【从入门到放弃-PHP】foreach 引用的坑

2021-12-29 20:18:00

背景描述

先看一段代码。

$arr = [
    'jack'  => '20',
    'tom'   => '21',
    'marry' => '54',
    'less'  => '23'
];
foreach ($arr as &$val) {
    echo $val;
}
foreach ($arr as $val) {
    echo $val;
}
print_r($arr);

想一下应该输出什么呢？

运行一下脚本，真实结果和你想的是否一致呢？

在foreach中使用了引用后再次foreach发现$arr['less']的值变成了54，常规理解应该是23才对。

猜测可能是因为使用引用导致该值变为54 但本着知其然更要知其所以然我们一起追一下php源码是什么原因导致的

环境准备

工欲善其事必先利其器，先下载调试工具及源码

安装Visual Studio

下载Visual Studio 2017，并安装
下载地址：https://www.visualstudio.com/zh-hans/downloads/

下载php源码

因神马前端目前使用php7.0，因此下载php7.0的最新版 7.0.27为研究对象
下载地址：http://cn2.php.net/distributions/php-7.0.27.tar.bz2

创建解决方案

根据已有目录生成解决方案

创建成功后如下图所示

源码追踪

词法分析阶段

搜索关键字foreach

可以在zend_language_parser.c 中看到，语法解析时 foreach会当做T_FOREACH

在zend_language_parser.y可以看到语法解析的具体方式

ZEND_AST_FOREACH

查找zend_ast_create

zend_ast.c中：

zend_ast_create 函数是创建一个抽象语法树（abstract syntax tree）返回的zend_ast结构如下：

具体的赋值操作如下：

编译生成opcode

接下来在zend_compile.c中根据抽象语法树生成opcode：

通过上图及语法解析的分析可知，foreach在编译阶段会生成如上图的四个zend_ast节点，分别表示：要遍历的数组或对象expr_ast，要遍历的value value_ast，要遍历的key key_ast，循环体stmt_ast
如：

$arr = [1, 2, 3];
foreach ($arr as $key => $val) {
    echo $val;
}

expr_ast 是可理解为是$arr编译时对应的ast结构
value_ast对应$val
key_ast对应$key
stmt_ast对应"echo $val;"

copy一份要遍历的数组或对象，如果是引用则把原数组或对象设为引用类型

如：

foreach ($arr as $k => $v) {
        echo $v;
}

copy一份$arr用于遍历，从arData的首元素起，把bucket.zval.value赋值给$v,把bucket.h或key赋值给$k，然后将下一个元素的位置记录在zval.u2.fe_iter_idx中，下次遍历从该位置开始,当u2.fe_iter_idex到了arData的末尾则遍历结束并销毁copy的$arr副本

如果$v是引用 则在循环前，将原$arr设置为引用类型 即：

foreach ($arr as $k => &$v) {
    echo $v;
}

编译copy的数组、对象操作的指令：增加一条opcode指令 ZEND_FE_RESET_R（如果value是引用则用ZEND_FE_RESET_RW）。执行时如果发现遍历的不是数组、对象则抛出一个warning，然后跳出循环。
编译fetch数组、对象当前单元key 、value的opcode : ZEND_FE_FETCH_R（如果value是引用则用ZEND_FE_FETCH_RW）。此opcode需要知道当遍历到达数组末尾时跳出遍历的位置。此外还会对key和value分配他们在内存中的位置，如果value不是一CV个变量，还会编译其它操作的opcode
如果定义了key，则会编译一条opcode，对key进行赋值
编译循环体statement
编译跳回遍历开始时的opcode，一次遍历结束后跳到步骤2编译的opcode进行下次遍历
设置步骤1、2两条opcode如果出错要跳到的opcode
结束循环编译ZEND_FE_FREE用于释放1中copy的数组或对象

结论分析

编译后的结构

运行时步骤：

执行ZEND_FE_RESET_R，过程上面已经介绍了；
执行ZEND_FE_FETCH_R，此opcode的操作主要有三个：检查遍历位置是否到达末尾、将数组元素的value赋值给$value、将数组元素的key赋值给一个临时变量(注意与value不同)；
如果定义了key则执行ZEND_ASSIGN，将key的值从临时变量赋值给$key，否则跳到步骤(4)；
执行循环体的statement；
执行ZEND_JMPNZ跳回步骤(2)；
遍历结束后执行ZEND_FE_FREE释放数组。

根据上面的分析可知：赋值的核心操作是ZEND_FE_FETCH_R和ZEND_FE_FETCH_RW

等价关系

最开始举的例子可等价于

$arr = [
    'jack'  => '20',
    'tom'   => '21',
    'marry' => '54',
    'less'  => '23'
];
$val = &$arr['jack'];
$val = &$arr['tom'];
$val = &$arr['marry'];
$val = &$arr['less'];
$val = $arr['jack'];
$val = $arr['tom'];
$val = $arr['marry'];
$val = $arr['less'];
print_r($arr);

等价于：

$arr = [
    'jack'  => '20',
    'tom'   => '21',
    'marry' => '54',
    'less'  => '23'
];
$val = &$arr['less']; (23)
$val = $arr['marry']; (54，并且此时因为引用 $arr['less']也变为54了)
$val = $arr['less']; (54)
print_r($arr);

建议

因此为了避免出现不必要的错误，建议在使用完&后，unset掉变量以取消对地址的引用

思维发散

针对以上情况，如果不取消对变量的引用，而是将数组赋值给一个新的变量再foreach。是否可行？

普通变量的引用

先看一段代码：

<?php
$str = '20';
$c = &$str;
$a = $str;
$c = 30;
var_dump($a);

输出20 没有任何问题

数组整体引用

如果换成数组：

<?php
$arr = [
    'jack'  => '20',
    'tom'   => '21',
    'marry' => '54',
    'less'  => '23'
];
$b = &$arr;
$a = $arr;
$b['jack'] = 30;
var_dump($a);

还是20 符合预期

数组元素引用

但如果这样呢：

<?php
$arr = [
    'jack'  => '20',
    'tom'   => '21',
    'marry' => '54',
    'less'  => '23'
];
$b = &$arr['jack'];
$a = $arr;
$b = 30;
var_dump($a)

值却变成了30

xdebug_debug_zval调试

我们加上xdebug_debug_zval看看发生了什么

<?
$arr = [
    'jack'  => '20',
    'tom'   => '21',
    'marry' => '54',
    'less'  => '23'
];
$b = &$arr;
$a = $arr;
$b['jack'] = 30;
var_dump($a);
xdebug_debug_zval('a');
xdebug_debug_zval('arr');

可以看出，直接引用数组， $b = &$arr,   $arr 的is_ref是1，refcount是2, 给$a = $arr时，发生分离，$a 与$arr指向不同的zval，$b 与 $arr指向相同的zval，因此给$b['jack'] = 30, $a的值不会发生改变

<?
$arr = [
    'jack'  => '20',
    'tom'   => '21',
    'marry' => '54',
    'less'  => '23'
];
$b = &$arr['jack'];
$a = $arr;
$b = 30;
var_dump($a);
xdebug_debug_zval('a');
xdebug_debug_zval('arr')

可以看出，对数组中一个元素引用时，数组的is_ref是0，因为$a = $arr 因此refcount是2  ，指向同一个zval，改变$b的值时，因为$arr['jack']是一个引用，zval的值改变，$a和$arr的zval相同，$a['jack']也变为30

结论

同理可以回答最开始提出的疑问：如果我不取消对变量的引用，而是将数组赋值给一个新的变量再foreach。是否可行？答：不行。

<?
$arr = [
    'jack'  => '20',
    'tom'   => '21',
    'marry' => '54',
    'less'  => '23'
];
foreach ($arr as &$val) {
    echo $val;
}

$a = $arr;

foreach ($a as $val) {
    echo $val;
}
print_r($a);

因为$arr与$a指向同一份zval，还是会出现$a['less'] = 54的结果。因此，在foreach使用完&后，还是unset掉变量 取消对地址的引用再进行下一步操作吧

参考文献：
[https://github.com/pangudashu/php7-internal/blob/master/4/loop.md
](https://github.com/pangudashu/php7-internal/blob/master/4/loop.md)

更多文章见：https://nc2era.com

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