PHP内核探索:PHP里的opcode

PHP的opcode就是Zend虚拟机中的指令
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opcode是计算机指令中的一部分,用于指定要执行的操作, 指令的格式和规范由处理器的指令规范指定。 除了指令本身以外通常还有指令所需要的操作数,可能有的指令不需要显式的操作数。 这些操作数可能是寄存器中的值,堆栈中的值,某块内存的值或者IO端口中的值等等。

通常opcode还有另一种称谓:字节码(byte codes)。 例如Java虚拟机(JVM),.NET的通用中间语言(CIL: Common Intermeditate Language)等等。

PHP中的opcode则属于前面介绍中的后着,PHP是构建在Zend虚拟机(Zend VM)之上的。PHP的opcode就是Zend虚拟机中的指令。

在PHP实现内部,opcode由如下的结构体表示:

struct _zend_op {
    opcode_handler_t handler; // 执行该opcode时调用的处理函数
    znode result;
    znode op1;
    znode op2;
    ulong extended_value;
    uint lineno;
    zend_uchar opcode;  // opcode代码
};

和CPU的指令类似,有一个标示指令的opcode字段,以及这个opcode所操作的操作数,PHP不像汇编那么底层, 在脚本实际执行的时候可能还需要其他更多的信息,extended_value字段就保存了这类信息, 其中的result域则是保存该指令执行完成后的结果。

例如如下代码是在编译器遇到print语句的时候进行编译的函数:

void zend_do_print(znode *result,const znode *arg TSRMLS_DC)
{
    zend_op *opline = get_next_op(CG(active_op_array) TSRMLS_CC);
 
    opline->result.op_type = IS_TMP_VAR;
    opline->result.u.var = get_temporary_variable(CG(active_op_array));
    opline->opcode = ZEND_PRINT;
    opline->op1 = *arg;
    SET_UNUSED(opline->op2);
    *result = opline->result;
}

这个函数新创建一条zend_op,将返回值的类型设置为临时变量(IS_TMP_VAR),并为临时变量申请空间, 随后指定opcode为ZEND_PRINT,并将传递进来的参数赋值给这条opcode的第一个操作数。这样在最终执行这条opcode的时候, Zend引擎能获取到足够的信息以便输出内容。

下面这个函数是在编译器遇到echo语句的时候进行编译的函数:

void zend_do_echo(const znode *arg TSRMLS_DC)
{
    zend_op *opline = get_next_op(CG(active_op_array) TSRMLS_CC);
 
    opline->opcode = ZEND_ECHO;
    opline->op1 = *arg;
    SET_UNUSED(opline->op2);
}

可以看到echo处理除了指定opcode以外,还将echo的参数传递给op1,这里并没有设置opcode的result结果字段。 从这里我们也能看出print和echo的区别来,print有返回值,而echo没有,这里的没有和返回null是不同的, 如果尝试将echo的值赋值给某个变量或者传递给函数都会出现语法错误。

PHP脚本编译为opcode保存在op_array中,其内部存储的结构如下:

struct _zend_op_array {
    /* Common elements */
    zend_uchar type;
    char *function_name;  // 如果是用户定义的函数则,这里将保存函数的名字
    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;
    /* END of common elements */
 
    zend_bool done_pass_two;
 
    zend_uint *refcount;
 
    zend_op *opcodes;  // opcode数组
 
    zend_uint last,size;
 
    zend_compiled_variable *vars;
    int last_var,size_var;
 
    // ...
}

如上面的注释,opcodes保存在这里,在执行的时候由下面的execute函数执行:

ZEND_API void execute(zend_op_array *op_array TSRMLS_DC)
{
    // ... 循环执行op_array中的opcode或者执行其他op_array中的opcode
}

前面提到每条opcode都有一个opcode_handler_t的函数指针字段,用于执行该opcode, 这里并没有给没有指定处理函数,那在执行的时候该由哪个函数来执行呢? 更多信息请参考后面的详细介绍。

PHP有三种方式来进行opcode的处理:CALL,SWITCH和GOTO,PHP默认使用CALL的方式,也就是函数调用的方式, 由于opcode执行是每个PHP程序频繁需要进行的操作,可以使用SWITCH或者GOTO的方式来分发, 通常GOTO的效率相对会高一些,不过效率是否提高依赖于不同的CPU。

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