php底層原理之?dāng)?shù)組實(shí)現(xiàn)

HackerShell 發(fā)布于2019-07-01 12:38 / 3498人閱讀

摘要：數(shù)組是最常用的數(shù)據(jù)類型，同時(shí)容易上手也得益于其強(qiáng)大的數(shù)組，但是數(shù)組在中是如何實(shí)現(xiàn)的呢首先，我們還是先了解下相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，為下面的內(nèi)容打好基礎(chǔ)哈希表哈希表，顧名思義，即將不同的關(guān)鍵字映射到不同單元的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

數(shù)組是PHPer最常用的數(shù)據(jù)類型，同時(shí)php容易上手也得益于其強(qiáng)大的數(shù)組，但是數(shù)組在php中是如何實(shí)現(xiàn)的呢？

首先，我們還是先了解下相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，為下面的內(nèi)容打好基礎(chǔ)

哈希表

哈希表，顧名思義，即將不同的關(guān)鍵字映射到不同單元的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。而將不同關(guān)鍵字映射到不同單元的方法就叫做哈希函數(shù)

理想情況下，經(jīng)過(guò)哈希函數(shù)處理，關(guān)鍵字和單元是會(huì)進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)的；但是如果關(guān)鍵字值足夠多的情況下，就容易出現(xiàn)多個(gè)關(guān)鍵字映射到同一單元的情況，即出現(xiàn)哈希沖突

哈希沖突的解決方案，要么使用鏈接法，要么使用開放尋址法

鏈接法
即當(dāng)不同的關(guān)鍵字映射到同一單元時(shí)，在同一單元內(nèi)使用鏈表來(lái)保存這些關(guān)鍵字

開放尋址法
即當(dāng)插入數(shù)據(jù)時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵字被映射到的單元存在數(shù)據(jù)了，說(shuō)明發(fā)生了沖突，就繼續(xù)尋找下一個(gè)單元，直到找到可用單元為止

而因?yàn)殚_放尋址法方案屬于占用其他關(guān)鍵字映射單元的位置，所以后續(xù)的關(guān)鍵字更容易出現(xiàn)哈希沖突，因此容易出現(xiàn)性能下降

鏈表

既然上面提到了鏈表，這里我們簡(jiǎn)單聊一下鏈表的基礎(chǔ)知識(shí)。鏈表分為很多種類型，常用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括：隊(duì)列，棧，雙向鏈表等

鏈表，就是由不同的鏈表節(jié)點(diǎn)組成的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。鏈表節(jié)點(diǎn)一般由元素+指向下一節(jié)點(diǎn)的指針組成。而雙向鏈表，顧名思義，則是由指向上一節(jié)點(diǎn)的指針+元素+指向下一節(jié)點(diǎn)的指針組成

對(duì)于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，我們不過(guò)多展開，我們之后會(huì)有專門的內(nèi)容去詳細(xì)介紹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

php數(shù)組

php解決哈希沖突的方式是使用了鏈接法，所以php數(shù)組是由哈希表+鏈表實(shí)現(xiàn)，準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)，是由哈希表+雙向鏈表實(shí)現(xiàn)

內(nèi)部結(jié)構(gòu)-哈希表

HashTable結(jié)構(gòu)體主要用來(lái)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，最小為8，以2x增長(zhǎng)。
    uint nTableMask;        // nTableSize-1 ， 索引取值的優(yōu)化
    uint nNumOfElements;    // hash Bucket中當(dāng)前存在的元素個(gè)數(shù)，count()函數(shù)會(huì)直接返回此值 
    ulong nNextFreeElement; // 下一個(gè)可使用的數(shù)字鍵值
    Bucket *pInternalPointer;   // 當(dāng)前遍歷的指針（foreach比f(wàn)or快的原因之一）
    Bucket *pListHead;          // 存儲(chǔ)整個(gè)哈希表的頭元素指針
    Bucket *pListTail;          // 存儲(chǔ)整個(gè)哈希表的尾元素指針
    Bucket **arBuckets;         // 存儲(chǔ)hash數(shù)組
    dtor_func_t pDestructor;    // 在刪除元素時(shí)執(zhí)行的回調(diào)函數(shù)，用于資源的釋放
    zend_bool persistent;       //指出了Bucket內(nèi)存分配的方式。如果persisient為TRUE，則使用操作系統(tǒng)本身的內(nèi)存分配函數(shù)為Bucket分配內(nèi)存，否則使用PHP的內(nèi)存分配函數(shù)。
    unsigned char nApplyCount; // 標(biāo)記當(dāng)前hash Bucket被遞歸訪問(wèn)的次數(shù)（防止多次遞歸）
    zend_bool bApplyProtection;// 標(biāo)記當(dāng)前hash桶允許不允許多次訪問(wèn)，不允許時(shí)，最多只能遞歸3次
#if ZEND_DEBUG
    int inconsistent;
#endif
} HashTable;

Bucket結(jié)構(gòu)體則用于保存數(shù)據(jù)的具體內(nèi)容

typedef struct bucket {
    ulong h;            // 對(duì)char *key進(jìn)行hash后的值，或者是用戶指定的數(shù)字索引值
    uint nKeyLength;    // hash關(guān)鍵字的長(zhǎng)度，如果數(shù)組索引為數(shù)字，此值為0
    void *pData;        // 指向value，一般是用戶數(shù)據(jù)的副本，如果是指針數(shù)據(jù)，則指向pDataPtr
    void *pDataPtr;     // 如果是指針數(shù)據(jù)，此值會(huì)指向真正的value，同時(shí)上面pData會(huì)指向此值
    struct bucket *pListNext;   // 指向整個(gè)哈希表的該單元的下一個(gè)元素
    struct bucket *pListLast;   // 指向整個(gè)哈希表的該單元的上一個(gè)元素
    struct bucket *pNext;       // 指向由于哈希沖突導(dǎo)致存放在同一個(gè)單元的鏈表中的下一個(gè)元素
    struct bucket *pLast;       // 指向由于哈希沖突導(dǎo)致存放在同一個(gè)單元的鏈表中的上一個(gè)元素
    // 保存當(dāng)前值所對(duì)于的key字符串，這個(gè)字段只能定義在最后，實(shí)現(xiàn)變長(zhǎng)結(jié)構(gòu)體
    char arKey[1];              
} Bucket;

其中Bucket結(jié)構(gòu)體內(nèi)有指向用戶數(shù)據(jù)的pData元素，其實(shí)是指向了之前我們介紹的變量zval結(jié)構(gòu)體，這也是為什么當(dāng)創(chuàng)建數(shù)組時(shí)，會(huì)出現(xiàn)數(shù)組元素+1的變量容器。不了解變量底層相關(guān)知識(shí)的，請(qǐng)查看我之前的文章：

php底層原理之變量（一）
php底層原理之變量（二）

哈希表內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系圖

注：圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)

從上圖我們可以看出，Bucket在存放數(shù)據(jù)的時(shí)候，如果存在哈希沖突，則將多個(gè)關(guān)鍵字映射到鏈表中，由此組成了雙向鏈表

總結(jié)

今天，我們以數(shù)組作為切入點(diǎn)，簡(jiǎn)單了解了下基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：哈希表和鏈表；并且了解了數(shù)組的底層實(shí)現(xiàn)，即哈希表+雙向鏈表。其實(shí)哈希表作為php中最重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用處很廣。變量的符號(hào)表，函數(shù)列表等都是用哈希表來(lái)存儲(chǔ)的，感興趣的同學(xué)可以看我之前的文章來(lái)了解相關(guān)知識(shí)