PHP 7底层设计与源码实现
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1.1 PHP简史与新特性

PHP是一种跨平台开源语言，也是迄今为止最流行的Web开发语言，全球有超过80%的网站由PHP驱动。PHP自1994年由Rasmus Lerdorf创建以来已走过20多年，经历了6个大版本的更迭。下面就来了解PHP简史与PHP 7带来的新特性。

1. PHP简史

PHP最初是作为工具包出现的，作者Rasmus Lerdorf为了在自己的网站上追踪访客开发了PHP的雏形。而后随着功能的增多，作者发布了第一个完整的版本并称之为Personal Home Page Tools。1996年Rasmus Lerdorf发布了2.0版本，这是一个相对完善的版本，不仅可以访问数据库还可以把PHP代码嵌入到HTML页面中。2.0版本吸引了很多开发者，其中包括后来Zend引擎的核心开发者Zeev Suraski和Andi Gutmans。Zeev和Andi加入之后，重写了代码，带来了PHP 3.0。

PHP 3.0强大的可扩展性吸引了更多的开发者加入并提交新的模块。从这个版本开始，PHP被重命名为PHP:Hypertext Preprocessor。2000年夏初，4.0版本发布，Zend引擎正式登场，相比PHP 3.0，最高可以有近10倍的性能提升。此外还支持了更多的Web服务器。这个时候的PHP已经是很流行的编程语言了，但是相对于其他语言还缺乏一些关键特性，例如面向对象、异常处理等。

2004年7月，标志性的PHP 5正式发布，Zend引擎升级到2.0。PHP 5的最大特点是引入了面向对象的全部机制。另外引进了类型提示和异常处理机制，能更有效地处理异常和避免错误。2005年PHP社区发起了PHP 6的项目，主要的目的是为PHP引擎增加Unicode支持，但是由于种种原因，项目最终被取消。这个项目虽然被取消了，但是大量的功能陆续都添加进了PHP 5.x版本，例如命名空间、匿名函数、闭包等特性。

2015年夏天，备受瞩目的PHP 7发布了第一个Alpha版本。之后，经过大概3个Beta版本和8个RC版本，2016年1月PHP 7正式发布。PHP 7是PHP一个非常重要的版本，相对于PHP 5.x版本，有着非常大的革新，尤其是在性能方面。如果读者的网站使用的是PHP 5.x，那么使用PHP 7后几乎将无成本地得到一倍的性能提升。感谢开发者！

下面我们来测试一下PHP 7性能到底提升了多少。本地环境下以相同的编译参数分别安装PHP 5.5.38、PHP 7的第一个正式版本7.0.2和7.1.0版本，在CLI模式下运行PHP源码中的基准测试脚本。

1）测试环境：本地搭建的vagrant虚拟机，操作系统CentOS 7，单核CPU 2.00GHz，内存1GB。

2）基准测试指标：

❑ Time——执行时间，以秒为单位；

❑ %rel, gain——相对于上一版本节省的执行时间；

❑ %abs, gain——与PHP5.5.38相比，脚本节省的执行时间。

测试结果如表1-1所示。

表1-1 测试结果

由上边的测试结果可以看出来，PHP 7.1.0的基准性能几乎是PHP 5.5.38的3倍左右，在开启了opcache的情况下更是达到了4.4倍之多，这是一个非常显著的提升。这些性能提升是如何做到的呢？本书后续的章节将一一介绍。

注意

这里的测试是纯CPU的基准测试，5次运行取平均值，不包括其他方面的测试，在实际的项目或者其他运行环境下可能有所差异。

2. PHP 7新特性

PHP 7除了在性能方面有极大提升外，还添加了很多新的特性，如太空船操作符、标量类型声明、返回值的类型声明、全局的throwable接口、抽象语法树等，下边分别介绍。

（1）太空船操作符

太空船操作符用于比较两个表达式。例如，当$a小于、等于或大于$b时，它分别返回-1、0或1。比较的原则沿用PHP的常规比较规则进行。

    <? php
    // 整数
    echo 1 <=> 1; // 0
    echo 1 <=> 2; // -1
    echo 2 <=> 1; // 1

    // 浮点数
    echo 1.5 <=> 1.5; // 0
    echo 1.5 <=> 2.5; // -1
    echo 2.5 <=> 1.5; // 1

    // 字符串
    echo "a" <=> "a"; // 0
    echo "a" <=> "b"; // -1
    echo "b" <=> "a"; // 1

（2）标量类型声明和返回值的类型声明

PHP 7可以对下面几种类型的参数做声明：字符串（string）、整型（int）、浮点型（float）以及布尔型（bool）。注意参数类型声明不受制于默认模式和严格模式。默认模式下，当传入的参数不符合声明类型时，会首先尝试转换类型；而严格模式下，则直接报错。

例如下面的代码：

    <? php
    declare(strict_types=1); // strict_types=1表示开启严格模式
    function sumOfInts(int ...$ints)
    {
        return array_sum($ints);
    }
    var_dump(sumOfInts(2, '3.1', 4.1));
    // 运行结果：
    // Fatal error: Uncaught TypeError: Argument 2 passed to sumOfInts() must be of
        the type integer, string given…

当注释掉第二行代码，程序才可以正常运行——PHP会首先尝试把’3.1’转为int型的3，然后再执行。（注意：这里的类型转换仅受制于可转换的类型，例如不能把’a’转为int型。）但是当开启严格模式后，代码会直接报错。因为函数的参数被声明为int型，但是传入的参数中包含一个string型和一个float型。

修改上面代码，再来看看返回值类型受限制的情况：

    <? php
    declare(strict_types=1);
    function sumOfInts(int ...$ints) : int
    {
        return array_sum($ints);
    }
    var_dump(sumOfInts(2, 3, 4));
    // 运行结果
    // int(9)

这段代码额外声明了返回值的类型为int型。如果返回值的类型不是int型，在默认模式下，PHP会首先尝试转换返回值的类型为int型，如果不能转换，则会直接报错。

PHP 7.1对函数返回值的声明做了扩充，可以定义其返回值为void，无论是否开启严格模式，只要函数中有“return; ”以外的其他return语句都会报错。

注意：参数类型不可以是void。

    <? php
    declare(strict_types=1);
    function sumOfInts(int ...$ints) : void
    {
        // return array_sum($ints);
        // return null;
        return;
    }
    var_dump(sumOfInts(2, 3, 4));
    // 运行结果：
    // NULL

PHP 7.1.0对参数类型和返回值类型还有进一步的支持，其类型可以是可空类型，在参数或返回值类型声明前边加上“? ”，表示返回值要么是null，要么是声明的类型：

    <? php
    declare(strict_types=1);
    function test(? int $a): ? int
    {
        return $a;
    }
    var_dump(test(null)); // NULL
    var_dump(test(1)); // 1
    var_dump(test('a')); // ERROR

（3）null合并操作符

在PHP 7之前，人们经常会写这样的代码：

    <? php
    $page = isset($_GET['page']) ? $_GET['page'] : 0;

PHP 7提供了一个新的语法糖“? ? ”，如果变量存在且值不为null，它会返回自身的值，否则返回它的第二个操作数。可以这样改写代码：

    <? php
    $page = $_GET['page'] ? ? 0;

当代码中有连续的三元运算符的时候还可以像下边这样写：

    <? php
    $page = $_GET['page'] ? ? $_POST['page'] ? ? 0;

看起来是不是简化了很多？

（4）常量数组

在PHP 7之前是无法通过define来定义一个数组常量的，PHP 7支持了这个操作：

    <? php
    define('ANIMALS', [
        'dog',
        'cat',
        'bird'
    ]);

（5）namespace批量导入

在PHP 7之前，如果要导入一个namespace下的多个class，我们需要这样写：

    <? php
    use Space\ClassA;
    use Space\ClassB;
    use Space\ClassC as C;

在PHP 7中支持批量导入：

    <? php
    use Space\{ClassA, ClassB, ClassC as C};

（6）throwable接口

在PHP 7之前，如果代码中有语法错误，或者fatal error时，程序会直接报错退出，但是在PHP 7中有了改变。PHP 7实现了全局throwable接口，原来的Exception和部分Error实现了该接口。这种Error可以像Exception一样被第一个匹配的try / catch块捕获。如果没有匹配的catch块，则调用异常处理函数进行处理。如果尚未注册异常处理函数，则按照传统方式处理（fatal error）。

Error类并非继承自Exception类，所以不能用catch (Exception $e) { ... } 来捕获Error。可以用catch (Error $e) { ... }，或者通过注册异常处理函数（set_exception_handler()）来捕获Error：

    <? php
    try {
        undefindfunc();
    } catch (Error $e) {
        var_dump($e);
    }

    // 或者
    set_exception_handler(function($e){
        var_dump($e);
    });
    undefindfunc();

（7）Closure::call()

在PHP 7之前，我们需要动态地给一个对象添加方法时，可以通过Closure来复制一个闭包对象，并绑定到一个$this对象和类作用域：

    <? php
    class Test {
    private $num = 1;
    }

    $f = function() {
    return $this->num + 1;
    };

    $test = $f->bindTo(new Test, 'Test');
    echo $test();
    // 2

在PHP 7中新添加了Closure::call()，可以通过call来暂时绑定一个闭包对象到$this对象并调用它：

    <? php
    class Test {
        private $num = 1;
    }

    $f = function() {
        return $this->num + 1;
    };

    echo $f->call(new Test);
    // 2

（8）intdiv函数

PHP 7还增加了一个新的整除函数，在代码中不需要再手动转了：

    <? php
    // var_dump(intval(10 / 3));
    var_dump(intdiv(10, 3));

（9）list的方括号写法

我们知道可以通过list来实现解构赋值，如下：

    <? php
    $arr = [1, 2, 3];
    list($a, $b, $c) = $arr;

PHP 7.1.0对其做了进一步的优化，可以将其写成如下方式：

    <? php
    $arr = [1, 2, 3];
    [$a, $b, $c] = $arr;

注意：这里的[]并不是数组的意思，只是list的简略形式。

除了上文这些，PHP7还有很多其他的改变和特性。例如，foreach遍历数组时不再修改内部指针、移除了ASP和script PHP标签、移除了$HTTP_RAW_POST_DATA、匿名类、类常量可见性等，读者可以自行尝试。

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