ZVAL: фундаментальная структура данных в PHP. Часть 1 — устройство и оптимизации

Содержание

• Что такое ZVAL и зачем он нужен
• Подробный разбор структуры ZVAL
• Управление памятью и refcount
• Эволюция ZVAL: PHP 5 vs PHP 8
• Практика: отладка ZVAL
• Ключевые оптимизации

1. Что такое ZVAL и зачем он нужен

ZVAL (zend value) — это базовая C-структура в ядре PHP, которая отвечает за:

• Хранение значения любой переменной (числа, строки, объекта и т.д.)
• Определение типа данных (integer, string, array и др.)
• Управление памятью через подсчёт ссылок (refcount)
• Оптимизацию работы с переменными (флаги, кэширование)

Где используется: Каждая переменная в PHP, включая элементы массивов и свойства объектов, внутри представлена как ZVAL.

2. Подробный разбор структуры ZVAL

В PHP 8 структура ZVAL значительно оптимизирована по сравнению с PHP 5. Рассмотрим её основные компоненты:

2.1. Основные поля структуры

// Упрощённое определение zval в PHP 8+
typedef struct _zval_struct {
    zend_value        value;    // Само значение (union)
    union {
        struct {
            ZEND_ENDIAN_LOHI_4(
                zend_uchar    type,         // Тип данных
                zend_uchar    type_flags,   // Флаги типа
                zend_uchar    const_flags,  // Флаги констант
                zend_uchar    reserved      // Зарезервировано
            )
        } v;
        uint32_t type_info;                 // Альтернативное представление
    } u1;
    union {
        uint32_t     var_flags;             // Флаги переменной
        uint32_t     next;                  // Для хэш-таблиц
        uint32_t     cache_slot;            // Кэш
        uint32_t     lineno;                // Номер строки (для AST)
    } u2;
};

2.2. Типы данных (zval.type)

Основные типы, определенные в ядре PHP:

3. Управление памятью и refcount

Механизм подсчёта ссылок (refcount) — ключевой аспект работы ZVAL:

// Пример 1: Простое присваивание
$a = "Hello";  // zval: value="Hello", type=IS_STRING, refcount=1
$b = $a;       // Теперь refcount=2

// Пример 2: Изменение с refcount > 1
$b = "World";  // Создаётся новый zval для $b (copy-on-write)

4. Эволюция ZVAL: PHP 5 vs PHP 8

Сравнение реализации в разных версиях PHP:

5. Практика: отладка ZVAL

Используем xdebug для анализа:

function debug_zval_demo() {
    $var = "Test";
    $ref = &$var;
    xdebug_debug_zval('var');
}
// Выведет: var: (refcount=2, is_ref=1)='Test'

6. Ключевые оптимизации

• Copy-on-Write (COW): Копирование только при изменении
• Interned strings: Хранение одинаковых строк в одном экземпляре
• Immutable массивы: Оптимизация для массивов-констант

В следующей части мы рассмотрим практические примеры работы с ZVAL и разберём тонкости управления памятью.