变量
变量有两个组成部分：变量名、变量值，PHP中可以将其对应为：zval、zend_value，PHP中变量的内存是通过引用计数进行管理的，而且PHP7中引用计数是在zend_value而不是zval上，变量之间的传递、赋值通常也是针对zend_value。
PHP中可以通过$关键词定义一个变量：$a;，在定义的同时可以进行初始化：$a = "hi~";，注意这实际是两步：定义、初始化，只定义一个变量也是可以的，可以不给它赋值。
结构
在./Zend/zend_types.h中定义了变量的结构：
typedef struct _zval_struct zval;
typedef union _zend_value {
zend_long lval; /* long value */ //int整型
double dval; /* double value */ //浮点型
zend_refcounted *counted;
zend_string *str; //string字符串
zend_array *arr; //array数组
zend_object *obj; //object对象
zend_resource *res; //resource资源类型
zend_reference *ref; //引用类型，通过&$var_name定义的
zend_ast_ref *ast; //下面几个都是内核使用的value
zval *zv;
void *ptr;
zend_class_entry *ce;
zend_function *func;
struct {
uint32_t w1;
uint32_t w2;
} ww;
} zend_value;
struct _zval_struct {
zend_value value; /* value */ //变量实际的value
union {
struct {
ZEND_ENDIAN_LOHI_4( //为了兼容大小字节序，小字节序就是下面的顺序，大字节序则下面4个顺序翻转
zend_uchar type, /* active type */ //变量类型
zend_uchar type_flags, //类型掩码，不同的类型会有不同的几种属性，内存管理会用到
zend_uchar const_flags,
zend_uchar reserved) /* call info for EX(This) */ //call info，zend执行流程会用到
} v;
uint32_t type_info; //上面4个值的组合值，可以直接根据type_info取到4个对应位置的值
} u1;
union {
uint32_t next; /* hash collision chain */ //哈希表中解决哈希冲突时用到
uint32_t cache_slot; /* literal cache slot */
uint32_t lineno; /* line number (for ast nodes) */
uint32_t num_args; /* arguments number for EX(This) */
uint32_t fe_pos; /* foreach position */
uint32_t fe_iter_idx; /* foreach iterator index */
uint32_t access_flags; /* class constant access flags */
uint32_t property_guard; /* single property guard */
uint32_t extra; /* not further specified */
} u2; //一些辅助值
};
zval结构是内嵌的三个union类型：
zend_value：保存具体变量类型的值或指针u1：变量的类型就通过u1.v.type区分，另外一个值type_flags为类型掩码，在变量的内存管理、gc机制中会用到。u2：是个辅助值，假如zval只有:value、u1两个值，整个zval的大小也会对齐到16byte，既然不管有没有u2大小都是16byte，把多余的4byte拿出来用于一些特殊用途还是很划算的，比如next在哈希表解决哈希冲突时会用到，还有fe_pos在foreach会用到。
从zend_value可以看出，除long、double类型直接存储值外，其它类型都为指针，指向各自的结构。
类型
zval.u1.type类型：
/* regular data types */
#define IS_UNDEF 0
#define IS_NULL 1
#define IS_FALSE 2
#define IS_TRUE 3
#define IS_LONG 4
#define IS_DOUBLE 5
#define IS_STRING 6
#define IS_ARRAY 7
#define IS_OBJECT 8
#define IS_RESOURCE 9
#define IS_REFERENCE 10
/* constant expressions */
#define IS_CONSTANT 11
#define IS_CONSTANT_AST 12
/* fake types */
#define _IS_BOOL 13
#define IS_CALLABLE 14
#define IS_ITERABLE 19
#define IS_VOID 18
/* internal types */
#define IS_INDIRECT 15
#define IS_PTR 17
#define _IS_ERROR 20
标量类型
最简单的类型是true、false、long、double、null，其中true、false、null没有value，直接根据type区分，而long、double的值则直接存在value中：zend_long、double，也就是标量类型不需要额外的value指针。
字符串
PHP中字符串通过zend_string表示:
typedef struct _zend_string zend_string;
struct _zend_string {
zend_refcounted_h gc; //变量引用信息，比如当前value的引用数，所有用到引用计数的变量类型都会有这个结构
zend_ulong h; /* hash value */ //哈希值，数组中计算索引时会用到
size_t len; //字符串长度，通过这个值保证二进制安全
char val[1]; //字符串内容，变长struct，分配时按len长度申请内存
};
字符串又可具体分为几类：IS_STR_PERSISTENT(通过malloc分配的)、IS_STR_INTERNED(php代码里写的一些字面量，比如函数名、变量值)、IS_STR_PERMANENT(永久值，生命周期大于request)、IS_STR_CONSTANT(常量)、IS_STR_CONSTANT_UNQUALIFIED，这个信息通过flag保存：zval.value->gc.u.flags。
数组
array是PHP中非常强大的一个数据结构，它的底层实现就是普通的有序HashTable，看下它的结构：
typedef struct _zend_array HashTable;
struct _zend_array {
zend_refcounted_h gc; //引用计数信息，与字符串相同
union {
struct {
ZEND_ENDIAN_LOHI_4(
zend_uchar flags,
zend_uchar nApplyCount,
zend_uchar nIteratorsCount,
zend_uchar consistency)
} v;
uint32_t flags;
} u;
uint32_t nTableMask; //计算bucket索引时的掩码
Bucket *arData; //bucket数组
uint32_t nNumUsed; //已用bucket数
uint32_t nNumOfElements; //已有元素数，nNumOfElements <= nNumUsed，因为删除的并不是直接从arData中移除
uint32_t nTableSize; //数组的大小，为2^n
uint32_t nInternalPointer; //数值索引
zend_long nNextFreeElement;
dtor_func_t pDestructor;
};
对象/资源
对象比较常见，资源指的是tcp连接、文件句柄等等类型，这种类型比较灵活，可以随意定义struct，通过ptr指向。
struct _zend_object {
zend_refcounted_h gc;
uint32_t handle; // TODO: may be removed ???
zend_class_entry *ce;
const zend_object_handlers *handlers;
HashTable *properties;
zval properties_table[1];
};
struct _zend_resource {
zend_refcounted_h gc;
int handle; // TODO: may be removed ???
int type;
void *ptr;
};
引用
引用是PHP中比较特殊的一种类型，它实际是指向另外一个PHP变量，对它的修改会直接改动实际指向的zval，可以简单的理解为C中的指针，在PHP中通过&操作符产生一个引用变量，也就是说不管以前的类型是什么，&首先会创建一个zend_reference结构，其内嵌了一个zval，这个zval的value指向原来zval的value(如果是布尔、整形、浮点则直接复制原来的值)，然后将原zval的类型修改为IS_REFERENCE，原zval的value指向新创建的zend_reference结构。
struct _zend_reference {
zend_refcounted_h gc;
zval val;
};
结构非常简单，除了公共部分zend_refcounted_h外只有一个val。
$a = "time:" . time(); //$a -> zend_string_1(refcount=1)
$b = &$a; //$a,$b -> zend_reference_1(refcount=2) -> zend_string_1(refcount=1)
$a = "time:" . time(); //$a -> zend_string_1(refcount=1)
$b = &$a; //$a,$b -> zend_reference_1(refcount=2) -> zend_string_1(refcount=1)
$c = &$b;/*或$c = &$a*/ //$a,$b,$c -> zend_reference_1(refcount=3) -> zend_string_1(refcount=1)
PHP中的 引用只可能有一层 ，不会出现一个引用指向另外一个引用的情况 ，也就是没有C语言中指针的指针的概念。
内存管理
在分析变量内存管理之前我们先自己想一下可能的实现方案，最简单的处理方式：定义变量时alloc一个zval及对应的value结构(ref/arr/str/res...)，赋值、函数传参时硬拷贝一个副本，这样各变量最终的值完全都是独立的，不会出现多个变量同时共用一个value的情况，在执行完以后直接将各变量及value结构free掉。
这种方式是可行的，而且内存管理也很简单，但是，硬拷贝带来的一个问题是效率低，比如我们定义了一个变量然后赋值给另外一个变量，可能后面都只是只读操作，假如硬拷贝的话就会有多余的一份数据，这个问题的解决方案是：引用计数+写时复制。PHP变量的管理正是基于这两点实现的。
引用计数
引用计数是指在value中增加一个字段refcount记录指向当前value的数量，变量复制、函数传参时并不直接硬拷贝一份value数据，而是将refcount++，变量销毁时将refcount--，等到refcount减为0时表示已经没有变量引用这个value，将它销毁即可。
$a = "time:" . time(); //$a -> zend_string_1(refcount=1)
$b = $a; //$a,$b -> zend_string_1(refcount=2)
$c = $b; //$a,$b,$c -> zend_string_1(refcount=3)
unset($b); //$b = IS_UNDEF $a,$c -> zend_string_1(refcount=2)
引用计数的信息位于给具体value结构的gc中：
typedef struct _zend_refcounted_h {
uint32_t refcount; /* reference counter 32-bit */
union {
struct {
ZEND_ENDIAN_LOHI_3(
zend_uchar type,
zend_uchar flags, /* used for strings & objects */
uint16_t gc_info) /* keeps GC root number (or 0) and color */
} v;
uint32_t type_info;
} u;
} zend_refcounted_h;
从上面的zendvalue结构可以看出并不是所有的数据类型都会用到引用计数，long、double直接都是硬拷贝，只有value是指针的那几种类型才_可能会用到引用计数。
下面再看一个例子：
$a = "hi~";
$b = $a; //$a,$b -> zend_string_1(refcount=0,val="hi~")
gdb调试发现上面例子zend_string的引用计数为0。
事实上并不是所有的PHP变量都会用到引用计数，标量：true/false/double/long/null是硬拷贝自然不需要这种机制，但是除了这几个还有两个特殊的类型也不会用到，interned string(内部字符串，就是上面提到的字符串flag：IS_STR_INTERNED)、immutable array，它们的type是IS_STRING、IS_ARRAY，与普通string、array类型相同，那怎么区分一个value是否支持引用计数呢？还记得zval.u1中那个类型掩码type_flag吗？正是通过这个字段标识的，这个字段除了标识value是否支持引用计数外还有其它几个标识位，按位分割，注意：type_flag与zval.value->gc.u.flag不是一个值。
支持引用计数的value类型其zval.u1.type_flag包含 (注意是&，不是等于)IS_TYPE_REFCOUNTED：
#define IS_TYPE_REFCOUNTED (1<<2)
下面具体列下哪些类型会有这个标识：
| type | refcounted |
+----------------+------------+
|simple types | |
|string | Y |
|interned string | |
|array | Y |
|immutable array | |
|object | Y |
|resource | Y |
|reference | Y |
simple types很显然用不到，不再解释，string、array、object、resource、reference有引用计数机制也很容易理解，下面具体解释下另外两个特殊的类型：
interned string： 内部字符串，这是种什么类型？我们在PHP中写的所有字符都可以认为是这种类型，比如function name、class name、variable name、静态字符串等等，我们这样定义:$a = "hi~";后面的字符串内容是唯一不变的，这些字符串等同于C语言中定义在静态变量区的字符串：char *a = "hi~";，这些字符串的生命周期为request期间，request完成后会统一销毁释放，自然也就无需在运行期间通过引用计数管理内存。
immutable array： 只有在用opcache的时候才会用到这种类型，不清楚具体实现，暂时忽略。
写时复制
上一小节介绍了引用计数，多个变量可能指向同一个value，然后通过refcount统计引用数，这时候如果其中一个变量试图更改value的内容则会重新拷贝一份value修改，同时断开旧的指向，写时复制的机制在计算机系统中有非常广的应用，它只有在必要的时候(写)才会发生硬拷贝，可以很好的提高效率，下面从示例看下：
$a = array(1,2);
$b = &$a;
$c = $a;
//发生分离
$b[] = 3;
不是所有类型都可以copy的，比如对象、资源，实时上只有string、array两种支持，与引用计数相同，也是通过zval.u1.type_flag标识value是否可复制的：
#define IS_TYPE_COPYABLE (1<<4)
| type | copyable |
+----------------+------------+
|simple types | |
|string | Y |
|interned string | |
|array | Y |
|immutable array | |
|object | |
|resource | |
|reference | |
copyable 的意思是当value发生duplication时是否需要或者能够copy，这个具体有两种情形下会发生：
- 从 literal变量区 复制到 局部变量区 ，比如：
$a = [];实际会有两个数组，而$a = "hi~";//interned string则只有一个string - 局部变量区分离时(写时复制)：如改变变量内容时引用计数大于1则需要分离，
$a = [];$b = $a; $b[] = 1;这里会分离，类型是array所以可以复制，如果是对象：$a = new user;$b = $a;$a->name = "dd";这种情况是不会复制object的，$a、$b指向的对象还是同一个
变量回收
PHP变量的回收主要有两种：主动销毁、自动销毁。主动销毁指的就是 unset ，而自动销毁就是PHP的自动管理机制，在return时减掉局部变量的refcount，即使没有显式的return，PHP也会自动给加上这个操作，另外一个就是写时复制时会断开原来value的指向，这时候也会检查断开后旧value的refcount。
垃圾回收
PHP变量的回收是根据refcount实现的，当unset、return时会将变量的引用计数减掉，如果refcount减到0则直接释放value，这是变量的简单gc过程，但是实际过程中出现gc无法回收导致内存泄漏的bug，先看下一个例子：
$a = [1];
$a[] = &$a;
unset($a);
unset($a)之前引用关系：
unset($a)之后：
可以看到，unset($a)之后由于数组中有子元素指向$a，所以refcount > 0，无法通过简单的gc机制回收，这种变量就是垃圾，垃圾回收器要处理的就是这种情况，目前垃圾只会出现在array、object两种类型中，所以只会针对这两种情况作特殊处理：当销毁一个变量时，如果发现减掉refcount后仍然大于0，且类型是IS_ARRAY、IS_OBJECT则将此value放入gc可能垃圾双向链表中，等这个链表达到一定数量后启动检查程序将所有变量检查一遍，如果确定是垃圾则销毁释放。
标识变量是否需要回收也是通过u1.type_flag区分的：
#define IS_TYPE_COLLECTABLE
| type | collectable |
+----------------+-------------+
|simple types | |
|string | |
|interned string | |
|array | Y |
|immutable array | |
|object | Y |
|resource | |
|reference | |