PHP扩展编写第一步：PHP和Zend介绍
PHP扩展编写第一步：PHP和Zend介绍-----------------
介绍
如果你在读这篇入门文章，那么你可能对写PHP扩展有点兴趣。如果不是… 好吧，那么等我们写完这篇文章，你将会发现一个之前自己完全不知道，但是非常有趣的东西。
这篇入门文章假设你对PHP语言和以及PHP的编写语言C语言都有一定的熟悉。
让我们以“为什么你需要写一个PHP扩展”作为开始。
因为PHP语言本身抽象程度有限，有一些库或者操作系统级别的调用，不能用PHP直接调用。
你想给PHP添加一些与众不同的行为。
你已经写了一些PHP代码，但是当运行的时候你知道它可以更快，更小，消耗的内存更少。
你有一部分程序想出售，你可以把它写成扩展，这样程序是可以执行的，但是别人却无法看到源码。
这儿有很多完美的原因，但是要想创建一个扩展，你首先要需要明白什么是扩展。
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什么是扩展？
如果你用过PHP，那么你就用过扩展。除了一些极少的特殊情况之外，PHP语言中的每个用户空间函数都是以组的形式分布在一个或多个扩展之中。这些函数中的大部分是位于标准扩展中的 – 总共超过400个。PHP源码中包含86个扩展，平均每个扩展中有30个函数。算一下，大概有2500个函数。如果这个不够用，PECL仓库还提供了超过100个其他扩展，或者还可以在互联网上找到更多的扩展。
「PHP除了扩展中的这些函数之外，剩下的是什么」我听到了你的疑问「扩展是什么？PHP的核心又是什么？」
PHP的核心是由两个独立的部分组成的。在最底层是Zend Engine (ZE)。ZE 负责把人类可以理解的脚本解析成机器可以理解的符号（token），然后在一个进程空间内执行这些符号。ZE还负责内存管理，变量作用域，以及函数调用的调度。另一部分是PHP。PHP负责与SAPI层（Server Application Programming Interface，经常被用来与Apache, IIS, CLI, CGI等host环境进行关联）的交互以及绑定。它也为safe_mode和open_basedir检查提供了一个统一的控制层，就像streams层把文件和网络I/O与用户空间函数（例如fopen()，fread()和fwrite()）关联起来一样。
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生命周期
当一个给定的SAPI启动后，以/usr/local/apache/bin/apachectl start的响应为例，PHP便以初始化它的核心子系统作为开始。随着SAPI启动程序的结束，PHP开始加载每个扩展的代码，然后调用它们的模块初始化(MINIT)程序。这就给每个扩展机会用来初始化内部变量，申请资源，注册资源处理器，并且用ZE注册自己的函数，这样如果一个脚本调用这些函数中的一个，ZE就知道执行哪些代码。
接下来，PHP会等待SAPI层的页面处理请求。在CGI或者CLI SAPI情况下，这个请求会立即发生并且只执行一次。在Apache, IIS, 或者其他成熟的web服务器SAPI中，请求处理会在远程用户发起请求的时候发生，并且会重复执行很多次，也可能是并发的。不管请求是怎么进来的，PHP以让ZE来建立脚本可以运行的环境作为开始，然后调用每个扩展的请求初始化（RINIT）函数。RINIT给了扩展一个机会，让其可以建立指定的环境变量，分配请求指定的资源，或者执行其他任务例如审计。关于RINIT函数调用最典型的例子是在session扩展中，如果session.auto_start选项是开启的，RINIT会自动触发用户空间的session_start()函数并且预先填充$_SESSION变量。
当请求一旦被初始化，ZE便把PHP脚本翻译成符号（token），最终翻译成可以进行单步调试和执行的opcode。如果这些opcode中的一个需要调用一个扩展函数，ZE将会给那个函数绑定参数，并且临时放弃控制权直到函数执行完成。
当一个脚本完成了执行之后，PHP将会调用每个扩展的请求结束(RSHUTDOWN)函数来执行最后的清理工作（比如保存session变量到磁盘上）。接下来，ZE执行一个清理过程（熟知的垃圾回收），实际上是对上次请求过程中使用的变量调用unset()函数。
一旦完成，PHP等待SAPI发起另一个文档请求或者一个关闭信号。在CGI和CLI SAPI的情况下，没有所谓的“下一个请求”，所以SAPI会立刻执行关闭流程。在关闭过程中，PHP又让每个扩展调用自己的模块关闭（MSHUTDOWN）函数，最后关闭自己的核心子系统。
这个过程第一次听令人有些费解，但是一旦你深入到一个扩展的开发过程中，它就会逐渐的清晰起来。
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内存分配
为了避免写的很糟糕的扩展泄露内存，ZE以自己内部的方式来进行内存管理，通过用一个附加的标志来指明持久化。一个持久化分配的内存比单个页面请求存在的时间要长。一个非持久化分配的内存，相比之下，在请求结束的时候就会被释放，不管free函数是否被调用。例如用户空间变量，都是非持久化分配的内存，因为在请求结束之后这些变量都没有用了。
一个扩展理论上可以依靠ZE在每个页面请求结束后自动释放非持久化的内存，但这是不被推荐的。在请求结束的时候，分配的内存不会被立即被回收，并且会持续一段时间，所以和那块内存关联的资源将不会被恰当的关闭，这是一个很糟的做法，因为如果不能适当的清理的话，这会产生混乱。就像你即将要看见的，确定所有分配的数据被恰当的清除了是非常的简单。
让我们把常规的内存分配函数（只应该当和内部库一起工作的时候才会用到）和PHP ZE中的持久化和非持久化内存分配函数进行一个对比。
Traditional Non-Persistent Persistent
malloc(count)
calloc(count, num) emalloc(count)
ecalloc(count, num) pemalloc(count, 1)*
pecalloc(count, num, 1)
strdup(str)
strndup(str, len) estrdup(str)
estrndup(str, len) pestrdup(str, 1)
pemalloc() & memcpy()
free(ptr) efree(ptr) pefree(ptr, 1)
realloc(ptr, newsize) erealloc(ptr, newsize) perealloc(ptr, newsize, 1)
malloc(count * num + extr)** safe_emalloc(count, num, extr) safe_pemalloc(count, num, extr)
* The pemalloc() family include a ‘persistent’ flag which allows them to behave like their non-persistent counterparts.
For example: emalloc(1234) is the same as pemalloc(1234, 0)
** safe_emalloc() and (in PHP 5) safe_pemalloc() perform an additional check to avoid integer overflows
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建立一个开发环境
现在你已经掌握了一些关于PHP和ZE的工作原理，我估计你希望要深入进去，并且开始写些什么。无论如何在你能做之前，你需要收集一些必要的开发工具，并且建立一个满足自己目标的环境。
第一你需要PHP本身，以及构建PHP所需要的开发工具集合。如果你对于从源码编译PHP不熟悉，我建议你看看http://www.php.net/install.unix。(开发windows下的PHP扩展在以后的文章会介绍)。使用适合自己发行版的PHP二进制包是很诱人的，但是这些版本总是会忽略两个重要的
./configure
选项，这两个选项在开发过程中非常方便。第一个是--enable-debug。这个选项将会用附加符号信息来编译PHP所以，如果一个段错误发生，那么你将可以从PHP收集到一个核心dump信息，然后使用gdb来跟踪这个段错误是在哪里发生的，为什么会发生。另一个选项依赖于你将要进行扩展开发的PHP版本。在PHP4.3这个选项叫--enable-experimental-zts，在PHP5和以后的版本中叫--enable-maintainer-zts。这个选项将会让PHP思考在多线程环境中的行为，并且可以让你捕获常见的程序错误，这些错误在非线程环境中不会引起问题，但在多线程环境中却使你的扩展变得不可用。一旦你已经使用这些额外的选项编译好了PHP，并且已经安装在了你的开发服务器（或者工作站）上，那么你可以开始建立你的第一个扩展了。
Hello World
如果一门语言的入门介绍没有Hello World程序，那么这个介绍就是不完整的。在这种情况下，你将会建立一个扩展，这个扩展会导出一个返回”Hello World”字符串的函数。如果用PHP，你可能这么写：
<?php
function hello_world()
{
return 'Hello World';
}
?>
现在你将会把这个逻辑放到一个PHP扩展中。首先让我们在你PHP源码树的ext/目录下创建一个名叫hello的目录，并进入(chdir)到这个目录中。这个目录实际上可以放在任何地方，PHP源码树内或者PHP源码树外，但是我希望你把它放在源码树内为了接下来的文章使用。在这你需要创建三个文件：一个包含你hello_world函数的源文件，一个头文件，其中包含PHP加载你扩展时候所需的引用，一个配置文件，它会被phpize用来准备扩展的编译环境。
config.m4
PHP_ARG_ENABLE(hello, whether to enable Hello World support,
[ --enable-hello Enable Hello World support])</code>
if test "$PHP_HELLO" = "yes"; then
AC_DEFINE(HAVE_HELLO, 1, )
PHP_NEW_EXTENSION(hello, hello.c, $ext_shared)
fi
php_hello.h
#ifndef PHP_HELLO_H
#define PHP_HELLO_H 1
#define PHP_HELLO_WORLD_VERSION "1.0"
#define PHP_HELLO_WORLD_EXTNAME "hello"
PHP_FUNCTION(hello_world);
extern zend_module_entry hello_module_entry;
#define phpext_hello_ptr &hello_module_entry
#endif
hello.c
#ifdef HAVE_CONFIG_H
#include "config.h"
#endif
#include "php.h"
#include "php_hello.h"
static function_entry hello_functions[] = {
PHP_FE(hello_world, NULL)
{NULL, NULL, NULL}
};
zend_module_entry hello_module_entry = {
#if ZEND_MODULE_API_NO >= 20010901
STANDARD_MODULE_HEADER,
#endif
PHP_HELLO_WORLD_EXTNAME,
hello_functions,
NULL,
NULL,
NULL,
NULL,
NULL,
#if ZEND_MODULE_API_NO >= 20010901
PHP_HELLO_WORLD_VERSION,
#endif
STANDARD_MODULE_PROPERTIES
};
#ifdef COMPILE_DL_HELLO
ZEND_GET_MODULE(hello)
#endif
PHP_FUNCTION(hello_world)
{
RETURN_STRING("Hello World", 1);
}
以上只是一个PHP扩展的大体框架，扩展中的大部分代码只是简单的把几个文件关联在了一起。只有最后四句才像你之前在PHP脚本中调用的“实际代码”。实际上这个层级的代码和我们之前看到的PHP代码非常的相似，从字面上很容易理解：
1. 声明一个名叫hello_world的函数
2. 让那个函数返回一个字符串：“Hello World”
3. ….额…. 1? 那个1是做什么的？
回想一下ZE有一个先进的内存管理层，当脚本退出的时候确保分配的资源被释放掉。在内存管理领域，对同一块内存进行两次释放是大错特错的。这种做法叫做double freeing，是引起段错误的常见原因，因为它让程序去访问一个已经不属于自己的内存块。类似的，你不希望让ZE去释放一个静态字符串buffer（就像我们示例扩展中的”Hello World”），因为它是在程序空间，并不是属于任何进程的数据块。RETURN_STRING()假设任何传递给它的字符串都需要一个拷贝，所以它们可以在之后安全的释放掉。但是由于在一个内部函数中为字符串分配内存，动态填充，然后返回它，这是很平常，RETURN_STRING()允许我们来指定是否有必要对这个字符串值进行拷贝。为了更好的解释这个概念，接下来的代码片段的功能和上面的是一样的：
PHP_FUNCTION(hello_world)
{
char *str;
str = estrdup("Hello World");
RETURN_STRING(str, 0);
}
在这个版本中，你手动为”Hello World”字符串分配了内存，最终返回给调用脚本，然后把内存“给了”RETURN_STRING，第二个参数值0说明不需要为这个字符串做拷贝。
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建立你的扩展
这个练习的最后一步是把你的扩展编译成一个动态加载的模块。如果你已经正确的拷贝以上的例子，那么这个工作就是在ext/hello/目录下执行三个命令：
$ phpize
$ ./configure --enable-hello
$ make
在运行了这些命令之后，你将会在ext/hello/modules目录中发现一个hello.so文件。现在，可以像其他PHP扩展一样，你可以把它拷贝到你的扩展目录（默认是/usr/local/lib/php/extensions/，检查你的php.ini文件确定一下）中，然后在你的php.ini文件中加上extension=hello.so这一行，让扩展可以在PHP启动的时候被加载。对于CGI/CLI SAPI来说，这个意味着下一次PHP运行的时候就会生效；对于web server SAPI比如Apache来说，这个意味着web server下次被重启的时候生效。现在让我们以命令行的形式做一个尝试：
1 $ php -r 'echo hello_world();'
如果一切正常，你将会看到由这个脚本输出的Hello World，因为在你加载的扩展中已经定义的hello_world()函数会返回Hello World这个字符串，然后echo命令会打印出任何传递给它的东西。
其他标量也可以用类似的函数返回，用RETURN_LONG()返回整型值，RETURN_DOUBLE()返回浮点型值，RETURN_BOOL()返回布尔型值，RETURN_NULL()返回的值，你懂的，NULL。在hello.c文件中的function_entry结构体中加入几行PHP_FE()代码并且在文件最后加入几行PHP_FUNCTION()代码，让我们真实的看看这些函数。
static function_entry hello_functions[] = {
PHP_FE(hello_world, NULL)
PHP_FE(hello_long, NULL)
PHP_FE(hello_double, NULL)
PHP_FE(hello_bool, NULL)
PHP_FE(hello_null, NULL)
{NULL, NULL, NULL}
};
PHP_FUNCTION(hello_long)
{
RETURN_LONG(42);
}
PHP_FUNCTION(hello_double)
{
RETURN_DOUBLE(3.1415926535);
}
PHP_FUNCTION(hello_bool)
{
RETURN_BOOL(1);
}
PHP_FUNCTION(hello_null)
{
RETURN_NULL();
}
你还需要在头文件php_hello.h中为这些函数添加原型声明，添加在hello_world()函数原型旁边，这样构建程序就可以恰当的进行宏替换：
PHP_FUNCTION(hello_world);
PHP_FUNCTION(hello_long);
PHP_FUNCTION(hello_double);
PHP_FUNCTION(hello_bool);
PHP_FUNCTION(hello_null);
如果你对config.m4文件没有做过更改，那么这次跳过phpize和./configure步骤，直接make，在技术上来说这是安全的。但是无论如何，为了能够没有问题的构建这个扩展，这次我还是想让你完整的走这三个步骤。另外，这次你应该用make clean，而不是上次用的make，从而确保所有源文件都被重新构建。其实这个还是不必要的，因为你做的修改很有限，但是安全比混乱要好。一旦模块构建好了之后，你可以把它拷贝到你的扩展目录下，替换旧的版本。
此时你可以再一次调用PHP解释器，用一个简单的脚本来测试你刚才加的函数。事实上，为什么你现在不做呢？我在这儿等你….
测试好了？很好。如果你使用var_dump()而不是echo来看每个函数的输出的话，你可能会注意到hello_bool()返回的是true。这是RETURN_BOOL()函数中1所代表的值。就像在PHP脚本中，一个整型的0等于FALSE，同时任何其他的整型值等于TRUE。扩展的作者们经常使用1来表示TRUE，也建议你那样做，但是不要拘泥于此。为了添加可读性，RETURN_TRUE和
RETURN_FALSE宏也是可用的；下面是hello_bool()的重写，这次使用RETURN_TRUE：
PHP_FUNCTION(hello_bool)
{
RETURN_TRUE;
}
注意这没有使用括号。RETURN_TRUE和RETURN_FALSE跟其他RETURN_*()宏不一样，所以别搞错了。
你可能注意到在以上代码示例中，我们没有传递0或者1来指定是否这个值需要被拷贝。这是因为对于这些简单的标量来说，并没有额外的内存被分配或者释放。
这还有三个额外的返回类型：RESOURCE（mysql_connect(), fsockopen()和ftp_connect()等函数返回的类型），ARRAY（也就是HASH表），OBJECT（new关键字返回的）。这些类型我们将会在第二部分也就是深入变量的时候来介绍。
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INI设置
Zend引擎提供了两种管理INI值的方法。我们现在先看一下简单的方法，之后当你有机会使用全局变量的时候，再看一下更加完整，更加复杂的方法。
假设你想在你的扩展中声明一个php.ini的配置项，hello.greeting，这个值被你的函数hello_world()所使用。你需要对hello_module_entry做些关键的修改，同时还需要在hello.c和php_hello.h中添加些东西。在php_hello.h的用户区函数原型附近添加如下的函数原型：
PHP_MINIT_FUNCTION(hello);
PHP_MSHUTDOWN_FUNCTION(hello);
PHP_FUNCTION(hello_world);
PHP_FUNCTION(hello_long);
PHP_FUNCTION(hello_double);
PHP_FUNCTION(hello_bool);
PHP_FUNCTION(hello_null);
现在到hello.c文件顶部，用以下内容替换掉hello_module_entry的内容：
zend_module_entry hello_module_entry = {
#if ZEND_MODULE_API_NO >= 20010901
STANDARD_MODULE_HEADER,
#endif
PHP_HELLO_WORLD_EXTNAME,
hello_functions,
PHP_MINIT(hello),
PHP_MSHUTDOWN(hello),
NULL,
NULL,
NULL,
#if ZEND_MODULE_API_NO >= 20010901
PHP_HELLO_WORLD_VERSION,
#endif
STANDARD_MODULE_PROPERTIES
};
PHP_INI_BEGIN()
PHP_INI_ENTRY("hello.greeting", "Hello World", PHP_INI_ALL, NULL)
PHP_INI_END()
PHP_MINIT_FUNCTION(hello)
{
REGISTER_INI_ENTRIES();
return SUCCESS;
}
PHP_MSHUTDOWN_FUNCTION(hello)
{
UNREGISTER_INI_ENTRIES();
return SUCCESS;
}
现在，你只需要在hello.c文件头部的#inlcude代码后面添加一行，从获取对INI文件支持所需要的正确头文件：
#ifdef HAVE_CONFIG_H
#include "config.h"
#endif
#include "php.h"
#include "php_ini.h"
#include "php_hello.h"
最后，你可以修改你的hello_world函数来使用INI值：
PHP_FUNCTION(hello_world)
{
RETURN_STRING(INI_STR("hello.greeting"), 1);
}
注意，你拷贝了从INI_STR()返回的值。因为这是一个静态的字符串。事实上，如果你尝试去修改INI_STR返回的这个字符串，PHP执行环境将会变得不稳定，甚至会崩溃。
首先要修改的地方是你非常熟悉的两个函数：MINIT，MSHUTDOWN。就像前面提到的，这些函数会在SAPI层初始化启动和最后关闭的时候被调用。他们不会在请求过程中被调用。在这个例子中，你已经用这些函数在你的扩展中注册了php.ini的配置内容。在接下来的内容中，你将会知道如何用MINIT和MSHUTDOWN函数来注册resource，object和stream handler。
在你的hello_world()函数中，你用INI_STR()来获得了hello.greeting当前的值，字符串格式。在下面表格中列出了一些其他函数，这些函数可以返回long，double和Boolean类型的值，并且还有一些带有ORIG标识的更加原始的函数，这些函数返回php.ini中最初设置的值（在被.htaccess文件或者ini_set()修改之前）。
Current Value Original Value Type
INI_STR(name) INI_ORIG_STR(name) char * (NULL terminated)
INI_INT(name) INI_ORIG_INT(name) signed long
INI_FLT(name) INI_ORIG_FLT(name) signed double
INI_BOOL(name) INI_ORIG_BOOL(name) zend_bool
传递给PHP_INI_ENTRY()的第一个参数是在php.ini中使用的配置项名称。为了避免命名空间的冲突，你应该使用跟你函数命名相同的习惯；在所有的配置项之前都加一个和你扩展名字相同的前缀，就像hello.greeting一样。事实上习惯就是，一个“.”把扩展名字和ini配置的名字分开。
第二个参数是初始化值，不管它是否是数字类型的，总是传递char*字符串类型。这是因为事实上.ini文件中的值都是原生的文本类型。你可以在你的脚本中用INI_INT()，INI_FLT()，或者INI_BOOL()来做类型转换。
你传递的第三个值是一个访问模式标识。这是一个掩码字段，用来决定在什么时候，在什么地方这个INI的配置项可以被修改。一些配置项，比如像register_globals，它就不可能在脚本中用ini_set()来进行修改，因为这个配置项只有在请求启动的时候才有意义，也就是脚本根本就没有机会去修改它。其他的，比如像allow_url_fopen，它是管理员级别的配置项，所以你不希望在共享托管环境中的用户去修改它，不管是通过ini_set()还是用.htaccess指令。这个参数常见的值可能是PHP_INI_ALL，表明这个配置项可以在任何地方修改。还有PHP_INI_SYSTEM｜PHP_INI_PERDIR，表明配置项可以在php.ini文件或者在.htaccess文件通过Apache的指令来修改，但是不能使用ini_set()来修改。PHP_INI_SYSTEM，表示这个配置项只能在php.ini中修改，不能在其他地方修改。
当前我们将要跳过第四个参数，只是提一下这个参数允许传递一个回调方法，这个方法会在ini配置被修改的时候触发，无论什么时候，比如用ini_set()修改。这就允许一个扩展可以在配置被修改的时候做一些更准确的控制，或者触发一个需要依赖新配置的动作。
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