PHP內核探索之變量（2）-理解引用

　　這裡我們順便說一句，在你使用debug_zval_dump()等函數查看zval的refcount時，會令zval本身的refcount值加1，所以實際的refcount的值應該是打印出的refcount減1，如下所示：

$src = "string";
debug_zval_dump($src);

結果是：

string(6) "string" refcount(2)

3. 引用初探

同上，我們還是直接上代碼，然後一步步分析（這個例子比較簡單，為了完整性，我們還是稍微分析一下）：

$a = "simple test";
$b = &a;
$c = &a;
 
$b = 42;
unset($c);
unset($b);

則變量與zval的對應關系如下圖所示：（由此可見，unset的作用僅僅是將變量從符號表中刪除，並減少對應zval的refcount值）

上圖中值得注意的最後一步，在unset($b)之後，zval的is_ref值又變成了0。

那如果是混合了引用（assign-by-reference）和普通賦值(assign-by-value)的腳本，又是什麼情況呢？

我們的測試腳本：

(1). 先普通賦值後引用賦值

$a = "src";
$b = $a;
$c = &$b;

具體的過程見下圖：

(2). 先引用賦值後普通賦值

$a = "src";
$b = &$a;
$c = $a;

具體過程見下圖：

4.　　傳遞引用

同樣，向函數傳遞的參數也可以以引用的形式傳遞，這樣可以在函數內部修改變量的值。作為實例，我們仍使用2（函數傳參）中的腳本，只是參數改為引用的形式：

function do_zval_test(&$s){
    $s = "after";
    return $s;
}
 
$a = "before";
$b = do_zval_test($a);

這與上述函數傳參過程基本一致，不同的是，引用的傳遞使得$a的值發生了變化。而且，在函數調用結束之後 $a的is_ref恢復成0：

可以看出，與普通的值傳遞相比，引用傳遞的不同在於：

(1) 第3步 $s = "change";時，並沒有為$s新建一個zval，而是與$a指向同一個zval,這個zval的is_ref=1。

(2) 還是第3步。$s = "change";執行後，由於zval的is_ref=1，因此,間接的改變了$a的值

5.　　引用返回

　　PHP支持的另一個特性是引用返回。我們知道，在C/C++中，函數返回值時，實際上會生成一個值的副本，而在引用返回時，並不會生成副本，這種引用返回的方式可以在一定程度上節省內存和提高效率。而在PHP中，情況並不完全是這樣。那麼，究竟什麼是引用返回呢？PHP手冊上是這麼說的："引用返回用在當想用函數找到引用應該被綁定在哪一個變量上面時"，是不是一頭霧水，完全不知所雲？其實，英文手冊上是這樣描述的"Returning by reference is useful when you want to use a function to find to which variable a reference should be bound"。提取文中的主干和關鍵點，我們可以得到這樣的信息：

（1）. 引用返回是將引用綁定在一個變量上。

（2）. 這個變量不是確定的，而是通過函數得到的（否者我們就可以使用普通的引用了）。

這其實也說明了引用返回的局限性：函數必須返回一個變量，而不能是一個表達式，否者就會出現類似下面的問題：

PHP Notice:  Only variable references should be returned by reference in xxx(參看PHP手冊中的Note).

那麼，引用返回時如何工作的呢？例如，對於如下的例子：

function &find_node($key,&$tree){
    $item = &$tree[$key];
    return $item;
} 
 
$tree = array(1=>'one',2=>'two',3=>'three');
$node =& find_node(3,$tree);
$node ='new';

Zend都做了哪些工作呢？我們一步步來看。

(1). $tree = array(1=>'one',2=>'two',3=>'three')

同之前一樣，這會在Global symbol table中添加tree這個symbol，並生成該變量的zval。同時，為數組$tree的每個元素都生成相應的zval：

tree: (refcount=1, is_ref=0)=array (
    1 => (refcount=1, is_ref=0)='one',
    2 => (refcount=1, is_ref=0)='two',
    3 => (refcount=1, is_ref=0)='three'
)

如下圖所示：

（2）. find_node(3,&$tree)

　　由於函數調用，Zend會進入函數的內部，創建該函數的內部symbol table，同時，由於傳遞的參數是引用參數，因此zval的is_ref被標志為1，而refcount的值增加為3（分別是全局tree,內部tree和函數堆棧）：

（3）$item = &$tree[$key];

　　由於item是$tree[$key]的引用（在本例的調用中，$key是3），因而更新$tree[$key]指向zval的is_ref和refcount值：

（4）return $item，並執行引用綁定：

（5）函數返回，銷毀局部符號表。

　　tree對應的zval的is_ref恢復了0，refcount=1,$tree[3]被綁定在了$node變量上，對該變量的任何改變都會間接更改$tree[3]:

（6） 更改$node的值，會反射到$tree的節點上，$node ="new'：

Note:為了使用引用返回，必須在函數定義和函數調用的地方都顯式的使用&符號。

6. Global關鍵字

PHP中允許我們在函數內部使用Global關鍵字引用全局變量（不加global關鍵字時引用的是函數的局部變量），例如：

$var = "outside";
function inside()
{
    $var = "inside";
    echo $var;
    global $var;
    echo $var;
}
 
inside();

輸出為insideoutside

我們只知道global關鍵字建立了一個局部變量和全局變量的綁定，那麼具體機制是什麼呢？

使用如下的腳本測試：

$var = "one";      
function update_var($value){
         global $var;
         unset($var);
         global $var;
         $var = $value;
}
 
update_var('four');
echo $var;

具體的分析過程為：

（1）.$var = 'one';

同之前一樣，這會在全局的symbol table中添加var符號,並創建相應的zval：

(2).update_var("four')

由於直接傳遞的是string而不是變量，因而會創建一個zval,該zval的is_ref=0,ref_count=2(分別是形參$value和函數的堆棧)，如下所示：

（3）global $var

　　global $var這句話，實際上會執行兩件事情:

(1).在函數內部的符號表中插入局部的var符號

(2).建立局部$var與全局變量$var之間的引用.

（4）unset($var);

這裡要注意的是，unset只是刪除函數內部符號表中var符號，而不是刪除全局的。同時，更新原zval的refcount值和is_ref引用標志（引用解綁）：

(5).global $var

同3，再次建立局部$var與全局的$var的引用：

（6）$var = $value;

　　更改$var對應的zval的值，由於引用的存在，全局的$var的值也隨之改變：

（7）函數返回，銷毀局部符號表（又回到最初的起點，但，一切已經大不一樣了）：

據此，我們可以總結出global關鍵字的過程和特性：

四、回到最初的問題

現在，我們對引用已經有了一個基本的認識。讓我們回到最初的問題：

$a = array(1,2,3);
foreach($a as &$v){
     $v *= $v;
}
 
foreach($a as $v){
     echo $v;
}

這之中，究竟發生了什麼事情呢？

(1).$a = array(1,2,3);

這會在全局的symbol table中生成$a的zval並且為每個元素也生成相應的zval：

(2). foreach($a as &$v) {$v *= $v;}

這裡由於是引用綁定，所以相當於對數組中的元素執行:

$v = &$a[0];
$v = &$a[1];
$v = &$a[2];

執行過程如下:

我們發現，在這次的foreach執行完畢之後，$v = &$a[2].

（3）第二次foreach循環

foreach($a as $v){
     echo $v;
}

這次因為是普通的assign-by-value的賦值形式，因此，類似與執行：

$v = $a[0];
$v = $a[1];
$v = $a[2];

別忘了$v現在是$a[2]的引用，因此，賦值的過程會間接更改$a[2]的值。

過程如下：

因此，輸出結果應該為144.

附：本文中的zval的調試方法。

如果要查看某一過程中zval的變化，最好的辦法是在該過程的前後均加上調試代碼。例如

$a = 123;
xdebug_debug_zval('a');
$b=&$a;
xdebug_debug_zval('a');

配合畫圖，可以得到一個直觀的zval更新過程。

參考文獻：

由於寫作匆忙，文中難免會有錯誤之處，歡迎指出探討。