PHP 數組遍歷順序理解

比如: <?php
$arr['laruence'] = 'huixinchen';
$arr['yahoo']    = 2007;
$arr['baidu']    = 2008;
foreach ($arr as $key => $val) {
//結果是什麼?
}

又比如:

<?php
$arr[2] = 'huixinchen';
$arr[1]  = 2007;
$arr[0]  = 2008;
foreach ($arr as $key => $val) {
//現在結果又是什麼?
}

要完全了解清楚這個問題, 我想首先應該要大家了解PHP數組的內部實現結構………

PHP的數組

在PHP中, 數組是用一種HASH結構(HashTable)來實現的, PHP使用了一些機制, 使得可以在O(1)的時間復雜度下實現數組的增刪, 並同時支持線性遍歷和隨機訪問.

之前的文章中也討論過, PHP的HASH算法, 基於此, 我們做進一步的延伸.

認識HashTable之前, 首先讓我們看看HashTable的結構定義, 我加了注釋方便大家理解:

typedef struct _hashtable {
uint nTableSize;        /* 散列表大小, Hash值的區間 */
uint nTableMask;        /* 等於nTableSize -1, 用於快速定位 */
uint nNumOfElements;    /* HashTable中實際元素的個數 */
ulong nNextFreeElement; /* 下個空閒可用位置的數字索引 */
Bucket *pInternalPointer;   /* 內部位置指針, 會被reset, current這些遍歷函數使用 */
Bucket *pListHead;      /* 頭元素, 用於線性遍歷 */
Bucket *pListTail;      /* 尾元素, 用於線性遍歷 */
Bucket **arBuckets;     /* 實際的存儲容器 */
dtor_func_t pDestructor;/* 元素的析構函數(指針) */
zend_bool persistent;
unsigned char nApplyCount; /* 循環遍歷保護 */
zend_bool bApplyProtection;
#if ZEND_DEBUG
int inconsistent;
#endif
} HashTable;

關於nApplyCount的意義, 我們可以通過一個例子來了解:

<?php
    $arr = array(1,2,3,4,5,);
    $arr[] = &$arr;

    var_export($arr); //Fatal error: Nesting level too deep - recursive dependency?

這個字段就是為了防治循環引用導致的無限循環而設立的.

查看上面的結構, 可以看出, 對於HashTable, 關鍵元素就是arBuckets了, 這個是實際存儲的容器, 讓我們來看看它的結構定義:

typedef struct bucket {
ulong h;                        /* 數字索引/hash值 */
uint nKeyLength;                /* 字符索引的長度 */
void *pData;                    /* 數據 */
void *pDataPtr;                 /* 數據指針 */
struct bucket *pListNext;               /* 下一個元素, 用於線性遍歷 */
struct bucket *pListLast;       /* 上一個元素, 用於線性遍歷 */
struct bucket *pNext;                   /* 處於同一個拉鏈中的下一個元素 */
struct bucket *pLast;                   /* 處於同一拉鏈中的上一個元素 */
char arKey[1]; /* 節省內存,方便初始化的技巧 */
} Bucket;

我們注意到, 最後一個元素, 這個是flexible array技巧, 可以節省內存,和方便初始化的一種做法, 有興趣的朋友可以google flexible array.

h是元素的Hash值,對於數字索引的元素,h為直接索引值(通過nKeyLength=0來表示是數字索引).對於數字索引來說, 索引值保存在arKey中, 索引的長度保存在nKeyLength中.

在Bucket中，實際的數據是保存在pData指針指向的內存塊中，通常這個內存塊是系統另外分配的。但有一種情況例外，就是當Bucket保存 的數據是一個指針時，HashTable將不會另外請求系統分配空間來保存這個指針，而是直接將該指針保存到pDataPtr中，然後再將pData指向本結構成員的地址。這樣可以提高效率，減少內存碎片。由此我們可以看到PHP HashTable設計的精妙之處。如果Bucket中的數據不是一個指針，pDataPtr為NULL(本段來自Altair的”Zend HashTable詳解”)

結合上面的HashTable結構, 我們來說明下HashTable的總結構圖:

HashTable結構示意圖

HashTable的pListhHead指向線性列表形式下的第一個元素, 上圖中是元素1, pListTail指向的是最後一個元素0, 而對於每一個元素pListNext就是紅色線條畫出的線性結構的下一個元素, 而pListLast是上一個元素.

pInternalPointer指向當前的內部指針的位置, 在對數組進行順序遍歷的時候, 這個指針指明了當前的元素.

當在線性(順序)遍歷的時候, 就會從pListHead開始, 順著Bucket中的pListNext/pListLast, 根據移動pInternalPointer, 來實現對所有元素的線性遍歷.

比如, 對於foreach, 如果我們查看它生成的opcode序列, 我們可以發現, 在foreach之前, 會首先有個FE_RESET來重置數組的內部指針, 也就是pInternalPointer(關於foreach可以參看深入理解PHP原理之foreach), 然後通過每次FE_FETCH來遞增pInternalPointer,從而實現順序遍歷.

類似的, 當我們使用, each/next系列函數來遍歷的時候, 也是通過移動數組的內部指針而實現了順序遍歷, 這裡有一個問題, 比如:

<?php
$arr = array(1,2,3,4,5);
foreach ($arr as $v) {
//可以獲取
}

 
while (list($key, $v) = each($arr)) {
//獲取不到
}
?>

了解到我剛才介紹的知識, 那麼這個問題也就很明朗了, 因為foreach會自動reset, 而while這塊不會reset, 所以在foreach結束以後, pInternalPointer指向數組最末端, while語句塊當然訪問不到了, 解決的辦法就是在each之前, 先reset數組的內部指針.

而在隨機訪問的時候, 就會通過hash值確定在hash數組中的頭指針位置, 然後通過pNext/pLast來找到特點元素.

增加元素的時候, 元素會插在相同Hash元素鏈的頭部和線性列表的尾部. 也就是說, 元素在線性遍歷的時候是根據插入的先後順序來遍歷的, 這個特殊的設計使得在PHP中,當使用數字索引時, 元素的先後順序是由添加的順序決定的,而不是索引順序.

也就是說, PHP中遍歷數組的順序, 是和元素的添加先後相關的, 那麼, 現在我們就很清楚的知道, 文章開頭的問題的輸出是:

huixinchen
2007
2008

所以, 如果你想在數字索引的數組中按照索引大小遍歷, 那麼你就應該使用for, 而不是foreach

for($i=0,$l=count($arr); $i<$l; $i++) {
 //這個時候,不能認為是順序遍歷(線性遍歷)
}