT                 15
#define IS_PTR                      17
#define _IS_ERROR                   20

测试

书写一个类似gettype()来取得变量的类型的hello_typeof():

PHP_FUNCTION(hello_typeof)
{
    zval *userval = NULL;
    if (zend_parse_parameters(ZEND_NUM_ARGS() TSRMLS_CC, "z", &userval) == FAILURE) {
        RETURN_NULL();
    }
    switch (Z_TYPE_P(userval)) {
        case IS_NULL:
            RETVAL_STRING("NULL");
            break;

        case IS_TRUE:
            RETVAL_STRING("true");
            break;

        case IS_FALSE:
            RETVAL_STRING("false");
            break;

        case IS_LONG:
            RETVAL_STRING("integer");
            break;

        case IS_DOUBLE:
            RETVAL_STRING("double");
            break;

        case IS_STRING:
            RETVAL_STRING("string");
            break;

        case IS_ARRAY:
            RETVAL_STRING("array");
            break;

        case IS_OBJECT:
            RETVAL_STRING("object");
            break;

        case IS_RESOURCE:
            RETVAL_STRING("resource");
            break;

        default:
            RETVAL_STRING("unknown type");
    }
}

这里使用RETVAL_STRING()与之前的RETURN_STRING()差别并不大,它们都是宏。只不过RETURN_STRING中包含了RETVAL_STRING的宏代替,详细在 Zend/zend_API.h 中有定义:

#define RETVAL_STRING(s)                ZVAL_STRING(return_value, s)
#define RETVAL_STRINGL(s, l)            ZVAL_STRINGL(return_value, s, l)

#define RETURN_STRING(s)                { RETVAL_STRING(s); return; }
#define RETURN_STRINGL(s, l)            { RETVAL_STRINGL(s, l); return; }

创建zval

前面用到的zval是由Zend引擎分配空间,也通过同样的途径释放。然而有时候需要创建自己的zval,可以参考如下代码:

{
    zval temp;
    ZVAL_LONG(&temp, 1234);
}

数组

数组作为运载其他变量的变量。内部实现上使用了众所周知的 HashTable .要创建将被返回PPHP的数组,最简单的方法:

PHP语法 C语法(arr是zval*) 意义
$arr = array(); array_init(arr); 初始化一个新数组
$arr[] = NULL; add_next_index_null(arr); 向数字索引的数组增加指定类型的值
$arr[] = 42; add_next_index_long(arr, 42);
$arr[] = true; add_next_index_bool(arr, 1);
$arr[] = 3.14; add_next_index_double(arr, 3.14);
$arr[] = 'foo'; add_next_index_string(arr, "foo", 1);
$arr[] = $myvar; add_next_index_zval(arr, myvar);
$arr[0] = NULL; add_index_null(arr, 0); 向数组中指定的数字索引增加指定类型的值
$arr1 = 42; add_index_long(arr, 1, 42);
$arr2 = true; add_index_bool(arr, 2, 1);
$arr[3] = 3.14; add_index_double(arr, 3, 3.14);
$arr[4] = 'foo'; add_index_string(arr, 4, "foo", 1);
$arr[5] = $myvar; add_index_zval(arr, 5, myvar);
$arr['abc'] = NULL; add_assoc_null(arr, "abc");
$arr['def'] = 711; add_assoc_long(arr, "def", 711); 向关联索引的数组增加指定类型的值
$arr['ghi'] = true; add_assoc_bool(arr, "ghi", 1);
$arr['jkl'] = 1.44; add_assoc_double(arr, "jkl", 1.44);
$arr['mno'] = 'baz'; add_assoc_string(arr, "mno", "baz", 1);
$arr['pqr'] = $myvar; add_assoc_zval(arr, "pqr", myvar);

做一个测试:

PHP_FUNCTION(hello_get_arr)
{
    array_init(return_value);
    add_next_index_null(return_value);
    add_next_index_long(return_value, 42);
    add_next_index_bool(return_value, 1);
    add_next_index_double(return_value, 3.14);
    add_next_index_string(return_value, "foo");
    add_assoc_string(return_value, "mno", "baz");
    add_assoc_bool(return_value, "ghi", 1);
}

20161122192253.png

add_*_string()函数参数从四个改为了三个。

数组遍历

假设我们需要一个取代以下功能的扩展:

<?php
function hello_array_strings($arr) {
    if (!is_array($arr)) {
        return NULL;
    }

    printf("The array passed contains %d elements\n", count($arr));

    foreach ($arr as $data) {
        if (is_string($data))
            echo $data.'\n';
    }
}

php7的遍历数组和php5差很多,7提供了一些专门的宏来遍历元素(或keys)。宏的第一个参数是HashTable,其他的变量被分配到每一步迭代:

ZEND_HASH_FOREACH_VAL(ht, val) ZEND_HASH_FOREACH_KEY(ht, h, key) ZEND_HASH_FOREACH_PTR(ht, ptr) ZEND_HASH_FOREACH_NUM_KEY(ht, h) ZEND_HASH_FOREACH_STR_KEY(ht, key) ZEND_HASH_FOREACH_STR_KEY_VAL(ht, key, val) ZEND_HASH_FOREACH_KEY_VAL(ht, h, key, val)

因此它的对应函数实现如下:

PHP_FUNCTION(hello_array_strings)
{
    ulong num_key;
    zend_string *key;
    zval *val, *arr;
    HashTable *arr_hash;
    int array_count;

    if (zend_parse_parameters(ZEND_NUM_ARGS() TSRMLS_CC, "a", &arr) == FAILURE) {
        RETURN_NULL();
    }

    arr_hash = Z_ARRVAL_P(arr);
    array_count = zend_hash_num_elements(arr_hash);
    php_printf("The array passed contains %d elements\n", array_count);
    ZEND_HASH_FOREACH_KEY_VAL(arr_hash, num_key, key, val) {
        //if (key) { //HASH_KEY_IS_STRING
        //}
        PHPWRITE(Z_STRVAL_P(val), Z_STRLEN_P(val));
        php_printf("\n");
    }ZEND_HASH_FOREACH_END();
}

因为这是新的遍历方法,而我看的还是php5的处理方式,调试出上面的代码花了不少功夫,总的来说,用宏的方式遍历大大减少了编码体积。哈希表是php中很重要的一个内容,有时间再好好研究一下。

遍历数组的其他方式

遍历 HashTable 还有其他方法。Zend引擎针对这个任务展露了三个非常类似的函数:zend_hash_apply(), zend_hash_apply_with_argument(), zend_hash_apply_with_arguments。第一个形式仅仅遍历HashTable,第二种形式允许传入单个void*参数,第三种形式通过var arg列表允许数量不限的参数。hello_array_walk()展示个他们各自的行为。

static int php_hello_array_walk(zval *ele TSRMLS_DC)
{
    zval temp = *ele; // 临时zval,避免convert_to_string 污染原元素
    zval_copy_ctor(&temp);  // 分配新 zval 空间并复制 ele 的值
    convert_to_string(&temp); // 字符串类型转换

    //简单的打印
    PHPWRITE(Z_STRVAL(temp), Z_STRLEN(temp));
    php_printf("\n");
    zval_dtor(&temp); //释放临时的 temp
    return ZEND_HASH_APPLY_KEEP;
}

static int php_hello_array_walk_arg(zval *ele, char *greeting TSRMLS_DC)
{
    php_printf("%s", greeting);
    php_hello_array_walk(ele TSRMLS_CC);
    return ZEND_HASH_APPLY_KEEP;
}

static int php_hello_array_walk_args(zval *ele, int num_args, va_list args, zend_hash_key *hash_key)
{
    char *prefix = va_arg(args, char*);
    char *suffix = va_arg(args, char*);

    TSRMLS_FETCH();
    php_printf("%s", prefix);
    // 打印键值对结果
    php_printf("key is : [ ");
    if (hash_key->key) {
        PHPWRITE(ZSTR_VAL(hash_key->key), ZSTR_LEN(hash_key->key));
    } else {
        php_printf("%ld", hash_key->h);
    }
    php_printf(" ]");
    php_hello_array_walk(ele TSRMLS_CC);
    php_printf("%s\n", suffix);
    return ZEND_HASH_APPLY_KEEP;
}

用户调用的函数:

PHP_FUNCTION(hello_array_walk)
{
    zval *arr;
    HashTable *arr_hash;
    if (zend_parse_parameters(ZEND_NUM_ARGS() TSRMLS_CC, "a", &arr) == FAILURE) {
        RETURN_NULL();
    }

    arr_hash = Z_ARRVAL_P(arr);

    //第一种遍历 简单遍历各个元素
    zend_hash_apply(arr_hash, (apply_func_t)php_hello_array_walk TSRMLS_CC);
    //第二种遍历 带一个参数的简单遍历各个元素
    zend_hash_apply_with_argument(arr_hash, (apply_func_arg_t)php_hello_array_walk_arg, "Hello " TSRMLS_CC);
    //第三种遍历 带多参数的遍历key->value
    zend_hash_apply_with_arguments(arr_hash, (apply_func_args_t)php_hello_array_walk_args, 2, "Hello ", "Welcome to my extension!");

    RETURN_TRUE;
}

为了复用,在输出值时调用php_hello_array_walk(ele TSRMLS_CC)。传入hello_array_walk()的数组被遍历了三次,一次不带参数,一次带单个参数,一次带两给参数。三个遍历的函数返回了ZEND_HASH_APPLY_KEEP。这告诉zend_hash_apply()函数离开HashTable中的(当前)元素,继续处理下一个。

这儿也可以返回其他值:ZEND_HASH_APPLY_REMOVE删除当前元素并继续应用到下一个;ZEND_HASH_APPLY_STOP在当前元素中止数组的遍历并退出zend_hash_apply()函数。

TSRMLS_FETCH() 是一个关于线程安全的动作,用于避免各线程的作用域被其他的侵入。因为zend_hash_apply()的多线程版本用了vararg列表,tsrm_ls标记没有传入walk()函数。

<?php
$arr = ["99", "fff", "key1"=>"888", "key2"=>"aaa"];
hello_array_walk($arr);

20161128104657.png


本文由 hongweipeng 创作,采用 知识共享署名 3.0,可自由转载、引用,但需署名作者且注明文章出处。

如果对您有用,您的支持将鼓励我继续创作!