PHP 源代码分析 Zend HashTable详解第1/3页

HashTable在通常的数据结构教材中也称作散列表，哈希表。其基本原理比较简单(如果你对其不熟悉，请查阅随便一本数据结构教材或在网上搜索)，但PHP的实现有其独特的地方。理解了HashTable的数据存储结构，对我们分析PHP的源代码，特别是Zend Engine中的虚拟机的实现时，有很重要的帮助。它可以帮助我们在大脑中模拟一个完整的虚拟机的形象。它也是PHP中其它一些数据结构如数组实现的基础。
Zend HashTable的实现结合了双向链表和向量（数组）两种数据结构的优点，为PHP提供了非常高效的数据存储和查询机制。
Let's begin!
一、 HashTable的数据结构
在Zend Engine中的HashTable的实现代码主要包括zend_hash.h, zend_hash.c这两个文件中。Zend HashTable包括两个主要的数据结构，其一是Bucket（桶）结构，另一个是HashTable结构。Bucket结构是用于保存数据的容器，而HashTable结构则提供了对所有这些Bucket(或桶列)进行管理的机制。
代码如下:
typedef struct bucket {
ulong h; /* Used for numeric indexing */
uint nKeyLength; /* key 长度 */
void *pData; /* 指向Bucket中保存的数据的指针 */
void *pDataPtr; /* 指针数据 */
struct bucket *pListNext; /* 指向HashTable桶列中下一个元素 */
struct bucket *pListLast; /* 指向HashTable桶列中前一个元素 */
struct bucket *pNext; /* 指向具有同一个hash值的桶列的后一个元素 */
struct bucket *pLast; /* 指向具有同一个hash值的桶列的前一个元素 */
char arKey[1]; /* 必须是最后一个成员，key名称*/
} Bucket;

在Zend HashTable中，每个数据元素(Bucket)有一个键名(key)，它在整个HashTable中是唯一的，不能重复。根据键名可以唯一确定HashTable中的数据元素。键名有两种表示方式。第一种方式使用字符串arKey作为键名，该字符串的长度为nKeyLength。注意到在上面的数据结构中arKey虽然只是一个长度为1的字符数组，但它并不意味着key只能是一个字符。实际上Bucket是一个可变长的结构体，由于arKey是Bucket的最后一个成员变量，通过arKey与nKeyLength结合可确定一个长度为nKeyLength的key。这是C语言编程中的一个比较常用的技巧。另一种键名的表示方式是索引方式，这时nKeyLength总是0，长整型字段h就表示该数据元素的键名。简单的来说，即如果nKeyLength=0，则键名为h；否则键名为arKey, 键名的长度为nKeyLength。
当nKeyLength > 0时，并不表示这时的h值就没有意义。事实上，此时它保存的是arKey对应的hash值。不管hash函数怎么设计，冲突都是不可避免的，也就是说不同的arKey可能有相同的hash值。具有相同hash值的Bucket保存在HashTable的arBuckets数组(参考下面的解释)的同一个索引对应的桶列中。这个桶列是一个双向链表，其前向元素，后向元素分别用pLast, pNext来表示。新插入的Bucket放在该桶列的最前面。
在Bucket中，实际的数据是保存在pData指针指向的内存块中，通常这个内存块是系统另外分配的。但有一种情况例外，就是当Bucket保存的数据是一个指针时，HashTable将不会另外请求系统分配空间来保存这个指针，而是直接将该指针保存到pDataPtr中，然后再将pData指向本结构成员的地址。这样可以提高效率，减少内存碎片。由此我们可以看到PHP HashTable设计的精妙之处。如果Bucket中的数据不是一个指针，pDataPtr为NULL。
HashTable中所有的Bucket通过pListNext, pListLast构成了一个双向链表。最新插入的Bucket放在这个双向链表的最后。
注意在一般情况下，Bucket并不能提供它所存储的数据大小的信息。所以在PHP的实现中，Bucket中保存的数据必须具有管理自身大小的能力。
代码如下:
typedef struct _hashtable {
uint nTableSize;
uint nTableMask;
uint nNumOfElements;
ulong nNextFreeElement;
Bucket *pInternalPointer;
Bucket *pListHead;
Bucket *pListTail;
Bucket **arBuckets;
dtor_func_t pDestructor;
zend_bool persistent;
unsigned char nApplyCount;
zend_bool bApplyProtection;
#if ZEND_DEBUG
int inconsistent;
#endif
} HashTable;


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