深入PHP中的HashTable结构详解

PHP中的HashTable

HashTable是Zend引擎中核心且广泛应用的数据结构，用于存储几乎所有的数据。它巧妙地将链表与散列结合，既实现了快速键-值查询，又方便了线性遍历和排序。

HashTable主要结构定义如下：

```c

typedef struct bucket {

ulong h; // 存储hash值

uint nKeyLength; // key的长度

void pData; // 指向value的指针

void pDataPtr; // 当value较小时，直接存储value的指针

struct bucket pListNext; // 双向链表的下一个元素指针

struct bucket pListLast; // 双向链表的最后一个元素指针

char arKey[1]; // key的存储位置，实际大小根据key的实际长度而定

} Bucket;

typedef struct _hashtable {

uint nTableSize; // 哈希表的大小

uint nTableMask; // 用于hash值到数组下标的转换

uint nNumOfElements; // 哈希表中的元素数量

ulong nNextFreeElement; // 下一个空闲元素的索引

Bucket pInternalPointer; // 用于元素遍历的指针

Bucket pListHead; // 双向链表的头指针

Bucket pListTail; // 双向链表的尾指针

Bucket arBuckets[]; // 存储Bucket的数组

dtor_func_t pDestructor; // 销毁Bucket时调用的函数

zend_bool persistent; // 是否使用C的内存分配例程标志位等其它成员变量。

} HashTable;

```

关于该数据结构的细节：

1. 双向链表的存在意义：HashTable结合了链表和散列的优势。一般的链表散列只需通过key操作即可，但Zend在某些情况下需要从链表散列中删除给定的Bucket。这时，双向链表可以非常高效地实现这一操作。它不仅便于快速查询，而且方便进行线性遍历和排序。

2. nTableMask的作用：这个值用于hash值到arBuckets数组下标的转换。初始化HashTable时，Zend会为arBuckets数组分配不小于用户指定大小的最小2^n大小的内存。nTableMask = nTableSize - 1，这样h & nTableMask就能确保落在正确的数组下标范围内，从而快速定位到对应的Bucket。

4. arKey的大小为什么只有1：arKey是存放key的数组。但实际上，key的长度是可变的。在HashTable的初始化函数中，会为每个Bucket分配足够的内存来存储自己和key。arKey实际上是Bucket中的一个元素，通过它可以访问到真实的key值。这种做法优化了内存使用并提高了访问效率。

HashTable是Zend引擎中巧妙且高效的数据结构，结合了链表和散列的优势，为快速数据访问和遍历提供了可能。在内存管理的世界中，有一种常见的手法被广泛采用，特别是在分配内存时。这种手法会分配比指定大小更大的内存空间，多出的部分被称为“cookie”，用于存储关于这块内存的重要信息，如块大小、前后块的指针等。这种策略在baidu的Transmit程序中得到了应用。

放弃使用指针管理key的做法，其实蕴含着深刻的考虑。这样做可以减少emalloc操作的次数，从而提高Cache命中率。key在大多数情况下是固定不变的，无需担心因为key的变化导致重新分配整个Bucket。这也解释了为何不把value也作为数组分配的原因——因为value是可变的。这种设计旨在优化内存使用和访问效率。

接下来，我们来一下PHP数组与HashTable的关系。关于HashTable中的nNextFreeElement，这是一个关键的元素，它在Zend的HashTable中扮演着重要的角色。当用户使用HashTable时，他们可以指定hash值而忽略key，甚至完全不指定key。在这种情况下，nKeyLength为0。HashTable还支持append操作，此时用户只需提供value，Zend会使用nNextFreeElement作为hash值，并将其递增。尽管这种行为看起来有些不寻常，但这是PHP数组实现的一部分。在关联数组中，key是用户指定的字符串；在非关联数组中，没有key的概念；而在混合使用或进行array_push操作时，nNextFreeElement就派上了用场。至于value，它直接使用了zval这个通用结构，指向的是数据的实际存储位置。

除了数组，HashTable还用于存储其他多种数据，如PHP函数、变量符号、加载的模块和类成员等。变量符号表就像一个关联数组，其key是变量名，value是zval。PHP代码在任何时刻都可以访问两个变量符号表——symbol_table和active_symbol_table。前者存储全局变量，后者则是当前活动的变量符号表，通常是全局符号表。当进入PHP函数时，Zend会创建局部的变量符号表并将active_symbol_table指向它，从而实现局部变量的作用域控制。

我们转向PHP程序的资源管理，特别是内存和文件。PHP程序的特殊性在于它是基于页面的。当页面运行结束时，操作系统或C库可能不会自动回收资源。为了解决这一问题，Zend提供了一套内存分配API，这些API实现了基于页面的自动回收。在编写PHP模块时，应该使用这些API而不是C例程来分配页面内存。Zend还提供了一组宏来替代C库和操作系统的文件API，以支持PHP的虚拟工作目录。在模块代码中应始终使用这些宏以确保资源的正确管理。

内存管理和资源管理在PHP程序中至关重要。理解并正确应用这些概念和技巧对于开发高效、稳定的PHP应用程序至关重要。在PHP源代码的深处，隐藏着一种名为“TSRM/tsrm_virtual_cwd.h”的神秘领域。在这份浩瀚的代码海洋中，我们可以找到许多宏的定义。这些宏，如同科技世界的密码，它们赋予代码生命和力量。仔细观察你会发现，这些宏似乎并不涉及某种特定的“关闭”操作。这是因为它们所服务的对象并非开放的资源，而是关于文件路径的虚拟世界。这里的关闭操作，更多地与已打开的资源有关，因此直接依赖于C语言或操作系统的例程。这就像在现实世界中，关闭一个门扉或窗口的操作，更多地依赖于我们手中的钥匙和锁具本身，而非门扉或窗口的标识。

想象一下，你在阅读一本关于的故事书，书中的者进入了一个神秘的洞穴。这个洞穴中的每一个角落都隐藏着宝藏般的宏定义。这些宏就像洞穴中的宝藏，让开发者能够在编程过程中轻松找到并应用它们。当你仔细这个洞穴时，你可能会发现一些操作并不在这里进行，比如关闭一扇门的操作。因为这个操作并不在洞穴本身进行，而是在你打开的那扇门背后，那个充满资源的世界中进行。同样地，这里的宏并不涉及关闭已打开的资源，而是专注于文件路径的处理和操作。

再来看read和write这样的基本操作。这些操作在编程中扮演着至关重要的角色，它们直接依赖于C语言或操作系统的例程。这就像我们在现实世界中读取书籍或写作文章一样，我们直接进行这些操作，而不需要关心背后复杂的编程世界。这些操作在这里被赋予了直观、易于理解的意义。通过这种方式，开发者可以更加便捷地使用这些宏进行编程工作，无需关心背后复杂的细节。“TSRM/tsrm_virtual_cwd.h”中的宏定义提供了一个关于文件路径处理的强大工具集，开发者可以利用它们构建出更强大的程序。