前言
在任何語(yǔ)言中，函數(shù)都是最基本的組成單元。對(duì)于php的函數(shù)，它具有哪些特點(diǎn)？函數(shù)調(diào)用是怎么實(shí)現(xiàn)的？php函數(shù)的性能如何，有什么使用建議？
本文將從原理出發(fā)進(jìn)行分析結(jié)合實(shí)際的性能測(cè)試嘗試對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行回答，在了解實(shí)現(xiàn)的同時(shí)更好的編寫php程序。同時(shí)也會(huì)對(duì)一些常見(jiàn)的php函數(shù)進(jìn)行介紹。
php函數(shù)的分類
在php中，橫向劃分的話，函數(shù)分為兩大類： user function(用戶函數(shù)) 和internal function（內(nèi)置函數(shù)）。
前者就是用戶在程序中自定義的一些函數(shù)和方法，后者則是php本身提供的各類庫(kù)函數(shù)（比如sprintf、array_push等）。
用戶也可以通過(guò)擴(kuò)展的方法來(lái)編寫庫(kù)函數(shù)，這個(gè)將在后面介紹。
對(duì)于user function，又可以細(xì)分為function（函數(shù)）和method（類方法），本文中將就這三種函數(shù)分別進(jìn)行分析和測(cè)試。
php函數(shù)的實(shí)現(xiàn)
一個(gè)php函數(shù)最終是如何執(zhí)行，這個(gè)流程是怎么樣的呢？
要回答這個(gè)問(wèn)題，我們先來(lái)看看php代碼的執(zhí)行所經(jīng)過(guò)的流程。
從圖1可以看到，php實(shí)現(xiàn)了一個(gè)典型的動(dòng)態(tài)語(yǔ)言執(zhí)行過(guò)程：拿到一段代碼后，經(jīng)過(guò)詞法解析、語(yǔ)法解析等階段后，
源程序會(huì)被翻譯成一個(gè)個(gè)指令(opcodes)，然后ZEND虛擬機(jī)順次執(zhí)行這些指令完成操作。Php本身是用c實(shí)現(xiàn)的，
因此最終調(diào)用的也都是c的函數(shù)，實(shí)際上，我們可以把php看做是一個(gè)c開(kāi)發(fā)的軟件。
通過(guò)上面描述不難看出，php中函數(shù)的執(zhí)行也是被翻譯成了opcodes來(lái)調(diào)用，每次函數(shù)調(diào)用實(shí)際上是執(zhí)行了一條或多條指令。
對(duì)于每一個(gè)函數(shù)，zend都通過(guò)以下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)描述
typedef union _zend_function {
zend_uchar type; /* MUST be the first element of this struct! */
struct {
zend_uchar type; /* never used */
char *function_name;
zend_class_entry *scope;
zend_uint fn_flags;
union _zend_function *prototype;
zend_uint num_args;
zend_uint required_num_args;
zend_arg_info *arg_info;
zend_bool pass_rest_by_reference;
unsigned char return_reference;
} common;
zend_op_array op_array;
zend_internal_function internal_function;
} zend_function;
typedef struct _zend_function_state {
HashTable *function_symbol_table;
zend_function *function;
void *reserved[ZEND_MAX_RESERVED_RESOURCES];
} zend_function_state;
其中：
type標(biāo)明了函數(shù)的類型：用戶函數(shù)、內(nèi)置函數(shù)、重載函數(shù)。
Common中包含函數(shù)的基本信息，包括函數(shù)名，參數(shù)信息，函數(shù)標(biāo)志（普通函數(shù)、靜態(tài)方法、抽象方法）等內(nèi)容。
另外，對(duì)于用戶函數(shù)，還有一個(gè)函數(shù)符號(hào)表，記錄了內(nèi)部變量等，這個(gè)將在后面詳述。
Zend維護(hù)了一個(gè)全局function_table，這是一個(gè)大的hash表。函數(shù)調(diào)用的時(shí)候會(huì)首先根據(jù)函數(shù)名從表中找到對(duì)應(yīng)的zend_function。
當(dāng)進(jìn)行函數(shù)調(diào)用時(shí)候，虛擬機(jī)會(huì)根據(jù)type的不同決定調(diào)用方法， 不同類型的函數(shù)，其執(zhí)行原理是不相同的 。
內(nèi)置函數(shù)
內(nèi)置函數(shù)，其本質(zhì)上就是真正的c函數(shù)，每一個(gè)內(nèi)置函數(shù)，php在最終編譯后都會(huì)展開(kāi)成為一個(gè)名叫zif_xxxx的function，比如我們常見(jiàn)的sprintf，
對(duì)應(yīng)到底層就是zif_sprintf。Zend在執(zhí)行的時(shí)候，如果發(fā)現(xiàn)是內(nèi)置函數(shù)，則只是簡(jiǎn)單的做一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)操作。
Zend提供了一系列的api供調(diào)用，包括參數(shù)獲取、數(shù)組操作、內(nèi)存分配等。內(nèi)置函數(shù)的參數(shù)獲取，通過(guò)zend_parse_parameters方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，
對(duì)于數(shù)組、字符串等參數(shù)，zend實(shí)現(xiàn)的是淺拷貝，因此這個(gè)效率是很高的?？梢赃@樣說(shuō)，對(duì)于php內(nèi)置函數(shù)，其效率和相應(yīng)c函數(shù)幾乎相同，
唯一多了一次轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)用。
內(nèi)置函數(shù)在php中都是通過(guò)so的方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)加載，用戶也可以根據(jù)需要自己編寫相應(yīng)的so，也就是我們常說(shuō)的擴(kuò)展。
ZEND提供了一系列的api供擴(kuò)展使用，下面是mysqli_real_query函數(shù)的C函數(shù)實(shí)現(xiàn)：
php-5.3.8\php-5.3.8\ext\mysqli\mysqli_api.c
PHP_FUNCTION(mysqli_real_query)
{
MY_MYSQL *mysql;
zval *mysql_link;
char *query = NULL;
int query_len;
if (zend_parse_method_parameters(ZEND_NUM_ARGS() TSRMLS_CC, getThis(), "Os", &mysql_link, mysqli_link_class_entry, &query, &query_len) == FAILURE) {
return;
}
MYSQLI_FETCH_RESOURCE_CONN(mysql, &mysql_link, MYSQLI_STATUS_VALID);
MYSQLI_DISABLE_MQ; /* disable multi statements/queries */
if (mysql_real_query(mysql->mysql, query, query_len)) {
MYSQLI_REPORT_MYSQL_ERROR(mysql->mysql);
RETURN_FALSE;
}
if (!mysql_field_count(mysql->mysql)) {
if (MyG(report_mode) & MYSQLI_REPORT_INDEX) {
php_mysqli_report_index(query, mysqli_server_status(mysql->mysql) TSRMLS_CC);
}
}
RETURN_TRUE;
}
用戶函數(shù)
和內(nèi)置函數(shù)相比，用戶通過(guò)php實(shí)現(xiàn)的自定義函數(shù)具有完全不同的執(zhí)行過(guò)程和實(shí)現(xiàn)原理。如前文所述，
我們知道php代碼是被翻譯成為了一條條opcode來(lái)執(zhí)行的，用戶函數(shù)也不例外，實(shí)際中每個(gè)函數(shù)對(duì)應(yīng)到一組opcode，
這組指令被保存在zend_function中。于是，用戶函數(shù)的調(diào)用最終就是對(duì)應(yīng)到一組opcodes的執(zhí)行。
- 局部變量的保存及遞歸的實(shí)現(xiàn)
我們知道，函數(shù)遞歸是通過(guò)堆棧來(lái)完成的。在php中，也是利用類似的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。Zend為每個(gè)php函數(shù)分配了一個(gè)活動(dòng)符號(hào)表(active_sym_table)，
記錄當(dāng)前函數(shù)中所有局部變量的狀態(tài)。所有的符號(hào)表通過(guò)堆棧的形式來(lái)維護(hù)，每當(dāng)有函數(shù)調(diào)用的時(shí)候，分配一個(gè)新的符號(hào)表并入棧。
當(dāng)調(diào)用結(jié)束后當(dāng)前符號(hào)表出棧。由此實(shí)現(xiàn)了狀態(tài)的保存和遞歸。
對(duì)于棧的維護(hù)，zend在這里做了優(yōu)化。預(yù)先分配一個(gè)長(zhǎng)度為N的靜態(tài)數(shù)組來(lái)模擬堆棧，
這種通過(guò)靜態(tài)數(shù)組來(lái)模擬動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的手法在我們自己的程序中也經(jīng)常有使用，這種方式避免了每次調(diào)用帶來(lái)的內(nèi)存分配、銷毀。
ZEND只是在函數(shù)調(diào)用結(jié)束時(shí)將當(dāng)前棧頂?shù)姆?hào)表數(shù)據(jù)clean掉即可。
因?yàn)殪o態(tài)數(shù)組長(zhǎng)度為N，一旦函數(shù)調(diào)用層次超過(guò)N，程序不會(huì)出現(xiàn)棧溢出，這種情況下zend就會(huì)進(jìn)行符號(hào)表的分配、銷毀，因此會(huì)導(dǎo)致性能下降很多。
在zend里面，N目前取值是32。因此，我們編寫php程序的時(shí)候，函數(shù)調(diào)用層次最好不要超過(guò)32。
當(dāng)然，如果是web應(yīng)用，本身可以函數(shù)調(diào)用層次的深度。
- 參數(shù)的傳遞
和內(nèi)置函數(shù)調(diào)用zend_parse_params來(lái)獲取參數(shù)不同，用戶函數(shù)中參數(shù)的獲取是通過(guò)指令來(lái)完成的。函數(shù)有幾個(gè)參數(shù)就對(duì)應(yīng)幾條指令。
具體到實(shí)現(xiàn)上就是普通的變量賦值。
通過(guò)上面的分析可以看出，和內(nèi)置函數(shù)相比，由于是自己維護(hù)堆棧表，而且每條指令的執(zhí)行也是一個(gè)c函數(shù)，用戶函數(shù)的性能相對(duì)會(huì)差很多，
后面會(huì)有具體的對(duì)比分析。因此，如果一個(gè)功能有對(duì)應(yīng)php內(nèi)置函數(shù)實(shí)現(xiàn)的盡量不要自己重新寫函數(shù)去實(shí)現(xiàn)。
類方法
類方法其執(zhí)行原理和用戶函數(shù)是相同的，也是翻譯成opcodes順次調(diào)用。類的實(shí)現(xiàn)，zend用一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)zend_class_entry來(lái)實(shí)現(xiàn)，
里面保存了類相關(guān)的一些基本信息。這個(gè)entry是在php編譯的時(shí)候就已經(jīng)處理完成。
在zend_function的common中，有一個(gè)成員叫做scope，其指向的就是當(dāng)前方法對(duì)應(yīng)類的zend_class_entry。關(guān)于php中面向?qū)ο蟮膶?shí)現(xiàn)，
這里就不在做更詳細(xì)的介紹，今后將專門寫一篇文章來(lái)詳述php中面向?qū)ο蟮膶?shí)現(xiàn)原理。就函數(shù)這一塊來(lái)說(shuō)，method實(shí)現(xiàn)原理和function完全相同，
理論上其性能也差不多，后面我們將做詳細(xì)的性能對(duì)比。
性能對(duì)比
函數(shù)名長(zhǎng)度對(duì)性能的影響
- 測(cè)試方法
對(duì)名字長(zhǎng)度為1、2、4、8、16的函數(shù)進(jìn)行比較，測(cè)試比較它們每秒可執(zhí)行次數(shù)，確定函數(shù)名長(zhǎng)度對(duì)性能的影響
- 結(jié)果分析
從圖上可以看出，函數(shù)名的長(zhǎng)度對(duì)性能還是會(huì)有一定的影響。一個(gè)長(zhǎng)度為1的函數(shù)和長(zhǎng)度為16的 空函數(shù)調(diào)用 ，其性能差了1倍。
分析一下源碼不難找到原因，如前面敘述所說(shuō)，函數(shù)調(diào)用的時(shí)候zend會(huì)先在一個(gè)全局的funtion_table中通過(guò)函數(shù)名查詢相關(guān)信息，
function_table是一個(gè)哈希表。必然的，名字越長(zhǎng)查詢所需要的時(shí)間就越多。
因此，在實(shí)際編寫程序的時(shí)候，對(duì)多次調(diào)用的函數(shù)，名字建議不要太長(zhǎng)
雖然函數(shù)名長(zhǎng)度對(duì)性能有一定影響，但具體有多大呢？這個(gè)問(wèn)題應(yīng)該還是需要結(jié)合實(shí)際情況來(lái)考慮，如果一個(gè)函數(shù)本身比較復(fù)雜的話，
那么對(duì)整體的性能影響并不大。
一個(gè)建議是對(duì)于那些會(huì)調(diào)用很多次，本身功能又比較簡(jiǎn)單的函數(shù)，可以適當(dāng)取一些言簡(jiǎn)意賅的名字。
函數(shù)個(gè)數(shù)對(duì)性能的影響
- 測(cè)試方法
在以下三種環(huán)境下進(jìn)行函數(shù)調(diào)用測(cè)試，分析結(jié)果：1.程序僅包含1個(gè)函數(shù) 2.程序包含100個(gè)函數(shù) 3.程序包含1000個(gè)函數(shù)。
測(cè)試這三種情況下每秒所能調(diào)用的函數(shù)次數(shù)
- 結(jié)果分析
從測(cè)試結(jié)果可以看出，這三種情況下性能幾乎相同，函數(shù)個(gè)數(shù)增加時(shí)性能下降微乎其微，可以忽略。
從實(shí)現(xiàn)原理分析，幾種實(shí)現(xiàn)下唯一的區(qū)別在于函數(shù)獲取的部分。如前文所述，所有的函數(shù)都放在一個(gè)hash表中，
在不同個(gè)數(shù)下查找效率都應(yīng)該還是接近于O(1)，所以性能差距不大。
不同類型函數(shù)調(diào)用消耗
- 測(cè)試方法
選取用戶函數(shù)、類方法、靜態(tài)方法、內(nèi)置函數(shù)各一種，函數(shù)本身不做任何事情，直接返回，主要測(cè)試空函數(shù)調(diào)用的消耗。
測(cè)試結(jié)果為每秒可執(zhí)行次數(shù)
測(cè)試中為去除其他影響，所有函數(shù)名字長(zhǎng)度相同
- 結(jié)果分析
通過(guò)測(cè)試結(jié)果可以看到，對(duì)于用戶自己編寫的php函數(shù)，不管是哪種類型，其效率是差不多的，均在280w/s左右。如我們預(yù)期，即使是空調(diào)，
內(nèi)置函數(shù)其效率也要高很多，達(dá)到780w/s，是前者是3倍。可見(jiàn)，內(nèi)置函數(shù)調(diào)用的開(kāi)銷還是遠(yuǎn)低于用戶函數(shù)。
從前面原理分析可知主要差距在于用戶函數(shù)調(diào)用時(shí)初始化符號(hào)表、接收參數(shù)等操作。
內(nèi)置函數(shù)和用戶函數(shù)性能對(duì)比
- 測(cè)試方法
內(nèi)置函數(shù)和用戶函數(shù)的性能對(duì)比，這里我們選取幾個(gè)常用的函數(shù)，然后用php實(shí)現(xiàn)相同功能的函數(shù)進(jìn)行一下性能對(duì)比。
測(cè)試中，我們選取字符串、數(shù)學(xué)、數(shù)組中各一個(gè)典型進(jìn)行對(duì)比，這幾個(gè)函數(shù)分別是字符串截取(substr)、10進(jìn)制轉(zhuǎn)2進(jìn)制(decbin)、
求最小值(min)和返回?cái)?shù)組中的所以key(array_keys)。
- 結(jié)果分析
從測(cè)試結(jié)果可以看出，如我們預(yù)期，內(nèi)置函數(shù)在總體性能上遠(yuǎn)高于普通用戶函數(shù)。尤其對(duì)于涉及到字符串類操作的函數(shù)，
差距達(dá)到了1個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，函數(shù)使用的一個(gè)原則就是如果某功能有相應(yīng)的內(nèi)置函數(shù)，盡量使用它而不是自己編寫php函數(shù)。
對(duì)于一些涉及到大量字符串操作的功能，為提高性能，可以考慮用擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn)。比如常見(jiàn)的富文本過(guò)濾等。
和C函數(shù)性能對(duì)比
- 測(cè)試方法
我們選取字符串操作和算術(shù)運(yùn)算各3種函數(shù)進(jìn)行比對(duì)，php用擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)。三種函數(shù)是簡(jiǎn)單的一次算法運(yùn)算、字符串比較和多次的算法運(yùn)算。
除了本身的兩類函數(shù)外，還會(huì)測(cè)試將函數(shù)空調(diào)開(kāi)銷去掉后的性能，一方面比對(duì)一下兩種函數(shù)（c和php內(nèi)置）本身的性能差異，
另外就是側(cè)面印證空調(diào)函數(shù)的消耗
測(cè)試點(diǎn)為執(zhí)行10w次操作的時(shí)間消耗
- 結(jié)果分析
內(nèi)置函數(shù)和C函數(shù)的開(kāi)銷在去掉php函數(shù)空調(diào)用的影響后差距較小，隨著函數(shù)功能越來(lái)越復(fù)雜，雙方性能趨近于相同。
這個(gè)從之前的函數(shù)實(shí)現(xiàn)分析中也容易得到論證，畢竟內(nèi)置函數(shù)就是C實(shí)現(xiàn)的。
函數(shù)功能越復(fù)雜，c和php的性能差距越小
相對(duì)c來(lái)說(shuō)，php函數(shù)調(diào)用的開(kāi)銷大很多，對(duì)于簡(jiǎn)單函數(shù)來(lái)說(shuō)性能還是有一定影響。因此php中函數(shù)不宜嵌套封裝太深。
偽函數(shù)及其性能
在php中，有這樣一些函數(shù)，它們?cè)谑褂蒙鲜菢?biāo)準(zhǔn)的函數(shù)用法，但底層實(shí)現(xiàn)卻和真正函數(shù)調(diào)用完全不同，這些函數(shù)不屬于前文提到的三種function中的任何一類，
其實(shí)質(zhì)是一條單獨(dú)的opcode，這里估且叫做偽函數(shù)或者指令函數(shù)。
如上所說(shuō)，偽函數(shù)使用起來(lái)和標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)并無(wú)二致，看起來(lái)具有相同的特征。但是他們最終執(zhí)行的時(shí)候是被zend反映成了一條對(duì)應(yīng)的指令（opcode）來(lái)調(diào)用，
因此其實(shí)現(xiàn)更接近于if、for、算術(shù)運(yùn)算等操作。
- php中的偽函數(shù)
isset
empty
unset
eval
通過(guò)上面的介紹可以看出，偽函數(shù)由于被直接翻譯成指令來(lái)執(zhí)行，和普通函數(shù)相比少了一次函數(shù)調(diào)用所帶來(lái)的開(kāi)銷，因此性能會(huì)更好一些。
我們通過(guò)如下測(cè)試來(lái)做一個(gè)對(duì)比。 Array_key_exists和isset兩者都可以判斷數(shù)組中某個(gè)key是否存在，看一下他們的性能
從圖上可以看出，和array_key_exists相比，isset性能要高出很多，基本是前者的4倍左右，而即使是和空函數(shù)調(diào)用相比，
其性能也要高出1倍左右。由此也側(cè)面印證再次說(shuō)明了php函數(shù)調(diào)用的開(kāi)銷還是比較大的。
總結(jié)及建議
通過(guò)對(duì)函數(shù)實(shí)現(xiàn)的原理分析和性能測(cè)試，我們總結(jié)出以下一些結(jié)論
1． Php的函數(shù)調(diào)用開(kāi)銷相對(duì)較大。
2． 函數(shù)相關(guān)信息保存在一個(gè)大的hash_table中，每次調(diào)用時(shí)通過(guò)函數(shù)名在hash表中查找，因此函數(shù)名長(zhǎng)度對(duì)性能也有一定影響。
3． 函數(shù)返回引用沒(méi)有實(shí)際意義
4． 內(nèi)置php函數(shù)性能比用戶函數(shù)高很多，尤其對(duì)于字符串類操作。
5． 類方法、普通函數(shù)、靜態(tài)方法效率幾乎相同，沒(méi)有太大差異
6． 除去空函數(shù)調(diào)用的影響，內(nèi)置函數(shù)和同樣功能的C函數(shù)性能基本差不多。
7． 所有的參數(shù)傳遞都是采用引用計(jì)數(shù)的淺拷貝，代價(jià)很小。
8． 函數(shù)個(gè)數(shù)對(duì)性能影響幾乎可以忽略
因此，對(duì)于php函數(shù)的使用，有如下一些建議
1． 一個(gè)功能可以用內(nèi)置函數(shù)完成，盡量使用它而不是自己編寫php函數(shù)。
2． 如果某個(gè)功能對(duì)性能要求很高，可以考慮用擴(kuò)展來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3． Php函數(shù)調(diào)用開(kāi)銷較大，因此不要過(guò)分封裝。有些功能，如果需要調(diào)用的次數(shù)很多本身又只用1、2行代碼就行實(shí)現(xiàn)的，建議就不要封裝調(diào)用了。
4． 不要過(guò)分迷戀各種設(shè)計(jì)模式，如上一條描述，過(guò)分的封裝會(huì)帶來(lái)性能的下降。需要考慮兩者的權(quán)衡。Php有自己的特點(diǎn)，
切不可東施效顰，過(guò)分效仿java的模式。
5． 函數(shù)不宜嵌套過(guò)深，遞歸使用要謹(jǐn)慎。
6． 偽函數(shù)性能很高，同等功能實(shí)現(xiàn)下優(yōu)先考慮。比如用isset代替array_key_exists
7． 函數(shù)返回引用沒(méi)有太大意義，也起不到實(shí)際作用，建議不予考慮。
8． 類成員方法效率不比普通函數(shù)低，因此不用擔(dān)心性能損耗。建議多考慮靜態(tài)方法，可讀性及安全性都更好。
9． 如不是特殊需要，參數(shù)傳遞都建議使用傳值而不是傳引用。當(dāng)然，如果參數(shù)是很大的數(shù)組且需要修改時(shí)可以考慮引用傳遞。