PHP autoload 机制详解

柠檬墨绿色

　　1. autoload 机制概述

　　在使用PHP的OO模式开发系统时，通常大家习惯上将每个类的实现都存放在一个单独的文件里，这样会很容易实现对类进行复用，同时将来维护时也很便利。这也是OO设计的基本思想之一。在PHP5之前，如果需要使用一个类，只需要直接使用include/require将其包含进来即可。下面是一个实际的例子：

　　/* Person.class.php */

　　<?php

　　class Person {

　　var $name, $age;

　　function __construct （$name, $age）

　　{

　　$this->name = $name;

　　$this->age = $age;

　　}

　　}

　　?>

　　/* no_autoload.php */

　　<?php

　　require_once （”Person.class.php”）；

　　$person = new Person（”Altair”， 6）；

　　var_dump （$person）；

　　?>

　　在这个例子中，no-autoload.php文件需要使用Person类，它使用了require_once将其包含，然后就可以直接使用Person类来实例化一个对象。

　　但随着项目规模的不断扩大，使用这种方式会带来一些隐含的问题：如果一个PHP文件需要使用很多其它类，那么就需要很多的require/include语句，这样有可能会造成遗漏或者包含进不必要的类文件。如果大量的文件都需要使用其它的类，那么要保证每个文件都包含正确的类文件肯定是一个噩梦。

　　PHP5为这个问题提供了一个解决方案，这就是类的自动装载（autoload）机制。autoload机制可以使得PHP程序有可能在使用类时才自动包含类文件，而不是一开始就将所有的类文件include进来，这种机制也称为lazy loading。

　　下面是使用autoload机制加载Person类的例子：

　　/* autoload.php */

　　<?php

　　function __autoload（$classname）

　　{

　　$classpath="./".$classname.'.class.php';

　　if（file_exists（$classpath））

　　{

　　require_once（$classpath）；

　　}

　　else

　　{

　　echo 'class file'.$classpath.'not found!';

　　}

　　}

　　$person = new Person（”Altair”， 6）；

　　var_dump （$person）；

　　?>

　　通常PHP5在使用一个类时，如果发现这个类没有加载，就会自动运行__autoload（）函数，在这个函数中我们可以加载需要使用的类。在我们这个简单的例子中，我们直接将类名加上扩展名”。class.php”构成了类文件名，然后使用require_once将其加载。从这个例子中，我们可以看出autoload至少要做三件事情，第一件事是根据类名确定类文件名，第二件事是确定类文件所在的磁盘路径（在我们的例子是最简单的情况，类与调用它们的PHP程序文件在同一个文件夹下），第三件事是将类从磁盘文件中加载到系统中。第三步最简单，只需要使用include/require即可。要实现第一步，第二步的功能，必须在开发时约定类名与磁盘文件的映射方法，只有这样我们才能根据类名找到它对应的磁盘文件。

　　因此，当有大量的类文件要包含的时候，我们只要确定相应的规则，然后在__autoload（）函数中，将类名与实际的磁盘文件对应起来，就可以实现lazy loading的效果。从这里我们也可以看出__autoload（）函数的实现中最重要的是类名与实际的磁盘文件映射规则的实现。

　　但现在问题来了，如果在一个系统的实现中，如果需要使用很多其它的类库，这些类库可能是由不同的开发人员编写的，其类名与实际的磁盘文件的映射规则不尽相同。这时如果要实现类库文件的自动加载，就必须在__autoload（）函数中将所有的映射规则全部实现，这样的话__autoload（）函数有可能会非常复杂，甚至无法实现。最后可能会导致__autoload（）函数十分臃肿，这时即便能够实现，也会给将来的维护和系统效率带来很大的负面影响。在这种情况下，难道就没有更简单清晰的解决办法了吧？答案当然是：NO! 在看进一步的解决方法之前，我们先来看一下PHP中的autoload机制是如何实现的。

　　2. PHP 的 autoload 机制的实现

　　我们知道，PHP文件的执行分为两个独立的过程，第一步是将PHP文件编译成普通称之为OPCODE的字节码序列（实际上是编译成一个叫做zend_op_array的字节数组），第二步是由一个虚拟机来执行这些OPCODE。PHP的所有行为都是由这些OPCODE来实现的。因此，为了研究PHP中autoload的实现机制，我们将autoload.php文件编译成opcode，然后根据这些OPCODE来研究PHP在这过程中都做了些什么：

　　/* autoload.php 编译后的OPCODE列表，是使用作者开发的OPDUMP工具

　　* 生成的结果，可以到网站 http://www.phpinternals.com/ 下载该软件。

　　*/

　　1: <?php

　　2:  // require_once （”Person.php”）；

　　3:

　　4:  function __autoload （$classname） {

　　0  NOP

　　0  RECV                1

　　5:   if （！class_exists（$classname）） {

　　1  SEND_VAR            !0

　　2  DO_FCALL            ‘class_exists’ [extval:1]

　　3  BOOL_NOT            $0 =>RES[~1]

　　4  JMPZ                ~1, ->8

　　6:    require_once （$classname. “。class.php”）；

　　5  CONCAT              !0, ‘。class.php’ =>RES[~2]

　　6  INCLUDE_OR_EVAL     ~2, REQUIRE_ONCE

　　7:   }

　　7  JMP                 ->8

　　8:  }

　　8  RETURN              null

　　9:

　　10:  $p = new Person（’Fred’， 35）；

　　1  FETCH_CLASS         ‘Person’ =>RES[:0]

　　2  NEW                 :0 =>RES[$1]

　　3  SEND_VAL            ‘Fred’

　　4  SEND_VAL            35

　　5  DO_FCALL_BY_NAME     [extval:2]

　　6  ASSIGN              !0, $1

　　11:

　　12:  var_dump （$p）；

　　7  SEND_VAR            !0

　　8  DO_FCALL            ‘var_dump’ [extval:1]

　　13: ?>

　　在autoload.php的第10行代码中我们需要为类Person实例化一个对象。因此autoload机制一定会在该行编译后的opcode中有所体现。从上面的第10行代码生成的OPCODE中我们知道，在实例化对象Person时，首先要执行FETCH_CLASS指令。我们就从PHP对FETCH_CLASS指令的处理过程开始我们的探索之旅。

　　通过查阅PHP的源代码（我使用的是PHP 5.3alpha2版本）可以发现如下的调用序列：

　　ZEND_VM_HANDLER（109, ZEND_FETCH_CLASS, …） （zend_vm_def.h 1864行）

　　=> zend_fetch_class （zend_execute_API.c 1434行）

　　=>zend_lookup_class_ex （zend_execute_API.c 964行）

　　=> zend_call_function（&fcall_info, &fcall_cache） （zend_execute_API.c 1040行）

　　在最后一步的调用之前，我们先看一下调用时的关键参数：

　　/* 设置autoload_function变量值为”__autoload” */

　　fcall_info.function_name = &autoload_function;  // Ooops, 终于发现”http://www.9ask.cn/tj/”   //wzopsjow __autoload了

　　…

　　fcall_cache.function_handler = EG（autoload_func）； // autoload_func !

　　zend_call_function是Zend Engine中最重要的函数之一，其主要功能是执行用户在PHP程序中自定义的函数或者PHP本身的库函数。zend_call_function有两个重要的指针形参数fcall_info, fcall_cache，它们分别指向两个重要的结构，一个是zend_fcall_info, 另一个是zend_fcall_info_cache。zend_call_function主要工作流程如下：如果fcall_cache.function_handler指针为NULL，则尝试查找函数名为fcall_info.function_name的函数，如果存在的话，则执行之；如果fcall_cache.function_handler不为NULL，则直接执行fcall_cache.function_handler指向的函数。

　　现在我们清楚了，PHP在实例化一个对象时（实际上在实现接口，使用类常数或类中的静态变量，调用类中的静态方法时都会如此），首先会在系统中查找该类（或接口）是否存在，如果不存在的话就尝试使用autoload机制来加载该类。而autoload机制的主要执行过程为：

　　检查执行器全局变量函数指针autoload_func是否为NULL。

　　如果autoload_func==NULL, 则查找系统中是否定义有__autoload（）函数，如果没有，则报告错误并退出。

　　如果定义了__autoload（）函数，则执行__autoload（）尝试加载类，并返回加载结果。

　　如果autoload_func不为NULL，则直接执行autoload_func指针指向的函数用来加载类。注意此时并不检查__autoload（）函数是否定义。

　　真相终于大白，PHP提供了两种方法来实现自动装载机制，一种我们前面已经提到过，是使用用户定义的__autoload（）函数，这通常在PHP源程序中来实现；另外一种就是设计一个函数，将autoload_func指针指向它，这通常使用C语言在PHP扩展中实现。如果既实现了__autoload（）函数，又实现了autoload_func（将autoload_func指向某一PHP函数），那么只执行autoload_func函数。