认识PHP 7虚拟机(2)

OPArray

OPArray是指一个包含许多要被顺序执行的OPCode的数组，如下图：

OPArray由结构体_zend_op_array表示：

struct _zend_op_array {
    /* Common elements */
    /* 省略 */
    /* END of common elements */

    /* 省略 */
    zend_op *opcodes; //<------ 存储着OPCode的数组
    /* 省略 */
};

在PHP中，每个PHP用户函数或者PHP脚本、传递给eval()的参数，会被编译为一个OPArray。

OPArray中包含了许多静态的信息，能够帮助执行引擎更高效地执行PHP代码。部分重要的信息如下：

当前脚本的文件名，OPArray对应的PHP代码在脚本中起始和终止的行号 /**的代码注释信息 refcount引用计数，OPArray是可共享的 try-catch-finally的跳转信息 break-continue的跳转信息 当前作用域所有PHP变量的名称 函数中用到的静态变量 literals（字面量），编译阶段已知的值，例如字符串“foo”，或者整数42 运行时缓存槽，引擎会缓存一些后续执行需要用到的东西

一个简单的例子：

$a = 8;
$b = 'foo';
echo $a + $b;

OPArray中的部分成员其内容如下：

OPArray包含的信息越多，即在编译期间尽量的将已知的信息计算好存储到OPArray中，执行引擎就能够更高效地执行。我们可以看到每个字面量都已经被编译为zval并存储到literals数组中（你可能发现这里多了一个整型值1，其实这是用于ZEND_RETURN OPCode的，PHP文件的OPArray默认会返回1，但函数的OPArray默认返回null）。OPArray所使用到的PHP变量的名字信息也被编译为zend_string存储到vars数组中，编译后的OPCode则存储到opcodes数组中。

OPCode的执行

OPCode的执行是通过一个while循环去做的：

//删除了预处理语句

ZEND_API void execute_ex(zend_execute_data *ex)
{
    DCL_OPLINE

    const zend_op *orig_opline = opline;
    zend_execute_data *orig_execute_data = execute_data;
    execute_data = ex; 

    LOAD_OPLINE();

    while (1) {
        ((opcode_handler_t)OPLINE->handler)(ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS_PASSTHRU); //执行OPCode对应的C函数
        if (UNEXPECTED(!OPLINE)) { //当前OPArray执行完
            execute_data = orig_execute_data;
            opline = orig_opline;
            return;
        }
    }
    zend_error_noreturn(E_CORE_ERROR, "Arrived at end of main loop which shouldn't happen");
}

那么是如何切换到下一个OPCode去执行的呢？每个OPCode的Handler中都会调用到一个宏：

#define ZEND_VM_NEXT_OPCODE_EX(check_exception, skip) \
    CHECK_SYMBOL_TABLES() \
    if (check_exception) { \
        OPLINE = EX(opline) + (skip); \
    } else { \
        OPLINE = opline + (skip); \
    } \
    ZEND_VM_CONTINUE()

该宏会把当前的opline+skip（skip通常是1），将opline指向下一条OPCode。opline是一个全局变量，指向当前执行的OPCode。

编译器优化

在Zend/zend_vm_execute.h中，会看到如下奇怪的代码：

static ZEND_OPCODE_HANDLER_RET ZEND_FASTCALL ZEND_INIT_ARRAY_SPEC_CONST_CONST_HANDLER(ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS)
{
    /* 省略 */

    if (IS_CONST == IS_UNUSED) {
        ZEND_VM_NEXT_OPCODE();
#if 0 || (IS_CONST != IS_UNUSED)
    } else {
        ZEND_VM_TAIL_CALL(ZEND_ADD_ARRAY_ELEMENT_SPEC_CONST_CONST_HANDLER(ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS_PASSTHRU));
#endif
    }
}

你可能会对if (IS_CONST == IS_UNUSED)和#if 0 || (IS_CONST != IS_UNUSED)感到奇怪。看下其对应的模板代码：

ZEND_VM_HANDLER(71, ZEND_INIT_ARRAY, CONST|TMP|VAR|UNUSED|CV, CONST|TMPVAR|UNUSED|CV)
{
    zval *array;
    uint32_t size;
    USE_OPLINE

    array = EX_VAR(opline->result.var);
    if (OP1_TYPE != IS_UNUSED) {
        size = opline->extended_value >> ZEND_ARRAY_SIZE_SHIFT;
    } else {
        size = 0;
    }
    ZVAL_NEW_ARR(array);
    zend_hash_init(Z_ARRVAL_P(array), size, NULL, ZVAL_PTR_DTOR, 0);

    if (OP1_TYPE != IS_UNUSED) {
        /* Explicitly initialize array as not-packed if flag is set */
        if (opline->extended_value & ZEND_ARRAY_NOT_PACKED) {
            zend_hash_real_init(Z_ARRVAL_P(array), 0);
        }
    }

    if (OP1_TYPE == IS_UNUSED) {
        ZEND_VM_NEXT_OPCODE();
if !defined(ZEND_VM_SPEC) || (OP1_TYPE != IS_UNUSED)
    } else {
        ZEND_VM_DISPATCH_TO_HANDLER(ZEND_ADD_ARRAY_ELEMENT);
#endif
    }
}

php zend_vm_gen.php在生成zend_vm_execute.h时，会把OP1_TYPE替换为op1的类型，从而生成这样子的代码：if (IS_CONST == IS_UNUSED)，但C编译器会把这些代码优化掉。