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  • 数组底层实现

    千次阅读 2018-09-16 14:19:41
    package org.wdzl.array; public class Array { private int[] data; private int size; private int capacity; public Array(int capacity) { data = new int[capacity]; } public Array() { ...

    package org.wdzl.array;

    public class Array {
    private int[] data;
    private int size;
    private int capacity;

    public Array(int capacity) {
        data = new int[capacity];
    }
    public Array() {
        this(10);
    }
    
    public int[] getData() {
        return data;
    }
    public void setData(int[] data) {
        this.data = data;
    }
    public int getSize() {
        return size;
    }
    public void setSize(int size) {
        this.size = size;
    }
    public int getCapacity() {
        return capacity=data.length;
    }
    public void setCapacity(int capacity) {
        this.capacity = capacity;
    }
    //判断是否为空
    public boolean isEmpty() {
        return size==0;
    }
    //添加
    public void addFirst(int e) {
        add(0,e);
    }
    public void addLast(int e) {
        add(size, e);
    }
    public void add(int index,int e) {
        if(index<0 || index>size) {
            throw new IllegalArgumentException("失败");
        }
    
        if(size==data.length) {
            resize(new int[data.length*2]);
        }
        for (int i = size-1; i >= index; i--) {
            data[i+1]=data[i];
        }
        data[index]=e;
        size++;
    }
    //扩容
    public void resize(int[] dataNew) {
    

    // int[] dataNew = null;
    // if(size==data.length) {
    // dataNew = new int[data.length*2];
    // }
    for (int i = 0; i < data.length; i++) {
    dataNew[i] = data[i];
    }
    data = dataNew;
    }
    @Override
    public String toString() {
    StringBuffer bf = new StringBuffer();
    bf.append(‘[‘);
    for (int i = 0; i < size; i++) {
    bf.append(data[i]);
    if(i != size-1) {
    bf.append(‘,’);
    }
    }
    bf.append(‘]’);
    return bf.toString();
    }
    }

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  • js数组底层实现

    2021-01-06 15:56:42
    js数组底层实现 传统意义的数组 传统意义上的数组是插入和删除是很耗费性能的,数组的长度是固定的超出数组初始的长度的时候就会抛出异常,但是查询操作非常的优秀,要增加一个超过数组长度的元素时,需要自行将数组...

    js数组底层实现

    传统意义的数组

    传统意义上的数组是插入和删除是很耗费性能的,数组的长度是固定的超出数组初始的长度的时候就会抛出异常,但是查询操作非常的优秀,要增加一个超过数组长度的元素时,需要自行将数组扩容,再增加该元素。同一个数组中 所有元素的类型必须是一样的。

    快数组

    • 定义:快数组是基于下标就能够快速访问的数据结构即 传统意义上的数组

    慢数组

    • 定义:慢数组的实现是基于HasTable实现的 散列表,能够方便的增加,删除,修改,且能够存放不同类型的元素,由于慢数组使用的是不连续的内存,就没有了内存连续的限制,能够动态的分配内存,就代表着可以方便的增加元素,删除元素,但是在查询方面的性能要低于快数组

    数组转换

    通过其他文章了解到了js数组的底层实现,也知道了js数组不一样的原因,玩过js的都知道js可以存放不同类型的数据,可以像栈一样 先进先出,可以直接push或者unshift一个元素。这些都是和其他类似java, c++,c#等数组不一样的地方。

    通过v8源码得知,js数组在声明的时候如果元素类型不一致时js内部就自动将数组装换为慢数组,在数组中空元素的个数大于1024时也会自动将数组转换为慢数组

    var arr = [1,2];
    arr[1027] = 1;  // 那么就有1025个元素是空元素,这时底层就会将数组转换成慢数组来节约内存
    
    for(let i=0; i< 800; i++){
    
    	arr[i+2] = i;
    }
    // 通过上面的代码填充空元素后 ,满数组就会自动转换成快数组,方便访问数据,当慢数组的元素可存放在快数组中且长度在 smi 之间且仅节省了50%的空间,则会转变为快数组
    smi 在64位计算机中范围是 -2^312^31 - 1
    arr = [1, "a", {}];  // 元素类型不同时也会自动转换为慢元素
    
    //js添加元素
    arr = [];
    arr.push(1); // 在js底层实现中是进行了扩容处理的,并不是表面上看到的这样直接添加到数组末尾的
    // 扩容后的长度 = 旧容量的1.5倍 + 16
    
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  • PHP的数组底层实现

    千次阅读 2017-11-16 10:32:25
    PHP的数组底层实现 转载 2015年04月24日 20:28:38 1500 PHP的数组底层是怎么实现的? 数组本质上是一个哈希表(HashTable,定义在$PHP_SOURCE_ROOT\\Zend\\zend_hash.h)。具体实现可以...

    PHP的数组底层实现

    转载  2015年04月24日 20:28:38

    PHP的数组底层是怎么实现的?

    数组本质上是一个哈希表(HashTable,定义在$PHP_SOURCE_ROOT\\Zend\\zend_hash.h)。具体实现可以查看 $PHP_SOURCE_ROOT\\ext\\standard\\array.c 和 $PHP_SOURCE_ROOT\\Zend\\ZendAPI.c 。


    PHP之所以发现这么迅速,有很大原因是因为数组数据非常好处理,而且它可以存储其他类型的数据
    数组的值存储在zvalue_value.ht字段中,ht是一个HashTable的数据
    有关于HashTable的知识请移步 >> HASH表和变量
    我们来详细说一下数组
    PHP里面所有的数据都离不开zval和HashTable,
    一个PHP很简单的数组初始化,
    在C语言里面实现的却没有那么简单.
    经过简单分析,找到数组的初始化的opcode
    在Zend/zend_vm_execute.h文件中

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    static int  ZEND_FASTCALL  ZEND_INIT_ARRAY_SPEC_CV_CONST_HANDLER(ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS)
    {
             zend_op *opline = EX(opline);
     
             array_init(&EX_T(opline->result.u.var).tmp_var);  //分配数组内存空间,初始化
             if (IS_CV == IS_UNUSED) {
                     ZEND_VM_NEXT_OPCODE();
    #if 0 || IS_CV != IS_UNUSED
             else {
                     return ZEND_ADD_ARRAY_ELEMENT_SPEC_CV_CONST_HANDLER(ZEND_OPCODE_HANDLER_ARGS_PASSTHRU);
    #endif        }
    }


    初始化数组的函数是 array_init
    看看它的定义

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    ZEND_API  int _array_init(zval *arg, uint size ZEND_FILE_LINE_DC)  /* {{{ */
    {
             ALLOC_HASHTABLE_REL(Z_ARRVAL_P(arg));  //分配内存
     
             _zend_hash_init(Z_ARRVAL_P(arg), size, NULL, ZVAL_PTR_DTOR, 0 ZEND_FILE_LINE_RELAY_CC);
             Z_TYPE_P(arg) = IS_ARRAY;  //类型为数组
             return SUCCESS;
    }

    看到没有,Hash表初始化函数_zend_hash_init
    如果对Hash表不清楚 ,猛点这里>>PHP内核研究第二步:HASH表和变量

    下面我们实验一下,
    用扩展创建一个空数组,然后用PHP var_dump;
    至于如何扩展PHP这里不谈
    关键代码

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    PHP_FUNCTION(confirm_siren_compiled)
    {
             zval *value;
             MAKE_STD_ZVAL(value);
             array_init(value);
             ZEND_SET_SYMBOL(EG(active_symbol_table), "siren" ,value);

    PHP执行代码

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    <!--?php dl( "siren.so" ); confirm_siren_compiled(1); var_dump($siren); ?-->

    用命令执行 输出
    s# /usr/local/php53/bin/php test.php
    array(0) {
    }
    我们成功创建了一个空数组,如果看过 变量那一章的内容,应该会明白confirm_siren_compiled都做了什么
    不懂的话 猛击>>PHP内核研究第二步:HASH表和变量

    但是创建一个空数组 ,是没有意义的,如何添加键,值?
    添加一个元素的关键代码

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    PHP_FUNCTION(confirm_siren_compiled)
    {
             zval *value;
             zval *element;
             char *s= "this is a value" ;
             char *key= "a" ;
             MAKE_STD_ZVAL(element);
             MAKE_STD_ZVAL(value);
             array_init(value);
             ZVAL_STRING(element,s, strlen (s));
             zend_hash_update(value->value.ht,key, strlen (key)+1,( void *)&element, sizeof (zval*),NULL);
             ZEND_SET_SYMBOL(EG(active_symbol_table), "siren" ,value);
    }

    执行PHP 结果如下
    s# /usr/local/php53/bin/php test.php
    array(1) {
    ["a"]=>
    string(15) “this is a value”
    }
    zend_hash_update只是给数组添加元素的一种方法 ..
    还有很多API可以用,

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    函数                                                                   说明
    add_assoc_long(zval *array,  char *key,  long n);    添加一个长整型元素。
    add_assoc_unset(zval *array,  char *key);             添加一个 unset 元素。
    add_assoc_bool(zval *array,  char *key,  int b);       添加一个布尔值。
    add_assoc_resource(zval *array,  char *key,  int r); 添加一个资源。
    add_assoc_double(zval *array,  char *key,  double d); 添加一个浮点值。
    add_assoc_string(zval *array,  char *key,  char *str,  int duplicate); 添加一个字符串。duplicate 用于表明这个字符串是否要被复制到 Zend 的内部内存。
    add_assoc_stringl(zval *array,  char *key,  char *str, uint length,  int duplicate); 添加一个指定长度的字符串。其余跟add_assoc_string () 相同。
    add_assoc_zval(zval *array,  char *key, zval *value); 添加一个 zval 结构。 这在添加另外一个数组、对象或流等数据时会很有用
    add_index_long(zval *array, uint idx,  long n); 添加一个长整型元素。
    add_index_unset(zval *array, uint idx); 添加一个 unset 元素。
    add_index_bool(zval *array, uint idx,  int b); 添加一个布尔值。
    add_index_resource(zval *array, uint idx,  int r); 添加一个资源。
    add_index_double(zval *array, uint idx,  double d); 添加一个浮点值。
    add_index_string(zval *array, uint idx,  char *str,  int duplicate); 添加一个字符串。duplicate 用于表明这个字符串是否要被复制到 Zend 的内部内存。
    add_index_stringl(zval *array, uint idx,  char *str, uint length,  int duplicate); 添加一个指定长度的字符串。其余跟add_index_string () 相同。
    add_index_zval(zval *array, uint idx, zval *value); 添加一个 zval 结构。 这在添加另外一个数组、对象或流等数据时会很有用。
    add_next_index_long(zval *array,  long n); 添加一个长整型元素。
    add_next_index_unset(zval *array); 添加一个 unset 元素。
    add_next_index_bool(zval *array,  int b); 添加一个布尔值。
    add_next_index_resource(zval *array,  int r); 添加一个资源。
    add_next_index_double(zval *array,  double d); 添加一个浮点值。
    add_next_index_string(zval *array,  char *str,  int duplicate); 添加一个字符串。duplicate 用于表明这个字符串是否要被复制到 Zend 的内部内存。
    add_next_index_stringl(zval *array,  char *str, uint length,  int duplicate); 添加一个指定长度的字符串。其余跟add_next_index_string () 相同。
    add_next_index_zval(zval *array, zval *value); 添加一个 zval 结构。 这在添加另外一个数组、对象或流等数据时会很有用。

    具体使用方法很简单,看参数名称就知道方法了,自己试验吧…

    展开全文
  • 深入理解PHP数组底层实现

    千次阅读 2019-09-21 20:44:20
    PHP数组是一个神奇而强大的数据结构,...PHP5数组实现 PHP7数组实现 - 基本结构 - 初始化 - packed array 和 hash array的区别 - 插入、更新、查找、删除 - 哈希冲突的解决 - 扩容和rehash操作 - 数组的递归保护...

    PHP数组是一个神奇而强大的数据结构,数组既可以是连续的数组,也可以是存储K-V映射的map。而在PHP7中,相比于PHP5,对数组进行了很大的修改。

    • 数组的语义
    • 数组的概念
    • PHP5数组的实现
    • PHP7数组的实现
      - 基本结构
      - 初始化
      - packed array 和 hash array的区别
      - 插入、更新、查找、删除
      - 哈希冲突的解决
      - 扩容和rehash操作
      - 数组的递归保护

    一、数组的语义
    本质上,PHP数组是一个有序的字典,它需要同时满足一下两个语义。
    语义一:PHP数组是一个字典,存储着键—值(key—value)对。通过键可以快速地找到对应的值,键可以是整形,也可以是字符串。
    语义二:PHP数组是有序的。这个有序是指插入顺序,遍历数组的时候,遍历元素的顺序应该和插入顺序一致,而不像普通字典一样是随机的。
    为了实现语义一,PHP用HashTable来存储键—值对,但是HashTable本身并不能保证语义二,PHP不同版本都对HashTable进行了额外的设计来保证有序,下面会进行介绍。
    二、数组的概念
    在这里插入图片描述
    key: 键,通过它可以快速检索到对应的value。一般为数字或字符串。
    value : 值,目标数据。可以是复杂的数据结构。
    bucket: 桶,HashTable中存储数据的单元。用来存储key和value以及辅助信息的容器。
    slot: 槽,HashTable有多个槽,一个bucket必须从属于具体的某一个slot,一个slot下可以有多个bucket。
    哈希函数: 需要自己实现,在存储的时候,会对key应用哈希函数确定所在slot。
    哈希冲突:当多个key经过哈希计算后,得出的slot的位置是同一个,那么就叫作哈希冲突。一般解决冲突的方法是链地址法和开放地址法。PHP采用链地址法,将同一个slot中的bucket通过链表链接起来。
    在具体实现中,PHP基于上述基本概念对bucket以及哈希函数进行了一些补充,增加了hash1函数以生成h值,然后通过hash2函数散列到不同的slot。
    在这里插入图片描述
    增加这个中间h值的作用:

    1. HashTable中key可能是数字,也可能是字符串,所以bucket在设计key的时候,需要做拆分,拆分数字key和字符串key,在上图bucket中,“h” 代表数字key, “”key“ 代表字符串key。实际上,对于数字key,hash1不做任何处理。
    2. 每个字符串都有一个h值,这个h值可以加快字符串的比较速度,当比较两个字符串是否相等,先比较key1和key2的h值是否相等,如果相等,再去比较字符串的长度以及内容。否则直接判定不相等。
      二、PHP5数组的实现
      首先看一下PHP5的bucket以及HashTable结构定义:
    typedef struct bucket {  
        ulong h;                   /* 4字节 对char *key进行hash后的值,或者是用户指定的数字索引值/* Used for numeric indexing */
        uint nKeyLength;           /* 4字节 字符串索引长度,如果是数字索引,则值为0 */  
        void *pData;               /* 4字节 实际数据的存储地址,指向value,一般是用户数据的副本,如果是指针数据,则指向pDataPtr,这里又是个指针,zval存放在别的地方*/
        void *pDataPtr;            /* 4字节 引用数据的存储地址,如果是指针数据,此值会指向真正的value,同时上面pData会指向此值 */  
        struct bucket *pListNext;  /* 4字节 整个哈希表的该元素的下一个元素*/  
        struct bucket *pListLast;  /* 4字节 整个哈希表的该元素的上一个元素*/  
        struct bucket *pNext;      /* 4字节 同一个槽,双向链表的下一个元素的地址 */  
        struct bucket *pLast;      /* 4字节 同一个槽,双向链表的上一个元素的地址*/  
        char arKey[1];             /* 1字节 保存当前值所对于的key字符串,这个字段只能定义在最后,实现变长结构体*/  
    } Bucket;
    

    (1)这里bucket新增三个元素:
    arkey: 对应HashTable设计中的key,表示字符串key。
    h: 对应HashTable设计中的h,表示数字key或者字符串key的h值。
    pData和pDataPtr: 对应HashTable设计中的value。
    一般value存储在pData所指向的内存,pDataPtr是NULL,但如果value的大小等于一个指针的大小,那么不会再额外申请内存存储,而是直接存储在pDataPtr上,再让pData指向pDataPtr,可以减少内存碎片。
    (2)为了实现数组的两个语义,bucket里面有pListLast、pListNext、pLast、pNext这4个指针,维护两种双向链表。一种是全局链表,按插入顺序将所有bucket全部串联起来,整个HashTable只有一个全局链表。另一个是局部链表,为了解决哈希冲突,每个slot维护着一个链表,将所有哈希冲突的bucket串联起来。也就是,每一个bucket都处在一个双向链表上。pLast和pNext分别指向局部链表的前一个和后一个bucket,pListLast和pListTNext则指向全部链表的前一个和后一个。

    typedef struct _hashtable {  
        uint nTableSize;           /*4 哈希表中Bucket的槽的数量,初始值为8,每次resize时以2倍速度增长*/
        uint nTableMask;           /*4 nTableSize-1 ,索引取值的优化 */
        uint nNumOfElements;       /*4 哈希表中Bucket中当前存在的元素个数,count()函数会直接返回此值*/
        ulong nNextFreeElement;    /*4 下一个数字索引的位置 */
        Bucket *pInternalPointer;  /*4 当前遍历的指针(foreach比for快的原因之一) 用于元素遍历*/
        Bucket *pListHead;         /*4 存储数组头元素指针 */
        Bucket *pListTail;         /*4 存储数组尾元素指针 */
        Bucket **arBuckets;        /*4 指针数组,数组中每个元素都是指针,存储hash数组 */
        dtor_func_t pDestructor;   /*4 在删除元素时执行的回调函数,用于资源的释放 /* persistent 指出了Bucket内存分配的方式。如果persisient为TRUE,则使用操作系统本身的内存分配函数为Bucket分配内存,否则使用PHP的内存分配函数。*/
        zend_bool persistent;      /*1 */
        unsigned char nApplyCount; /*1 标记当前hash Bucket被递归访问的次数(防止多次递归)*/
        zend_bool bApplyProtection;/*1 标记当前hash桶允许不允许多次访问,不允许时,最多只能递归3次 */
    #if ZEND_DEBUG  
        int inconsistent;          /*4 */ 
    #endif  
    } HashTable; 
    

    这里解释一下:
    nTableMask: 掩码。总是等于nTableSize - 1,即2^n - 1,因此,nTableMask的每一位都是1。上文提到的哈希过程中,key经过hash1函数,转为h值,h值通过hash2函数转为slot值。这里的hash2函数就是slot = h & nTableMask,进而通过arBuckets[slot]取得当前slot链表的头指针。
    pListHead / pListTail 为了实现数组第二语义(有序)HashTable维护了一个全局链表这俩指针分别指向这个全局链表的头和尾。

    到这里分析一下,PHP7为什么要重写数组实现。

    1. 每一个bucket都需要一次内存分配。
    2. key—value中的value都是zval。这种情况下,每个bucket需要维护指向zval的指针pDataPtr以及指向pDataPtr的指针pData。
    3. 为了保证数组的两个语义,每一个bucket需要维护4个指向bucket的指针。
      以上原因,导致性能不好。
      三、PHP7数组实现
      既然都用HashTable,如果通过链地址法解决哈希冲突,那么链表是必然需要的,为了保证有序性,的确需要再维护一个全局链表,看起来PHP5已经是无懈可击了。
      实际上,PHP7也是通过链地址法,但是此 “链” 非彼 “链”。PHP5的链表是在物理上得到链表,链表中bucket之间的上下游关系通过真实存在的指针来维护。而PHP7的链表是一种逻辑上的链表,所有bucket都分配在连续的数组内存中,不再通过指针来维护上下游关系,每一个bucket只维护下一个bucket在数组中的索引(因为是连续内存,通过索引可以快速定位到bucket),即可完成链表上的bucket的遍历。
      好的,揭开PHP7数组底层结构的庐山真面目:
    4. 基本结构:
    typedef struct _Bucket {
        zval              val;      /* 对应HashTable设计中的value */ 
        zend_ulong        h;        /* 对应HashTable设计中的h,表示数字key或者字符串key的h值。*/        
        zend_string      *key;      /* 对应HashTable设计中的key */          
    } Bucket;
    

    bucket可以分为3种:未使用、有效、无效。
    未使用:最初所有bucket都是未使用状态。
    有效:存储着有效的数据。
    无效:当bucket上的数据被删除时,有效bucket就会变为无效bucket。
    在内存分布上,有效和无效bucket会交替分布。但都在未使用bucket的前面。插入的时候永远在未使用bucket上进行,当无效bucket过多,而有效bucekt很少时,对整个bucket数组进行rehash操作这样稀疏的有效bucket就变得连续而紧密,部分无效bucket会被重新利用而变得有效,还有一部分有效bucket和无效bucket会被释放出来,重新变为未使用bucket。
    在这里插入图片描述

    struct _zend_array { 
        zend_refcounted_h  gc;
        union {
            struct {
                ZEND_ENDIAN_LOHI_4(
                    zend_uchar    flags,
                    zend_uchar    nApplyCount,  /* 循环遍历保护 */
                    zend_uchar    nInteratorsCount,
                    zend_uchar    consistency)
            } v;
            uint32_t flags;
        } u;
        uint32_t          nTableMask;           /* 掩码,用于根据hash值计算存储位置,永远等于nTableSize-1 */
        Bucket           *arData;               /* 存放实际数据 */
        uint32_t          nNumUsed;             /* arData数组已经使用的数量 */
        uint32_t          nNumOfElements;       /* hash表中元素个数 */
        uint32_t          nTableSize;           /* hash表的大小 HashTable的大小,始终为2的指数(8,16,32,64...)。最小为8,最大值根据机器不同而不同*/
        uint32_t          nInternalPointer;     /* 用于HashTable遍历 */
        zend_long         nNextFreeElement;     /* 下一个空闲可用位置的数字索引 */
        dtor_func_t       pDestructor;          /* 析构函数 */
    } HashTable;
    

    在这里插入图片描述
    u.flags是32位的无符号整形,取值范围是0 ~ 2^32 - 1, 而u.v.flags是8位的无符号字符,取值范围是0 ~ 255。
    u.v.flags: 用各个bit来表达HashTable的各种标记。共有下面6种flag,分别对应u.v.flags的第1位至第6位。

    #define HASH_FLAG_PERSISTENT       (1 << 0)  //是否使用持久化内存(不使用内存池)
    #define HASH_FLAG_APPLY_PROTECTION (1 << 1)  //是否开启递归遍历保护
    #define HASH_FLAG_PACKED           (1 << 2) //是否是packed  array
    #define HASH_FLAG_INITIALIZED      (1 << 3) //是否已经初始化
    #define HASH_FLAG_STATIC_KEYS      (1 << 4) //标记HashTable的key是否为long key或者内部字符串key
    #define HASH_FLAG_HAS_EMPTY_IND    (1 << 5) //是否存在空的间接val
    
    1. 初始化:
      (1)申请一块HashTable结构体内存,并初始化各个字段。
      (2)分配bucket数组内存,修改一些字段值。

    最后,想说底层实现还有packed array和 hash array 的区别、插入/删除/查找/更新的操作、哈希冲突的解决、扩容和rehash等操作,感兴趣的小伙伴,可以继续深入学习。

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空空如也

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数组底层实现