php数组实现原理

作者 : shijian 本文共2174个字,预计阅读时间需要6分钟 发布时间: 2019-10-21 共49人阅读

数组是PHPer最常用的数据类型,同时php容易上手也得益于其强大的数组,但是数组在php中是如何实现的呢?

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首先,我们还是先了解下相关的数据结构,为下面的内容打好基础

哈希表

  哈希表,顾名思义,即将不同的关键字映射到不同单元的一种数据结构。而将不同关键字映射到不同单元的方法就叫做哈希函数

  理想情况下,经过哈希函数处理,关键字和单元是会进行一一对应的;但是如果关键字值足够多的情况下,就容易出现多个关键字映射到同一单元的情况,即出现哈希冲突

  哈希冲突的解决方案,要么使用链接法,要么使用开放寻址法

链接法
  即当不同的关键字映射到同一单元时,在同一单元内使用链表来保存这些关键字

开放寻址法
  即当插入数据时,如果发现关键字被映射到的单元存在数据了,说明发生了冲突,就继续寻找下一个单元,直到找到可用单元为止

  而因为开放寻址法方案属于占用其他关键字映射单元的位置,所以后续的关键字更容易出现哈希冲突,因此容易出现性能下降

链表

  既然上面提到了链表,这里我们简单聊一下链表的基础知识。链表分为很多种类型,常用的数据结构包括:队列,栈,双向链表等

  链表,就是由不同的链表节点组成的一种数据结构。链表节点一般由元素+指向下一节点的指针组成。而双向链表,顾名思义,则是由指向上一节点的指针+元素+指向下一节点的指针组成

  对于数据结构的内容,我们不过多展开,我们之后会有专门的内容去详细介绍数据结构

php数组

  php解决哈希冲突的方式是使用了链接法,所以php数组是由哈希表+链表实现,准确来说,是由哈希表+双向链表实现。

内部结构-哈希表

HashTable结构体主要用来存放哈希表的基本信息

typedef struct _hashtable { 
    uint nTableSize;        // hash Bucket的大小,即哈希表的容量,最小为8,以2x增长。
    uint nTableMask;        // nTableSize-1 , 索引取值的优化
    uint nNumOfElements;    // hash Bucket中当前存在的元素个数,count()函数会直接返回此值 
    ulong nNextFreeElement; // 下一个可使用的数字键值
    Bucket *pInternalPointer;   // 当前遍历的指针(foreach比for快的原因之一)
    Bucket *pListHead;          // 存储整个哈希表的头元素指针
    Bucket *pListTail;          // 存储整个哈希表的尾元素指针
    Bucket **arBuckets;         // 存储hash数组
    dtor_func_t pDestructor;    // 在删除元素时执行的回调函数,用于资源的释放
    zend_bool persistent;       //指出了Bucket内存分配的方式。如果persisient为TRUE,则使用操作系统本身的内存分配函数为Bucket分配内存,否则使用PHP的内存分配函数。
    unsigned char nApplyCount; // 标记当前hash Bucket被递归访问的次数(防止多次递归)
    zend_bool bApplyProtection;// 标记当前hash桶允许不允许多次访问,不允许时,最多只能递归3次
#if ZEND_DEBUG
    int inconsistent;
#endif
} HashTable;

Bucket结构体则用于保存数据的具体内容

typedef struct bucket {
    ulong h;            // 对char *key进行hash后的值,或者是用户指定的数字索引值
    uint nKeyLength;    // hash关键字的长度,如果数组索引为数字,此值为0
    void *pData;        // 指向value,一般是用户数据的副本,如果是指针数据,则指向pDataPtr
    void *pDataPtr;     // 如果是指针数据,此值会指向真正的value,同时上面pData会指向此值
    struct bucket *pListNext;   // 指向整个哈希表的该单元的下一个元素
    struct bucket *pListLast;   // 指向整个哈希表的该单元的上一个元素
    struct bucket *pNext;       // 指向由于哈希冲突导致存放在同一个单元的链表中的下一个元素
    struct bucket *pLast;       // 指向由于哈希冲突导致存放在同一个单元的链表中的上一个元素
    // 保存当前值所对于的key字符串,这个字段只能定义在最后,实现变长结构体
    char arKey[1];              
} Bucket;

  其中Bucket结构体内有指向用户数据的pData元素,其实是指向了之前我们介绍的变量zval结构体,这也是为什么当创建数组时,会出现数组元素+1的变量容器。

哈希表内部结构关系图

php41.png

  从上图我们可以看出,Bucket在存放数据的时候,如果存在哈希冲突,则将多个关键字映射到链表中,由此组成了双向链表

总结

  今天,我们以数组作为切入点,简单了解了下基本的数据结构:哈希表和链表;并且了解了数组的底层实现,即哈希表+双向链表。其实哈希表作为php中最重要的数据结构,用处很广。变量的符号表,函数列表等都是用哈希表来存储的

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