一步步入门编写PHP扩展

爱被打了一巴掌 2022-07-26 05:25 248阅读 0赞

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# 1、写在最前 #

随着互联网飞速发展，lamp架构的流行，php支持的扩展也越来越多，这样直接促进了php的发展。

但是php也有脚本语言不可避免的问题，性能比例如C等编译型语言相差甚多，所以在考虑性能问题的时候最好还是通过php扩展来解决。

那么，怎么去做一个php扩展呢。下面从一个例子开始（本文章需要C基础）。

# 2、解决一个问题 #

在一个系统中，如果经常要求一个数组的平方和，我们可以这么写。

<?php
    	function array_square_sum($data){
    		$sum = 0;
    		foreach($data as $value){
    			$sum += $value * $value;
    		}
    		return $sum;
    	}

实际执行的时候，php zend引擎会把这段话翻译成C语言，每次都需要进行内存分配。所以性能比较差。进而，基于性能上的考虑，我们可以编写一个扩展来做这个事情。

# 3、编写扩展 #

构建一个扩展，至少需要2个文件。一个是Configulator文件，它会告诉编译器编译这个扩展至少需要哪些依赖库；第二个是实际执行的文件。

## 3.1 生成框架 ##

听起来很复杂，实际上有一个工具可以帮我们搞定一个扩展的框架。在php源代码里面有个工具ext\_skel，他可以帮我们生成扩展框架。

liujun@ubuntu:~/test/php-5.5.8/ext$ ls ext_skel
    ext_skel

现在我们利用它生成扩展 array\_square\_sum。($表示提示符命令)

$ ./ext_skel --extname=array_square_sum
    Creating directory array_square_sum
    Creating basic files: config.m4 config.w32 .svnignore array_square_sum.c php_array_square_sum.h CREDITS EXPERIMENTAL tests/001.phpt array_square_sum.php [done].
    
    To use your new extension, you will have to execute the following steps:
    
    1.  $ cd ..
    2.  $ vi ext/array_square_sum/config.m4
    3.  $ ./buildconf
    4.  $ ./configure --[with|enable]-array_square_sum
    5.  $ make
    6.  $ ./php -f ext/array_square_sum/array_square_sum.php
    7.  $ vi ext/array_square_sum/array_square_sum.c
    8.  $ make
    
    Repeat steps 3-6 until you are satisfied with ext/array_square_sum/config.m4 and
    step 6 confirms that your module is compiled into PHP. Then, start writing
    code and repeat the last two steps as often as necessary.

执行命令之后，终端告诉我们怎么去生产新的扩展。查看一下文件内容，会发现多了几个比较重要的文件config.m4, php\_array\_square\_sum.h，array\_square\_sum.c，下面会一一叙述。

liujun@ubuntu:~/test/php-5.5.8/ext$ ll array_square_sum/
    total 44
    drwxr-xr-x  3 liujun liujun 4096 Jan 29 15:40 ./
    drwxr-xr-x 80 liujun liujun 4096 Jan 29 15:40 ../
    -rw-r--r--  1 liujun liujun 5548 Jan 29 15:40 array_square_sum.c
    -rw-r--r--  1 liujun liujun  532 Jan 29 15:40 array_square_sum.php
    -rw-r--r--  1 liujun liujun 2354 Jan 29 15:40 config.m4
    -rw-r--r--  1 liujun liujun  366 Jan 29 15:40 config.w32
    -rw-r--r--  1 liujun liujun   16 Jan 29 15:40 CREDITS
    -rw-r--r--  1 liujun liujun    0 Jan 29 15:40 EXPERIMENTAL
    -rw-r--r--  1 liujun liujun 3112 Jan 29 15:40 php_array_square_sum.h
    -rw-r--r--  1 liujun liujun   16 Jan 29 15:40 .svnignore
    drwxr-xr-x  2 liujun liujun 4096 Jan 29 15:40 tests/

## 3.2 配置文件config.m4 ##

dnl PHP_ARG_WITH(array_square_sum, for array_square_sum support,
    dnl Make sure that the comment is aligned:
    dnl [  --with-array_square_sum             Include array_square_sum support])

去掉dnl

PHP_ARG_WITH(array_square_sum, for array_square_sum support,
    Make sure that the comment is aligned:
    [  --with-array_square_sum             Include array_square_sum support])

这是./configure时能够调用enable-sample选项的最低要求.PHP\_ARG\_ENABLE的第二个参数将在./configure处理过程中到达这个扩展的配置文件时显示. 第三个参数将在终端用户执行./configure --help时显示为帮助信息

## 3.3 头文件 ##

修改php\_array\_square\_sum.h，把confirm\_array\_square\_sum\_compiled改成confirm\_array\_square\_sum,这个为我们以后实际调用的函数名字，当然你也可以直接加入函数confirm\_array\_square\_sum，而不删除confirm\_array\_square\_sum\_compiled。

PHP_FUNCTION(confirm_array_square_sum_compiled);

该成

PHP_FUNCTION(array_square_sum);

## 3.3 源代码 ##

修改 array\_square\_sum.c，把confirm\_array\_square\_sum\_compiled改成confirm\_array\_square\_sum，这个是注册这个扩展的函数，如果在3.2中直接加入了confirm\_array\_square\_sum，在这一步也直接加入confirm\_array\_square\_sum就可以了。

const zend_function_entry array_square_sum_functions[] = { 
        PHP_FE(confirm_array_square_sum_compiled,   NULL)       /* For testing, remove later. */
        PHP_FE_END  /* Must be the last line in array_square_sum_functions[] */
    };

改成

const zend_function_entry array_square_sum_functions[] = { 
        PHP_FE(array_square_sum,    NULL)       /* For testing, remove later. */
        PHP_FE_END  /* Must be the last line in array_square_sum_functions[] */
    };

然后最为关键的一个步骤，重写confirm\_array\_square\_sum，这个时候只需要把confirm\_array\_square\_sum\_compiled重写成confirm\_array\_square\_sum(3.1中没有删除confirm\_array\_square\_sum\_compiled，就需要加入confirm\_array\_square\_sum就好了)。

PHP_FUNCTION(confirm_array_square_sum_compiled)

重写为

PHP_FUNCTION(array_square_sum)
    {
        zval* array_data;
        HashTable *ht_data;
        int ret;
        char* key;
        uint index;
        zval **pdata;
        double sum = 0;
    
        if (zend_parse_parameters(ZEND_NUM_ARGS() TSRMLS_CC, "a", &array_data) == FAILURE) {
            return;
        }   
    
        ht_data = Z_ARRVAL_P(array_data);
        zend_hash_internal_pointer_reset(ht_data);
        while ( HASH_KEY_NON_EXISTANT != (ret = zend_hash_get_current_key(ht_data, &key, &index, 0)) ) { 
            ret = zend_hash_get_current_data(ht_data, &pdata);
        
            if( Z_TYPE_P(*pdata) == IS_LONG){
                sum +=  Z_LVAL_P(*pdata) *  Z_LVAL_P(*pdata);
            }else {
                RETURN_FALSE;
            }   
            zend_hash_move_forward(ht_data);
        }   
        zend_hash_internal_pointer_end(Z_ARRVAL_P(array_data));
        RETVAL_DOUBLE(sum);
    }

php是一个弱类型语言，他的数据都存在结构体zval里面(具体请看更加专业资料，如"php扩展开发.pdf")。

typedef union _zval {
    	long lval;
    	double dval;
    	struct {
    		char *val;
    		int len;
    	} str;
    	HashTable *ht;
    	zend_object_value obj;
    } zval;

为了获得函数传递的参数，可以使用zend\_parse\_parameters()API函数。下面是该函数的原型：

zend_parse_parameters(int num_args TSRMLS_DC, char *type_spec, …);

zend\_parse\_parameters()函数的前几个参数我们直接用内核里宏来生成便可以了，形式为：ZEND\_NUM\_ARGS() TSRMLS\_CC，注意两者之间有个空格，但是没有逗号。从名字可以看出，ZEND\_NUM\_ARGS()代表这参数的个数。后面紧跟着是常见的参数类型（和C语言的printf类似），后面就是常见的参数列表。  
     下表列出了常见的参数类型。

<table style="border-spacing:0px; border-collapse:collapse; color:rgb(64,64,64); font-family:'Microsoft YaHei',Verdana,sans-serif,SimSun; font-size:14px; line-height:25.2px; width:699px"> 
 <tbody style=""> 
  <tr style=""> 
   <td style="padding:0px">参数类型</td> 
   <td style="padding:0px">对象C类型</td> 
   <td style="padding:0px">说明</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td style="padding:0px">l</td> 
   <td style="padding:0px">long</td> 
   <td style="padding:0px">整数</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td style="padding:0px">b</td> 
   <td style="padding:0px">bool</td> 
   <td style="padding:0px">布尔</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td style="padding:0px">s</td> 
   <td style="padding:0px">char*</td> 
   <td style="padding:0px">字符串</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td style="padding:0px">d</td> 
   <td style="padding:0px">double</td> 
   <td style="padding:0px">浮点数</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td style="padding:0px">a</td> 
   <td style="padding:0px">array(zval*)</td> 
   <td style="padding:0px">数组</td> 
  </tr> 
  <tr style=""> 
   <td style="padding:0px">z</td> 
   <td style="padding:0px">zval*</td> 
   <td style="padding:0px">不确定性zval</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

此外数组是一个大型的hashtable来实现的，所以zend\_hash\_get\_current\_key可以遍历数组，使用宏Z\_LVAL\_P(zval\*)获得实际的值。最终可以将结果放入到sum里面。RETVAL\_DOUBLE(value)也是一个宏，返回结果为double,值则为value，具体可以参见" php扩展开发.pdf".

最终完成了这个主函数的开发。

## 3.4 生成configure文件 ##

然后执行 ~/php/bin/phpize

/home/liujun/php/bin/phpize

Configuring for:
    PHP Api Version:         20121113
    Zend Module Api No:      20121212
    Zend Extension Api No:   220121212

可以发现array\_square\_sum出现可执行脚本configure。

## 3.5 编译 ##

编译的时候最好带上php-config PATH，因为系统默认的php-config-path可能不是你目前使用的php路径。

liujun@ubuntu:~/test/php-5.5.8/ext/array_square_sum$ ./configure --with-php-config=/home/liujun/php/bin/php-config

编译如果成功，终端会有如下提示：

creating libtool
    appending configuration tag "CXX" to libtool
    configure: creating ./config.status
    config.status: creating config.h
    config.status: config.h is unchanged

查看array\_square\_sum目录的module目录，会发现里面生成array\_square\_sum.so，这个就是我们需要的扩展。

liujun@ubuntu:~/test/php-5.5.8/ext/array_square_sum$ ls modules/
    array_square_sum.la  array_square_sum.so

# 4、使用扩展 #

## 4.1、配置扩展 ##

修改php的配置php.ini，加入一下配置内容。

[array_square_sum]
    extension=array_square_sum.so

## 4.2、加入module ##

php的扩展一般在 $PHP\_PATH/lib/php/extensions/no-debug-non-zts-yyyymmdd，如果找不到，请自行百度or Google. 里面有很多.so文件。

把3.5生产的array\_sum\_square.so拷贝进去即可。

如果使用fastcgi模式，需要重启php，这样我们php就应该有扩展array\_square\_sum，具体可以通过查看phpinfo(不会请自行百度orGoogle).

## 4.2、编写代码 ##

既然说编写扩展可以提高运行效率，因此在这里，我们通过使用扩展和直接使用php代码来进行对比，测试性能。多次实验可以减少误差，所以进行2000次对100000个数字求平方和。代码如下:

<?php
        $data = array();
        $max_index = 100000;
        $test_time = 2000;
        for($i=0; $i<$max_index; $i++){
            $data[] = $i; 
        }   
    
        $php_test_time_start = time();
        php_test($test_time, $data);
        $php_test_time_stop = time();
        echo "php test ext time is ". ($php_test_time_stop - $php_test_time_start). "\n";
    
        $c_test_time_start = time();
        c_test($test_time, $data);
        $c_test_time_stop = time();
        echo "php test time is ". ($c_test_time_stop - $c_test_time_start). "\n";
        
        function php_test($test_time, $test_data){
            for($i=0; $i<$test_time; $i++){
                $sum = 0;
                foreach($test_data as $data){
                    $sum += $data * $data;
                }   
            }   
        }   
        
        function c_test($test_time, $test_data){
            for($i=0; $i<$test_time; $i++){
                $sum = array_square_sum($test_data);
            }   
        }

测试结果如下：

liujun@ubuntu:~/php$ ~/php/bin/php test.php 
    php test ext time is 30
    php test time is 2

可以看到扩展要比直接使用php快15倍。随着业务逻辑变得更加复杂，这个差异化会越大。

那么直接使用c语言来做这个事情呢。下面也给一个代码来测试下（测试条件完全一致）：

#include<stdio.h>
    #include<sys/time.h>
    #include<unistd.h>
    
    #define TEST_TIME 2000
    #define MAX_INDEX 100000
    
    int main()
    {
        int data[MAX_INDEX];
        double sum = 0;
    
        for(int i=0; i<MAX_INDEX; i++){
            data[i] = i;
        }   
    
        struct timeval start;
        struct timeval end;
        
        gettimeofday(&start,NULL);
        
        for(int i=0; i<TEST_TIME; i++){
            for(int j=0; j<MAX_INDEX; j++){
                sum += data[j] * data[j];
            }   
        }   
        gettimeofday(&end,NULL);
        
        double time=(end.tv_sec-start.tv_sec) + (end.tv_usec-start.tv_usec) * 1.0 /1000000;
        printf("total time is %lf\n", time );
        printf("sum time is %lf\n", sum);
        return 0;
    }

执行查看效果，可以看出直接使用C的时间只有0.261746，是使用C扩展的13.09%，是直接使用php的0.87%。当然如果涉及到IO等复杂操作，C/C++会比php快上万倍（测试过）。

liujun@ubuntu:~/php$ g++ test.cpp  -O2 -o test
    liujun@ubuntu:~/php$ ./test 
    total time is 0.261746
    sum time is 36207007178615872.000000

因此，在实际对性能要求非常高的服务，如索引、分词等，可以使用C做一套底层服务，php去进行封装调用。