TypePHP 编译器
https://swoole.com/aot/
You can not select more than 25 topics
Topics must start with a letter or number, can include dashes ('-') and can be up to 35 characters long.
1387 lines
71 KiB
1387 lines
71 KiB
# Native Class Object 设计与实现
|
|
|
|
> 状态：第一阶段实现中。固定布局、Native Call、精确 tracing GC、
|
|
> 构造/克隆/析构、Trait、Getter/Setter、Property Hook、抽象类、单继承、有限虚分派和
|
|
> Interface 编译期契约已经落地；本文同时记录尚未开放的边界。
|
|
|
|
## 1. 背景
|
|
|
|
TypePHP 的普通 class 会注册到 ZendVM，并生成 `zend_class_entry`、对象处理器、属性元数据和 Zend 方法包装函数。这使普通 class 能够兼容动态 PHP、Reflection、动态调用、序列化等能力，但也带来了固定的运行时成本。
|
|
|
|
Native Class Object 面向少量要求极致性能的场景。它只允许在静态编译的 TypePHP 代码中使用，不注册到 ZendVM，并直接生成为接近 C++ `struct` 的数据结构。
|
|
|
|
该能力不是普通 class 的自动优化模式，也不替代现有对象模型。开发者必须显式选择 Native Class，并接受相应的功能限制。
|
|
|
|
## 2. 设计目标
|
|
|
|
1. 属性具有固定内存布局，可以直接访问 C++ 字段。
|
|
2. 方法继续编译为现有 `php_*` C++ 自由函数，第一个参数是具体 Native struct 的 `this_`。
|
|
3. 不生成 `zend_class_entry`、Zend object handlers 和 Zend 方法包装函数。
|
|
4. 不执行 `zend_call_function()`，不经过 ZendVM 动态分派。
|
|
5. 对象句柄只占一个机器字，不使用 `std::shared_ptr` 和原子引用计数。
|
|
6. 普通参数传递不增加引用计数，不复制对象实体。
|
|
7. Getter、Setter、Property Hook 等静态特性可以被 C++ 编译器内联。
|
|
8. Native Class 编译器实现放在独立目录中，避免将特殊规则散布到现有编译器代码。
|
|
9. 不为了兼容少量依赖 ZendVM 的特性牺牲主要路径的性能和可维护性。
|
|
10. 所有属性必须显式声明类型，禁止依靠首次赋值推断属性布局。
|
|
11. 除 `bool`、`int`、`float` 外，允许属性保存 string、array、object、Stream、mixed 等合法且受支持的 PHP/TypePHP 类型。
|
|
|
|
## 3. 非目标
|
|
|
|
Native Class Object 初版不追求以下能力：
|
|
|
|
- 与动态 PHP 代码互操作。
|
|
- 在 `eval()`、动态 `include` 中访问。
|
|
- Zend Reflection 元数据。
|
|
- 动态属性、变量方法名和动态类名实例化。
|
|
- 与普通 ZendVM class 互相继承。
|
|
- 自动装箱为 `php::Object` 或 `php::Variant`。
|
|
- 完整兼容 PHP 对象的析构时机和垃圾回收行为。
|
|
- 在无法静态证明安全时自动降级为 ZendVM Object。
|
|
|
|
## 4. 显式声明
|
|
|
|
建议使用专用注解，暂定为：
|
|
|
|
```php
|
|
#[Native]
|
|
class Point
|
|
{
|
|
public float $x;
|
|
public float $y;
|
|
|
|
public function length(): float
|
|
{
|
|
return sqrt($this->x ** 2 + $this->y ** 2);
|
|
}
|
|
}
|
|
```
|
|
|
|
Native Class 支持单继承，但只能继承另一个 Native Class。普通 ZendVM class 与 Native Class 之间禁止互相继承。`final class` 和 `final` 方法继续生效，并为编译器提供更强的去虚化条件。
|
|
|
|
继承链中的每一个 concrete class 都必须显式声明 `#[Native]`，不能仅因父类是 Native Class 就隐式切换对象模型：
|
|
|
|
```php
|
|
#[Native]
|
|
class Base {}
|
|
|
|
#[Native]
|
|
class Child extends Base {}
|
|
```
|
|
|
|
`#[Native]` 是 Native Class Object 的正式显式声明方式。未使用该注解的普通 class 继续进入现有 ZendVM Object 编译流程。
|
|
该注解只能用于具名 `class`；Interface、Trait 与 Enum 均不能声明为 Native。Trait 仍可由
|
|
Native Class 在 convert 阶段注入，但 Trait 自身不形成 Native runtime 类型。
|
|
|
|
## 5. 生成的 C++ 结构
|
|
|
|
上述代码近似生成：
|
|
|
|
```cpp
|
|
struct php_app__point {
|
|
php::Float x;
|
|
php::Float y;
|
|
};
|
|
|
|
php::Float php_app__point__length(php_app__point &this_);
|
|
```
|
|
|
|
没有父类、子类和 override method 的 Native Class 不包含：
|
|
|
|
- 虚函数表。
|
|
- Native Object 基类。
|
|
- 运行时 class id。
|
|
- 对象内引用计数。
|
|
- Zend object header。
|
|
- 属性名称表和方法名称表。
|
|
|
|
不参与 override 分派时，Native struct 只包含字段，不生成 C++ 成员函数。PHP 源码中的实例方法继续沿用 TypePHP 当前的函数式 ABI：
|
|
|
|
```cpp
|
|
php::Float php_app__point__length(php_app__point &this_) {
|
|
return php::fn::sqrt(this_.x * this_.x + this_.y * this_.y);
|
|
}
|
|
```
|
|
|
|
调用生成：
|
|
|
|
```cpp
|
|
php_app__point__length(*point);
|
|
```
|
|
|
|
调用方在解引用前完成一次 null 检查，`php_*` 方法函数内部可以假设 `this_` 有效。普通实例方法统一使用可写的 `native_struct &this_`，不因方法体是否修改属性而产生不同 ABI。
|
|
|
|
这个规则带来以下收益：
|
|
|
|
- 完全复用当前 `php_*` 方法符号命名与 Native Call 机制。
|
|
- 参数求值顺序、默认参数、类型检查和异常边界继续走现有函数生成逻辑。
|
|
- 不参与继承分派的 Native struct 不包含 vtable 或成员函数声明。
|
|
- 所有 Native struct 可以先完成前置声明和字段定义，再统一生成方法函数。
|
|
- Getter、Setter、Property Hook 和魔术方法可以统一 lowering 为同类自由函数。
|
|
|
|
Native 方法不生成 Zend method wrapper，也不注册到 ZendVM。普通 PHP class 与 Native Class 的 `php_*` 符号仍必须进入现有编译符号冲突检测。
|
|
|
|
### 5.1 继承与虚分派
|
|
|
|
Native Class 使用 C++ public single inheritance 保持基类子对象布局。PHP 方法的实现主体仍然是 `php_*` 自由函数，不改为复杂的 C++ 成员函数模型。
|
|
|
|
Native abstract class 及 abstract method 也完全在编译期实现。抽象方法在 C++ struct 中
|
|
生成 pure virtual thunk，具体 Native 子类的实现继续调用对应 `php_*` 自由函数；通过抽象
|
|
基类 typed parameter 调用时只发生一次 C++ 虚分派，不注册 Zend class 或 method。
|
|
|
|
全程序分析发现继承链中存在同名的 public/protected instance method 时，为每一个声明层级
|
|
生成独立的内部 virtual slot。子类实现同时覆盖祖先 slot，并以各 slot 自己的参数和返回
|
|
签名生成 adapter，再转调子类的 `php_*` 实现。这样可以保留 PHP 允许的参数逆变、返回值
|
|
协变，而不会把不兼容的 C++ 函数指针或引用强制转换到同一个 vtable slot：
|
|
|
|
```cpp
|
|
struct php_app__base;
|
|
php::Str php_app__base__name(php_app__base &this_);
|
|
|
|
struct php_app__base {
|
|
virtual php::Str __native_dispatch_base_name() {
|
|
return php_app__base__name(*this);
|
|
}
|
|
|
|
~php_app__base() noexcept = default;
|
|
};
|
|
|
|
struct php_app__child;
|
|
php::Str php_app__child__name(php_app__child &this_);
|
|
|
|
struct php_app__child : public php_app__base {
|
|
php::Str __native_dispatch_base_name() override {
|
|
return php_app__child__name(*this);
|
|
}
|
|
};
|
|
```
|
|
|
|
调用规则：
|
|
|
|
- receiver 的静态类型确定为最终实现类时，直接调用对应 `php_*` 函数。
|
|
- receiver 是可能指向子类的基类指针，且方法族存在 override 时，通过内部 virtual thunk 分派。
|
|
- 未被 override 的方法继续直接调用 `php_*` 函数，不引入虚调用。
|
|
- private、static、constructor 和 destructor 不加入 virtual method family。
|
|
- PHP 不支持按参数签名重载；Native Class 同样不增加 C++ overload 语义。
|
|
- override 必须通过现有 PHP 方法兼容性规则和 Interface 检查。
|
|
- 普通值参数通过 per-declaration adapter 支持 PHP 的参数逆变与返回协变。Native Object
|
|
参数禁止 `&`；typed pointer 按值传递已经共享对象身份，而 `&` 还会暴露调用方指针槽的
|
|
重绑定能力，这不属于 Native Object ABI。
|
|
- C++ 默认参数由 receiver 的静态类型绑定，不能直接放在 virtual 声明上。编译器为每个
|
|
可用的位置参数数量生成一个重载 virtual slot；动态选中的 adapter 再调用自身 `php_*`
|
|
实现，因此使用动态实现类的默认值，不需要运行时 presence mask。
|
|
- Native virtual method 的命名参数调用可以省略尾部连续的 optional 参数；若在后续实参
|
|
之前留下命名参数空洞则编译期拒绝。该少见形状无法由位置型 C++ 重载表达，支持它会使
|
|
每次虚调用携带 presence mask。非虚 Native Call 仍保留普通命名参数行为。
|
|
|
|
这会提供继承所必需的有限单分派多态，但不支持变量方法名、运行时 overload resolution、`__call()` 或 ZendVM 动态调用。C++ 编译器仍可对 `final` class、`final` method 和已知精确类型完成去虚化。
|
|
|
|
GC header 的 `NativeTypeDescriptor` 始终记录最派生的动态类型。即使对象通过基类指针存活，trace、finalize 和 destroy 也必须使用动态 descriptor，不能仅依据变量的静态类型。
|
|
|
|
### 5.2 继承对象布局
|
|
|
|
继承层次必须满足以下布局规则：
|
|
|
|
- 父类字段位于 C++ base subobject 中，子类只追加自身新增字段。
|
|
- public/protected 同名属性必须通过现有 PHP 属性兼容性检查；表示同一个继承属性时复用父类 slot，不得在子类重复存储。
|
|
- 父类 private 属性与子类同名属性是两个不同 slot。生成字段名必须包含 declaring class 或稳定 slot id，避免 C++ 名称隐藏造成误访问。
|
|
- 访问继承属性时，代码生成器依据 property definition 的 declaring class 计算固定字段路径，不进行名称查找。
|
|
- 最派生类型的 `trace()` 必须覆盖自身和所有 base subobject 中的 Native pointer field。
|
|
- constructor 不参与虚分派。与 PHP 一样，子类是否调用 `parent::__construct()` 由源码显式决定，并直接生成确定的 `php_*` 调用。
|
|
- `final` class 禁止被继承，`final` method 禁止被 override。
|
|
|
|
继承图必须在生成 struct 前完成拓扑排序。Native Class 只支持单一 class parent；多个 Interface 不参与对象布局。
|
|
|
|
## 6. 属性类型与存储
|
|
|
|
Native Class 的每一个实体属性都必须具有显式类型：
|
|
|
|
```php
|
|
#[Native]
|
|
final class RequestContext
|
|
{
|
|
public bool $ready = false;
|
|
public int $status = 0;
|
|
public float $elapsed = 0.0;
|
|
public string $method = '';
|
|
public array $headers = [];
|
|
public object $request;
|
|
public Stream $body;
|
|
public mixed $metadata = null;
|
|
|
|
public function __construct(object $request, Stream $body)
|
|
{
|
|
$this->request = $request;
|
|
$this->body = $body;
|
|
}
|
|
}
|
|
```
|
|
|
|
禁止未声明类型的属性：
|
|
|
|
```php
|
|
#[Native]
|
|
final class InvalidContext
|
|
{
|
|
public $value; // FatalError
|
|
}
|
|
```
|
|
|
|
类型声明用于在编译期确定 C++ 字段布局。不同类型建议映射如下：
|
|
|
|
| TypePHP 属性类型 | C++ 字段表示 | 说明 |
|
|
|---|---|---|
|
|
| `bool` | `php::Bool` | 原生值字段 |
|
|
| `int` | `php::Int` | 原生值字段 |
|
|
| `float` | `php::Float` | 原生值字段 |
|
|
| `string` | `php::Str` | TypePHP 当前使用的 PHPX RAII 字符串类型 |
|
|
| `array` | `php::Array` | PHPX RAII 数组，保留 PHP COW 语义 |
|
|
| 确定的 Zend class | `php::Object` | 保存 Zend Object，并在赋值入口验证 class |
|
|
| `object` | `php::Object` | 保存任意 Zend Object |
|
|
| Native Class | `native_struct *` | 保存同一 Native Heap 内的裸指针 |
|
|
| `Stream` | `php::Var` | 保存 stream resource zval，并在赋值入口执行精确类型检查 |
|
|
| `mixed` / `any` | `php::Var` | 保存任意 PHP zval；两种声明具有相同的无约束槽语义 |
|
|
| 不含 Native Class 的 union/intersection/nullable | `php::Var` | 与普通类属性使用同一类型描述和运行时写入检查 |
|
|
| `?NativeClass` | `native_struct *` | `nullptr` 表示空值；包含 Native Class 的 union/intersection 不支持 |
|
|
| BigInt/BigFloat/Decimal | `php::Var` | 保存 PHPX boxed 高精度值；字段寻址仍是固定偏移，运算复用现有 Variant ABI |
|
|
|
|
`string`、`array`、Zend Object、Stream 和 mixed 字段仍然直接位于 C++ `struct` 的固定偏移处。它们持有的底层 zval 或 zend 对象由 PHPX RAII 类型管理，但属性读取不需要属性哈希表、object handler 或 ZendVM 分派。
|
|
|
|
PHP 本身不允许将 `resource` 写成属性类型；TypePHP 中的 stream resource 应使用已有的 `Stream` 伪类型声明。`void`、`never`、`callable` 等 PHP 本身禁止用于属性声明的类型，在 Native Class 中同样禁止。
|
|
|
|
以下类型明确禁止作为 Native Class 属性类型：
|
|
|
|
- `Box`
|
|
- `std\array`
|
|
- `std\vector`
|
|
- `std\map`
|
|
- `std\ordered_map`
|
|
- 后续增加的其他 Std Container 类型
|
|
|
|
这些类型具有独立的泛型布局、引用或所有权语义，将它们嵌入 Native Class 会显著扩大首版类型组合和生命周期分析范围。开发者可以使用普通 PHP `array` 字段；PHP array 中仍然不能保存 Native Object，因为 Native Object 没有 `zval` 表示。
|
|
|
|
例如：
|
|
|
|
```cpp
|
|
struct php_app__requestcontext final {
|
|
php::Bool ready;
|
|
php::Int status;
|
|
php::Float elapsed;
|
|
php::Str method;
|
|
php::Array headers;
|
|
php::Object request;
|
|
php::Var body;
|
|
php::Var metadata;
|
|
};
|
|
```
|
|
|
|
允许字段持有 ZendVM 值不代表 Native Class Object 本身进入 ZendVM。ZendVM 可以管理字段指向的 String、Array、Object 或 resource，但它不知道外层 Native Class 的存在。
|
|
|
|
### 6.1 属性引用
|
|
|
|
Native 属性是否允许取引用必须完全由声明元数据在编译期决定，不生成运行时类型分支：
|
|
|
|
- `mixed` / `any` 是无约束的 `php::Var` 槽，允许 `$ref =& $object->property`。
|
|
- `bool`、`int`、`float` 等固定布局字段不能表示 PHP 引用，编译期拒绝。
|
|
- `string`、`array`、`object`、Stream 和高精度类型虽然具有 PHPX 包装层，但仍是固定声明类型，引用写入会绕过类型约束，因此编译期拒绝。
|
|
- nullable、union、intersection 等受约束的 `php::Var` 字段同样拒绝引用；不能仅因底层存储也是 `php::Var` 就允许。
|
|
- 带 Property Hook 的属性没有可暴露的实体槽，始终拒绝引用。
|
|
|
|
这项规则只允许引用无约束字段值，不允许引用 Native Object 指针变量本身。Native Object 变量之间的普通赋值已经共享对象身份。
|
|
|
|
### 6.2 初始化状态
|
|
|
|
Native Class 不保存 PHP typed property 的 `UNDEF` 状态，也不为字段增加额外状态位。对象创建时，每个没有显式默认值的字段直接使用类型零值：
|
|
|
|
- `bool` 为 `false`；`int`、`float` 为 `0`。
|
|
- `string` 为空字符串，`array` 为空数组。
|
|
- `mixed`/`php::Var` 为 `null`。
|
|
- Zend Object 和 Native Class 指针均为 `null`。
|
|
- `Stream` 为空 resource 状态。
|
|
- 属性具有显式默认值时，在零值构造之后应用声明默认值。
|
|
- 初版禁止对 Native Class 属性使用 `unset()`，避免重新引入运行时 UNDEF 状态。
|
|
|
|
因此没有默认值的属性也可以立即读取，但读取到的是上述确定零值，而不是 PHP 的“未初始化 typed property”异常。所有属性仍必须声明类型。
|
|
|
|
Property Hook 的虚拟属性没有实体字段，但 Hook 声明仍必须包含类型。
|
|
|
|
### 6.3 赋值检查
|
|
|
|
已确定的赋值在编译期检查。来自 `mixed`、动态 PHP 返回值或其他无法静态确定的值，在写入字段前执行一次运行时类型检查。检查完成后直接写入对应字段，不经过 Zend property handler。
|
|
|
|
这意味着支持任意 PHP 字段类型不会改变 Native Class 的属性寻址性能；额外成本只出现在无法静态证明类型安全的赋值边界。
|
|
|
|
## 7. 对象变量与身份语义
|
|
|
|
为了保留 PHP 对象的身份和别名语义，TypePHP 变量保存原始对象指针：
|
|
|
|
```cpp
|
|
php_app__point *point;
|
|
```
|
|
|
|
赋值只复制指针：
|
|
|
|
```php
|
|
$a = new Point();
|
|
$b = $a;
|
|
$b->x = 10;
|
|
```
|
|
|
|
生成语义近似：
|
|
|
|
```cpp
|
|
auto *a = native_heap.make<php_app__point>();
|
|
auto *b = a;
|
|
b->x = 10;
|
|
```
|
|
|
|
因此 `$a` 和 `$b` 仍指向同一个对象，不会因为采用 C++ `struct` 而变成值复制。
|
|
|
|
Native Class Object 不使用 `std::shared_ptr`。`std::shared_ptr` 的控制块、原子引用计数和循环引用问题与本特性的极致性能目标不符。
|
|
|
|
Native Object 的严格比较使用指针身份：`===`/`!==` 判断两个槽是否指向同一个 Native
|
|
对象，也支持与 `null` 比较。与任何 Zend 标量或 Zend Object 的严格比较恒为
|
|
`false`，不会把裸指针隐式转换为 `bool`。`match` 条件同样使用这一指针身份规则。
|
|
PHP 的 `==`/`!=` 会递归比较 Zend Object 属性；Native
|
|
Object 没有 Zend object handler，而且对象图可能包含环，因此不提供隐式字段值比较。
|
|
松散比较、大小比较和算术/位运算在编译期直接报错。需要值相等语义时应声明一个具有
|
|
明确字段和循环处理规则的普通 Native 方法。
|
|
|
|
一元算术/位运算、`++`/`--`、复合算术赋值和 `switch` 也依赖 PHP 的数值或松散比较
|
|
语义，因此禁止用于 Native Object。该检查必须发生在 C++ 生成前，避免裸指针意外进入
|
|
合法但危险的 C++ 指针算术。
|
|
|
|
`isset($native)` 与 `empty($native)` 直接检查裸指针是否为 `nullptr`。命名 Native
|
|
属性链使用短路 lambda 逐级检查中间指针，不会把指针传入 `php::Variant`，因此
|
|
`isset($node->next->next)` 在中间槽为空时返回 `false`，而不是触发空对象调用。
|
|
|
|
### 7.1 Native Class 循环引用
|
|
|
|
两个或多个 Native Class 可以在属性类型上相互引用：
|
|
|
|
```php
|
|
#[Native]
|
|
final class A
|
|
{
|
|
public ?B $b = null;
|
|
}
|
|
|
|
#[Native]
|
|
final class B
|
|
{
|
|
public A $a;
|
|
|
|
public function __construct(A $a)
|
|
{
|
|
$this->a = $a;
|
|
}
|
|
}
|
|
```
|
|
|
|
生成 C++ 时必须先前置声明所有 Native struct：
|
|
|
|
```cpp
|
|
struct php_a;
|
|
struct php_b;
|
|
|
|
struct php_a final {
|
|
php_b *b;
|
|
};
|
|
|
|
struct php_b final {
|
|
php_a *a;
|
|
};
|
|
```
|
|
|
|
Native Class 属性始终保存指针，不按值嵌入另一个 Native struct，因此不会产生无限递归的对象尺寸，也不要求按依赖顺序完整定义 struct。
|
|
|
|
编译器应对 Native Class 类型依赖图计算强连通分量（SCC）：
|
|
|
|
- SCC 只用于安排前置声明、完整定义和方法实现的生成顺序。
|
|
- 循环类型依赖本身不是错误。
|
|
- 禁止把 Native Class 属性生成为 by-value struct 字段。
|
|
- 所有 Native struct 完整定义完成后，再生成依赖完整类型的方法体。
|
|
|
|
Native Heap tracing GC 能够遍历所有 Native 指针字段，因此 A 与 B 相互指向不会形成引用计数循环，也不会产生永久泄漏。裸指针字段本身没有析构动作。
|
|
|
|
Native Object 属性的零值是 `nullptr`，包括源码中声明为 non-nullable 的 Native Class
|
|
属性。non-nullable 约束只作用于后续显式赋值，不引入 PHP typed property 的 UNDEF
|
|
状态。因此循环对象图可以先分别构造，再建立双向关系：
|
|
|
|
```php
|
|
$a = new A();
|
|
$b = new B($a);
|
|
$a->b = $b;
|
|
```
|
|
|
|
不需要构造依赖 SCC 或“两阶段发布”机制；类型 SCC 仅用于 C++ 前置声明与生成顺序。
|
|
|
|
## 8. 内存与生命周期
|
|
|
|
Request Arena 只能作为分配器和 Request Shutdown 兜底，不能作为唯一生命周期机制。对于常驻 CLI、HTTP Server 或单个超长 request，如果对象只能在 Request Shutdown 释放，内存会持续增长。
|
|
|
|
Native Class Object 应使用独立的、非移动、精确 tracing GC。本文将该运行时称为 Native Heap。
|
|
|
|
### 8.1 Native Heap
|
|
|
|
首版 Wren 派生实现为每个对象分配一块连续内存，并在 struct 前放置隐藏 GC header：
|
|
|
|
```cpp
|
|
struct NativeGcHeader {
|
|
const NativeTypeDescriptor *type;
|
|
NativeGcHeader *next;
|
|
uint32_t flags;
|
|
uint32_t size;
|
|
};
|
|
|
|
// 内存布局：[NativeGcHeader][php_app__point]
|
|
auto *point = native_heap.make<php_app__point>();
|
|
```
|
|
|
|
GC header 不属于生成的 C++ struct，也不会改变属性偏移。用户可见对象变量仍然只是一个 `native_struct *`。
|
|
|
|
当前分配器使用独立 non-moving allocation；Arena/chunk/free-list 可以作为后续分配器
|
|
优化，但不得改变对象地址稳定性、header 布局、精确 tracing 或 finalization 语义。
|
|
|
|
Native Heap 具有以下特征：
|
|
|
|
- non-moving：对象地址从创建到回收始终不变。
|
|
- precise：只扫描编译器明确登记的 Native 指针，不保守扫描任意内存。
|
|
- stop-the-world：初版只在当前 TypePHP request/thread 的安全点执行完整回收。
|
|
- non-atomic：Native Object 不跨线程，GC 元数据不使用原子操作。
|
|
- 无 per-assignment retain/release：普通指针赋值不修改引用计数。
|
|
|
|
Request Shutdown 会销毁 Native Heap 中的全部剩余对象，但正常运行期间也会周期性回收不可达对象。
|
|
|
|
### 8.2 类型描述与对象图遍历
|
|
|
|
每个 Native struct 生成静态类型描述：
|
|
|
|
```cpp
|
|
struct NativeTypeDescriptor {
|
|
void (*trace)(void *object, NativeMarkVisitor &visitor);
|
|
void (*destroy)(void *object);
|
|
size_t size;
|
|
size_t alignment;
|
|
};
|
|
```
|
|
|
|
`trace()` 只访问 Native Class 指针字段：
|
|
|
|
```cpp
|
|
static void trace_a(void *ptr, NativeMarkVisitor &visitor) {
|
|
auto *object = static_cast<php_a *>(ptr);
|
|
visitor.mark(object->b);
|
|
}
|
|
```
|
|
|
|
`php::Str`、`php::Array`、`php::Object`、`php::Var` 和 Stream 字段由 Zend 引用计数管理，但它们不能反向保存 Native Object，因此无需由 Native GC 深入扫描。
|
|
|
|
禁止 Native Object 进入 PHP Array、Box 和 Zend Object，是保证 Native 对象图封闭且可精确遍历的重要条件。局部 Std Container 是例外：当元素类型明确写成 Native Class 时，容器直接保存 typed Native pointer，并由独立的容器 Root Frame 在 GC 标记阶段遍历其当前元素。该 Root Frame 跟踪容器而不是元素地址，因此 vector/map 扩容搬迁不会产生悬空 root。
|
|
|
|
### 8.3 Root 管理
|
|
|
|
GC 必须知道当前仍被 TypePHP 代码引用的 Native Object。编译器为可能跨越 GC safe point 存活的局部变量生成轻量 shadow root frame：
|
|
|
|
```cpp
|
|
struct FunctionNativeRoots {
|
|
NativeRootFrame frame;
|
|
php_a *a;
|
|
php_b *b;
|
|
};
|
|
```
|
|
|
|
函数入口将 frame 链接到当前 Native Heap，退出时通过 C++ RAII 自动解除链接。C++ 异常展开时也必须正确移除 frame。
|
|
|
|
为降低开销：
|
|
|
|
- 不包含 Native Object 的函数不创建 root frame。
|
|
- 只借用调用者对象且不会触发 Native 分配的叶子方法不创建 root frame。
|
|
- 只登记可能跨越 Native allocation 或显式 GC safe point 存活的变量。
|
|
- 普通方法 receiver 由调用者的 root 或对象图保持存活，不重复登记。
|
|
- 临时对象如果跨越一次可能触发 GC 的调用，必须先写入 root slot。
|
|
- Native Class 允许保存在 TypePHP global 和 static local 中。这些槽不进入 Zend `$GLOBALS`，而是生成独立 Native 指针槽。
|
|
- ZTS 构建中的 global/static 指针槽和 static 初始化状态均使用 `THREAD_LOCAL`，不同线程之间不共享 Native 对象。
|
|
- RINIT 将这些槽登记为 request root；RSHUTDOWN 清空槽和初始化状态，随后由 Native Heap 统一 finalization 和回收。
|
|
|
|
这比每次对象赋值执行引用计数更适合大量属性写入和循环计算。
|
|
|
|
### 8.4 GC 触发点
|
|
|
|
初版只在确定的 safe point 执行 GC：
|
|
|
|
- Native Heap 分配量超过自适应阈值。
|
|
- Request Shutdown 强制清理全部对象。
|
|
|
|
Native GC 不暴露语言级显式收集函数。PHPX 内部的收集入口只供运行时阈值策略和底层测试使用，不注册为 TypePHP/PHP API。
|
|
|
|
普通字段读取、字段写入和方法调用本身不触发 GC。GC 不应异步运行，也不在任意 C++ 指令之间发生。
|
|
|
|
初版采用完整 mark-sweep：
|
|
|
|
1. 从 shadow root frame、global/static root 开始标记。
|
|
2. 通过每个类型的 `trace()` 遍历 Native 指针字段。
|
|
3. 使用显式 worklist，避免递归遍历造成 C++ 栈溢出。
|
|
4. 扫描 Native Heap，回收未标记对象。
|
|
5. 保留存活对象地址，清除 mark 状态。
|
|
6. 根据本次存活比例调整下一次 GC 阈值。
|
|
|
|
A/B 相互引用但无法从任何 root 到达时，两者都会在同一次 sweep 中回收。
|
|
|
|
### 8.5 析构与 GC 重入
|
|
|
|
不可达对象可能包含 `php::Array`、`php::Object` 或 `php::Var`。销毁这些字段时，Zend Object destructor 可能执行用户代码，甚至再次分配 Native Object。因此 sweep 不能一边修改 GC 链表一边直接执行全部 C++ 析构。
|
|
|
|
初版必须采用 finalize/destroy 分离的回收流程：
|
|
|
|
1. 标记并从活动对象集合中摘除全部不可达对象，将其状态设为 `finalizing`。
|
|
2. 完成 GC 内部数据结构更新后，在 GC 临界区外调用用户 `__destruct()` finalizer。
|
|
3. finalizing 阶段产生的新 Native Object 加入新的活动列表。
|
|
4. finalizing 期间禁止递归进入 GC；新的收集请求记录为 pending，在本轮完成后执行。
|
|
5. Native Object 本身不能进入 ZendVM，但用户 `__destruct()` 可以把 `$this` 保存到另一个 Native root，使对象在 finalization 期间复活；对象的 finalized 状态保证用户析构最多执行一次。
|
|
6. finalizer 完成后重新扫描 roots；用户 `__destruct()` 与实际 C++ 字段析构分离，只有未复活对象才执行 C++ destroy 和存储释放。
|
|
|
|
### 8.6 后续栈分配优化
|
|
|
|
当逃逸分析能够证明对象不会离开当前函数时，可以直接栈分配：
|
|
|
|
```cpp
|
|
php_app__point point_storage;
|
|
auto *point = &point_storage;
|
|
```
|
|
|
|
栈分配属于后续优化，不应成为首版正确性依赖。返回值、写入另一个 Native Object 属性或传给未知函数的对象均视为逃逸。
|
|
|
|
栈上 Native Object 本身不加入 Native Heap，但如果包含 Native 指针字段，GC root descriptor 必须能够遍历该栈对象的对外引用。
|
|
|
|
### 8.7 Request Shutdown
|
|
|
|
Request Shutdown 是最终兜底，而不是常规对象回收时机。它必须在 PHP 内存池销毁前停止 GC、摘除 root frame，并销毁 Native Heap 中的全部剩余对象。
|
|
|
|
不能直接等待 PHP 内存池统一释放，否则 `php::Str`、`php::Array`、`php::Object`、`php::Var` 等字段持有的资源无法正确析构。
|
|
|
|
### 8.8 开源 GC 实现参考
|
|
|
|
Native Heap 不应从零发明未经验证的 GC 模型，但也不适合直接嵌入完整语言 VM。应复用成熟算法和测试方法，并针对 TypePHP 的封闭 Native 对象图实现小型专用 GC。
|
|
|
|
| 项目/算法 | 特点 | 对 TypePHP 的适用性 |
|
|
|---|---|---|
|
|
| Wren GC | 小型、non-moving、精确 mark-sweep、显式 gray worklist、自适应 heap threshold | 最适合作为首版代码上游；无对象赋值 barrier，容易验证和移植 |
|
|
| BDWGC | 历史悠久的 C/C++ conservative collector，默认 STW，也支持部分平台的 incremental/parallel 能力 | 成熟度和接入便利性最高，但不能保证回收所有不可达对象 |
|
|
| Oilpan/cppgc | Chrome/Blink 使用的 C++ tracing GC，精确扫描 heap、保守扫描 native stack，支持并发/增量处理 | 大型 C++ 项目成熟，但要求 `GarbageCollected<T>`、`Member<T>`、Trace 和 write barrier，集成过重 |
|
|
| MMTk | Rust GC framework，具有 MarkSweep、Immix、generational 等多种 plan 和多语言 VM binding | 性能上限高，但需要实现完整 VM binding、root scanning、object model、barrier 和 safepoint |
|
|
| mruby GC | 三色增量 mark-sweep，可选 generational，具有 root arena 和 write barrier | 适合作为第二阶段增量 GC 参考；实现和状态机更复杂 |
|
|
| Lua 5.4 GC | 成熟的 incremental/generational collector，可调 pause、step multiplier 和 step size | 长时运行经验丰富，但与 Lua VM 深度耦合，不适合直接集成 |
|
|
| PHP/CPython 风格 RC + cycle collector | 对象不可达时通常立即释放，循环由附加 collector 处理 | 高频传参、赋值和字段写入都会产生 INCREF/DECREF，不符合主要性能目标 |
|
|
|
|
官方参考：
|
|
|
|
- Wren VM GC：<https://github.com/wren-lang/wren/blob/main/src/vm/wren_vm.c>
|
|
- BDWGC：<https://github.com/bdwgc/bdwgc>
|
|
- Oilpan standalone library：<https://v8.dev/blog/oilpan-library>
|
|
- Oilpan C++ GC 设计：<https://v8.dev/blog/high-performance-cpp-gc>
|
|
- MMTk plans/bindings 状态：<https://www.mmtk.io/status>
|
|
- MMTk VM porting guide：<https://docs.mmtk.io/portingguide/>
|
|
|
|
#### 8.8.1 性能比较
|
|
|
|
TypePHP 的主要热路径是 Native Object 指针传参、变量赋值和 Native 指针属性写入，而不是 GC 本身。候选方案必须优先避免让每次赋值承担额外成本。
|
|
|
|
| 方案 | 指针赋值热路径 | 分配与回收 | 暂停特征 |
|
|
|---|---|---|---|
|
|
| Wren 派生 STW mark-sweep | 裸指针写入，无 RC、无 barrier | 简单 free-list/page allocator，完整 heap mark/sweep | heap 很大时 full mark 暂停较长 |
|
|
| BDWGC 默认模式 | 普通裸指针写入，无显式 barrier | 高度优化且成熟；扫描 stack、register、globals 和 GC heap | 默认 STW；部分平台可 incremental/parallel |
|
|
| Oilpan/cppgc | `Member<T>` 写入；增量/并发 marking 需要 barrier fast path | page heap、并发/增量 marking/sweeping 成熟 | 低暂停能力最好，但 mutator 热路径更复杂 |
|
|
| MMTk MarkSweep | 可选择 NoBarrier 的 non-moving MarkSweep | allocator/metadata/parallel worker 基础设施强 | 取决于 binding 和 plan；首版 binding 本身成本很高 |
|
|
| MMTk Immix/Generational | 需要 barrier、object logging 或 remembered set；部分 plan 可能移动对象 | 吞吐和空间利用潜力最高 | 可实现更低暂停，但破坏裸指针稳定性的风险更高 |
|
|
|
|
对于“对象互相传递、赋值、引用非常多”的 TypePHP 程序，Wren 派生 STW 和 BDWGC 默认模式的 mutator 热路径最有优势。Oilpan 和 MMTk 高级 plan 的优势主要体现在大 heap 的暂停和吞吐，而代价会进入每次指针写入或整体 runtime integration。
|
|
|
|
#### 8.8.2 精确性与长期内存稳定性
|
|
|
|
BDWGC 是 conservative collector。它把 stack/register/global 中看起来像 GC heap 地址的机器字当作潜在指针。其官方文档明确说明，它不保证回收所有不可访问存储。误识别通常只是延迟回收，但在长期运行程序中，内存上界会依赖 stack 内容、地址布局和编译器行为。
|
|
|
|
BDWGC 可以使用 typed allocation descriptor 减少 heap 内部的误扫描，但 native stack 仍然是 conservative root。TypePHP 已经能够在编译期准确知道 Native pointer local 和 Native pointer field，因此放弃这些信息改用 conservative scanning 并不理想。
|
|
|
|
Oilpan 同样是 heap precise、native stack conservative。它在 Chrome/Blink 中可靠，但仍可能因 native stack 上的伪指针延迟回收。Oilpan 的使用场景可以利用 event-loop task 边界选择更干净的 stack 状态；常驻 TypePHP CLI 不一定具备相同条件。
|
|
|
|
Wren 派生 GC 与 MMTk 都可以使用 TypePHP 生成的 shadow root frame 做到完全 precise。只要 root frame 和 `trace()` 生成正确，不存在伪指针导致的对象滞留。
|
|
|
|
#### 8.8.3 对象布局兼容性
|
|
|
|
TypePHP 已确定 Native Object 变量是裸指针，Native struct 只包含 public 字段，方法是 `php_*` 自由函数。
|
|
|
|
- Wren 派生 GC 可以把 GC header 放在 struct 之前，并通过 `NativeTypeDescriptor` 扫描裸指针字段，完全匹配该布局。
|
|
- BDWGC 允许直接返回裸指针，对布局侵入最少，但无法自然复用 TypePHP 的精确 root 信息。
|
|
- Oilpan 要求 GC object 使用 `GarbageCollected<T>`，heap pointer 使用 `Member<T>`，并提供 `Trace()`；这会改变已经确定的 struct 和字段设计。
|
|
- MMTk 不强制 C++ 基类，但 binding 必须定义 object reference、header/side metadata、copy/pin、root slot 和 object scanning。若使用 moving plan，所有裸指针还必须可更新或永久 pin。
|
|
|
|
#### 8.8.4 C++ 析构和 Zend 重入
|
|
|
|
Native Object 可以包含 `php::Str`、`php::Array`、`php::Object` 和 `php::Var`，回收时必须执行 C++ 析构；Zend Object destructor 还可能执行 PHP 用户代码。
|
|
|
|
- Wren 派生库可以按 TypePHP 需要实现“摘除不可达对象，再在 GC 临界区外析构”的两阶段流程。
|
|
- BDWGC 提供 finalizer，但 finalizer 的执行顺序和重新可达语义需要额外适配；它无法直接理解 ZendVM 的异常和 request 生命周期。
|
|
- Oilpan 会对具有非平凡析构的对象执行 finalization，但官方约束 finalizer 不应访问其他 on-heap object；复杂场景需要 pre-finalizer，并依赖其运行时规则。
|
|
- MMTk 把 finalizer/weak reference 语义留给 VM binding，实现责任仍然落到 TypePHP。
|
|
|
|
因此四种方案都不能直接解决 Zend 重入；Wren 派生方案虽然需要自行实现，但可以只实现 TypePHP 实际需要的严格语义。
|
|
|
|
#### 8.8.5 成熟度与集成风险
|
|
|
|
| 方案 | 上游成熟度 | TypePHP 新增代码风险 | 构建与分发 |
|
|
|---|---|---|---|
|
|
| Wren 派生 GC | Wren 算法经过长期使用；提取后的派生库需要 TypePHP 自己验证 | 中等，核心小但 root/finalization adapter 必须充分测试 | 小型 C 静态库，容易支持 GCC/Clang/MSVC/WASI |
|
|
| BDWGC | 最高，拥有长期 C/C++ 使用历史和多平台代码 | 低到中等，主要风险是 conservative retention 和 Zend finalizer adapter | CMake/静态库成熟，最接近 GMP 类依赖 |
|
|
| Oilpan/cppgc | Chrome/Blink 内成熟度很高 | 高，API、对象布局、platform/task integration 都与当前设计冲突 | 源于 V8 工程，GN/platform 依赖和版本升级成本大 |
|
|
| MMTk | GC framework 和多个 VM binding 活跃 | 很高，新 TypePHP binding 本身就是大型 runtime 项目 | 增加 Rust/Cargo、C ABI、worker/safepoint 和跨平台构建链 |
|
|
|
|
Oilpan 和 MMTk 的“上游成熟”不能直接等价为“TypePHP 集成可靠”。真正决定可靠性的会是新建的 adapter/binding，而这两种方案要求的 binding 面远大于 Wren 派生库或 BDWGC。
|
|
|
|
#### 8.8.6 跨平台与 WASM
|
|
|
|
TypePHP 需要同时考虑 Linux、Windows、macOS 和 wasm32-wasip2：
|
|
|
|
- Wren 派生 GC 只依赖显式 root frame 和普通线性内存，最容易跨平台。
|
|
- BDWGC 的 native stack/register/dynamic-library 扫描包含平台相关实现。原生桌面平台成熟，但 WASI 需要单独验证；WebAssembly 通常无法像原生程序一样任意检查 VM stack，传统移植往往需要 shadow stack。
|
|
- Oilpan/cppgc 依赖 V8 platform/task 基础设施，不适合作为 WASI 静态库依赖。
|
|
- MMTk 当前没有 TypePHP/WASI binding；Rust target 可用不代表 GC plan、线程、内存映射和 root scanning 已可用。
|
|
|
|
#### 8.8.7 最终选择
|
|
|
|
综合结论：首版继续选择 Wren 派生的精确、非移动、stop-the-world mark-sweep。
|
|
|
|
选择依据按优先级排列：
|
|
|
|
1. Native 指针赋值和传参保持真正的裸指针零附加操作。
|
|
2. 使用 TypePHP 已知的精确 root/field 信息，避免 conservative retention。
|
|
3. 保持对象地址稳定，不引入 handle、pin 或 pointer update。
|
|
4. 可以完全控制 C++ 字段析构、Zend 重入和 request shutdown 顺序。
|
|
5. C 静态库小，适合现有 CMake、三大桌面平台和 WASI 工具链。
|
|
6. GC 功能只影响 `#[Native]` 分支，不把大型 runtime framework 带入普通 TypePHP 程序。
|
|
|
|
BDWGC 保留为备选验证基线。实现阶段可以用相同 benchmark 对比 Wren 派生 GC 与 BDWGC typed allocation；如果 Wren 派生实现未能通过可靠性、长时运行或性能门槛，可以退回 BDWGC，而不是直接跳到 Oilpan/MMTk。
|
|
|
|
Oilpan 不采用，主要原因是对象布局、`Member<T>` write barrier、保守 stack 和 V8 platform/build 依赖与当前设计冲突。MMTk 暂不采用，主要原因是 VM binding 和 Rust runtime 集成规模远超首版需求；当 Native Heap 达到数 GB、full mark pause 成为实际瓶颈且项目能够承担专门 GC 团队时，可以重新评估 MMTk MarkSweep/Immix。
|
|
|
|
在编码前应定义稳定的 GC adapter API，但首版只实现和交付 Wren backend：
|
|
|
|
```cpp
|
|
namespace php::native_gc {
|
|
|
|
void *allocate(
|
|
size_t size,
|
|
size_t alignment,
|
|
const NativeTypeDescriptor *type
|
|
);
|
|
void addRoot(NativeRootFrame *frame);
|
|
void removeRoot(NativeRootFrame *frame);
|
|
void collect();
|
|
void shutdown();
|
|
|
|
} // namespace php::native_gc
|
|
```
|
|
|
|
这里不使用运行时函数表、虚函数或 backend 对象。生成代码只调用固定符号，最终静态链接到 Wren adapter，分配入口可以被 LTO 内联。基准测试若要替换为 BDWGC，可在单独构建目标中链接实现相同 API 的 adapter；正式产物不承担多 backend 的运行时抽象成本。
|
|
|
|
Wren GC 确定为 Native Heap 的首版算法和代码上游。Wren 使用 MIT License，但它的 GC 实现目前与 Wren VM 对象模型耦合，并不是可以直接链接的独立 GC library。因此 TypePHP 应从固定的 Wren upstream commit 提取最小 collector 子集，并维护为独立第三方派生库，而不是将完整 Wren VM 链入程序。
|
|
|
|
建议目录：
|
|
|
|
```text
|
|
phpx/thirdparty/wren-gc/
|
|
├── include/
|
|
│ └── wren_gc.h
|
|
├── src/
|
|
│ └── wren_gc.c
|
|
├── LICENSE
|
|
├── UPSTREAM.md
|
|
└── CHANGES.md
|
|
```
|
|
|
|
第三方库要求：
|
|
|
|
- `LICENSE` 保留完整 Wren MIT License 和原始版权声明。
|
|
- `UPSTREAM.md` 记录 Wren 仓库 URL、提取文件和固定 commit hash。
|
|
- `CHANGES.md` 记录从 Wren Object/VM 模型适配到 TypePHP `NativeTypeDescriptor`/root frame 的修改。
|
|
- 上游代码与 TypePHP adapter 分离，避免把编译器逻辑继续写入第三方文件。
|
|
- 生成独立静态库，例如 `libwren_gc.a`，构建和链接方式与 GMP、MPFR、libmpdecimal 等第三方依赖保持一致。
|
|
- 未使用 `#[Native]` 的程序不需要初始化 Native Heap；是否仍统一链接静态库由最终构建方案决定。
|
|
- 不导入 Wren parser、bytecode VM、对象系统、标准库或其他无关模块。
|
|
|
|
PHPX 的 Native GC adapter 负责类型 descriptor、root frame、C++ 析构回调、Zend 重入保护及面向生成代码的稳定 C++ API。TypePHP 编译器只负责生成 descriptor、trace/finalize/destroy 函数、root frame 操作和调用代码。第三方 Wren GC 只负责对象登记、mark worklist、sweep、阈值与 heap page/free-list 管理。
|
|
|
|
### 8.9 首版算法选择
|
|
|
|
首版确定采用 Wren 风格的精确、非移动、stop-the-world mark-sweep：
|
|
|
|
- Native 指针赋值不执行引用计数。
|
|
- Native 指针属性写入不需要 write barrier。
|
|
- 普通传参只是复制一个指针。
|
|
- GC 只在 Native allocation、显式收集和 shutdown safe point 运行。
|
|
- 每次收集都从精确 root 开始遍历完整 Native 对象图。
|
|
- 循环对象与普通不可达对象使用同一算法回收。
|
|
- 收集完成后使用存活字节数计算下一次阈值。
|
|
|
|
首版采用以下固定默认值：
|
|
|
|
- 首次收集阈值：10 MiB。
|
|
- 收集后的最低阈值：1 MiB。
|
|
- 存活堆增长比例：50%。
|
|
- 下一次收集阈值：`max(1 MiB, liveBytes + liveBytes * 50%)`。
|
|
|
|
这组参数沿用 Wren 的成熟默认值。阈值会随每轮收集后的实际存活字节数自动伸缩，
|
|
但不读取 PHP `memory_limit`、主机物理内存或容器内存。PHP `memory_limit` 面向
|
|
Zend 请求内存，常见的 128 MiB 默认值不能代表常驻 TypePHP 程序的 Native Heap
|
|
预算；按主机内存同比放大阈值也会使相同程序在不同机器上表现不稳定。
|
|
|
|
10 MiB 只表示首次触发完整收集前允许的累计 Native allocation，并不是预留或立即
|
|
申请 10 MiB。1 MiB 下限避免小型存活集反复触发 stop-the-world 收集；50% headroom
|
|
在扫描 CPU 与额外内存之间采取比 Go 默认 100% 更保守的折中，因为首版 collector
|
|
是单线程 stop-the-world，而不是并发 collector。后续只能依据 TypePHP 的真实分配率、
|
|
存活率、暂停时间和峰值内存 benchmark 调整这些内部常量，不开放语言级 GC 调参接口。
|
|
|
|
选择 stop-the-world 而不是增量 GC 的主要原因，是 TypePHP 程序中的对象传递、字段赋值和引用更新可能非常密集。增量三色 GC 必须在 marking 期间维持颜色不变量，从而在 Native 指针字段写入路径增加 write barrier。即使 barrier 的正常路径只有一次分支，它仍会影响最重要的高频路径。
|
|
|
|
### 8.10 后续低停顿模式
|
|
|
|
如果 benchmark 证明完整 mark 阶段停顿不可接受，可以参考 mruby/Lua 增加可选的 incremental 模式，但不能改变默认快速路径：
|
|
|
|
```cpp
|
|
object->child = value;
|
|
|
|
if (UNLIKELY(native_heap.is_incremental_marking())) {
|
|
native_heap.write_barrier(object, value);
|
|
}
|
|
```
|
|
|
|
实际生成时应先判断 GC phase，再只在 marking 阶段执行 barrier。普通模式下编译器可以完全不生成 barrier；启用 incremental 模式时才增加 `UNLIKELY` 分支。
|
|
|
|
Generational GC 需要 remembered set，并使 old-to-young 指针写入长期携带 barrier，不应进入首版。只有在真实应用证明大量 Native Object“朝生夕死”且 full mark 成本明显时再评估。
|
|
|
|
## 9. 参数传递
|
|
|
|
普通对象参数按指针值传递：
|
|
|
|
```php
|
|
function move(Point $point, float $x): void
|
|
{
|
|
$point->x = $x;
|
|
}
|
|
```
|
|
|
|
近似生成：
|
|
|
|
```cpp
|
|
void php_move(php_app__point *point, php::Float x);
|
|
```
|
|
|
|
这同时满足：
|
|
|
|
- 不复制对象实体。
|
|
- 不增加引用计数。
|
|
- 修改属性对调用者可见。
|
|
- 在函数内部重新赋值 `$point` 不影响调用者变量。
|
|
|
|
这里不需要、也不允许 PHP 引用符号：
|
|
|
|
```php
|
|
function replace(Point &$point): void; // FatalError
|
|
$alias =& $point; // FatalError
|
|
refval($point); // FatalError
|
|
$point->toRef(); // FatalError
|
|
```
|
|
|
|
普通的 `$alias = $point` 已经只复制有类型的指针，二者指向并修改同一个对象。
|
|
|
|
返回 Native Object 时返回指针：
|
|
|
|
```cpp
|
|
php_app__point *php_create_point();
|
|
```
|
|
|
|
非 nullable class 参数在函数入口执行一次空指针检查。确定非空的成员访问不应重复检查。
|
|
nullable class 必须使用 `?Point`，使用相同指针表示，`nullptr` 表示 `null`。
|
|
`Point $value = null` 这种隐式 nullable 声明不支持，必须写为 `?Point $value = null`。
|
|
`Point|null`、其他 union/intersection、Native variadic 参数以及 Native 引用返回均不支持。
|
|
参数和返回值必须显式声明具体 Native Class（或其 nullable 形式），不能通过 `mixed`、
|
|
`object` 或 Interface carrier 传递。
|
|
|
|
例如：
|
|
|
|
```php
|
|
function bar(Point $point): void
|
|
{
|
|
// 函数入口已经完成非空检查；进入函数体后 $point 一定指向 Point 对象。
|
|
echo $point->x;
|
|
}
|
|
|
|
function maybeBar(?Point $point): void
|
|
{
|
|
// $point 可能是空指针，使用前必须先收窄或由成员访问生成空值检查。
|
|
if ($point !== null) {
|
|
echo $point->x;
|
|
}
|
|
}
|
|
```
|
|
|
|
两者的 C++ ABI 都使用 `php_app__point *`，但契约不同：`bar()` 在执行第一条用户
|
|
语句前拒绝 `nullptr`；`maybeBar()` 接受 `nullptr`。这项入口保证只约束传入时的值，
|
|
函数内部仍可把自己的局部指针槽重新赋为 `null`，且不会改变调用者的变量槽。
|
|
|
|
## 10. ZendVM 边界
|
|
|
|
Native Object 没有对应的 `zval` 表示，因此只能传给明确接受相同 Native Class或其 Native 基类的参数。Interface 只用于校验 Native Class 的声明契约，不能作为 Native Object 的参数、属性、变量或返回值 carrier。
|
|
|
|
Native Class 的字段可以保存 `php::Var`、`php::Array` 或 `php::Object`，但这并不会使外层 Native Object 获得 `zval` 表示。允许“Zend 值进入 Native 字段”，不等于允许“Native Object 进入 ZendVM”。
|
|
|
|
初版禁止将 Native Object：
|
|
|
|
- 赋值给 `mixed` 或普通 `object`。
|
|
- 转换为 `php::Var` 或 `php::Object`。
|
|
- 传给未知 PHP 函数、PHP 扩展函数或动态方法。
|
|
- 使用 `$nativeObject->$expr()`、`$nativeObject->{$expr}()` 等变量方法名调用。
|
|
- 放入普通 PHP `array`。
|
|
- 捕获到需要注册为 Zend Closure 的闭包中。
|
|
- 作为 TypePHP Generator 的参数、`this`、局部变量、返回类型或 `yield` 值。Generator
|
|
由 Zend Closure/Fiber 状态机表示，Native pointer 不进入该 Zend 状态。
|
|
- 作为 Fiber API 的传入值、恢复值或 Closure capture。普通 TypePHP 函数可以在自己的
|
|
C++ 局部槽中保存 Native Object 并跨越 `Fiber::suspend()`；Native Root Frame 使用
|
|
可任意 O(1) 摘除的 thread-local 双向侵入链表，GC 会同时扫描运行中与挂起 Fiber 的
|
|
有效 frame，不依赖跨 Fiber 的 LIFO 析构顺序。
|
|
- 作为 `call_user_func()` 等动态 callback 的 receiver。
|
|
- 保存到 ZendVM 全局变量或对象属性中。
|
|
|
|
Box 不能保存 Native Object。Std Container 不能作为 Native Class 属性，但局部
|
|
`std::array`、`std::vector`、`std::map` 和 `std::ordered_map` 可以使用具体
|
|
`NativeClass::class` 作为 value type，并保存该类或其 Native 子类。普通 PHP array
|
|
仍然不能保存 Native Object。
|
|
|
|
任何跨越 ZendVM 边界的行为都应在编译期抛出 FatalError。编译器不得静默装箱或降级，因为这会使性能模型不可预测。
|
|
|
|
Native Object 必须始终保持 typed object。它不能被擦除为 `var`、`mixed`、普通 `object` 或无类型 callback receiver。即使编译器能够常量折叠 `$expr = 'run'`，变量方法名语法仍不支持；只有源码中明确写出的 `$nativeObject->run()` 才进入 Native method resolution。
|
|
|
|
## 11. 属性访问
|
|
|
|
没有 Hook 的属性直接访问字段：
|
|
|
|
```php
|
|
$point->x = 1.0;
|
|
echo $point->x;
|
|
```
|
|
|
|
近似生成：
|
|
|
|
```cpp
|
|
point->x = 1.0;
|
|
echo(point->x);
|
|
```
|
|
|
|
所有实体属性必须显式声明类型。初版不支持动态属性、字符串属性名、`__get()` 和 `__set()`。
|
|
|
|
Visibility 只在编译期检查，不生成运行时访问控制元数据。
|
|
|
|
### 11.1 Visibility
|
|
|
|
`public`、`protected`、`private` 的访问权限完全由 Native Class 编译器静态检查。运行时不保存 visibility flag，也不执行 scope 切换或权限判断。
|
|
|
|
生成的 C++ `struct` 中所有字段都保持 public：
|
|
|
|
```cpp
|
|
struct php_app__user final {
|
|
php::Str name;
|
|
php::Int age;
|
|
};
|
|
```
|
|
|
|
PHP 源码中的 `private string $name` 不生成 C++ `private:`。这是因为方法是 `php_*` 自由函数，C++ private field 会阻止对应方法函数直接访问字段，并迫使实现引入 friend、成员方法或额外 accessor。
|
|
|
|
编译器必须在以下位置完成静态权限检查：
|
|
|
|
- 直接属性读取和写入。
|
|
- Getter、Setter 和 Property Hook lowering。
|
|
- 方法调用和静态方法调用。
|
|
- clone 字段复制。
|
|
- Trait AST 注入后的访问。
|
|
- 编译器生成的辅助代码。
|
|
|
|
Native Object 不能进入动态调用、Reflection 或 ZendVM，因此不存在运行时绕过 visibility 的合法入口。手工编写 C++ 代码直接访问字段不属于 TypePHP 语言兼容范围。
|
|
|
|
## 12. Getter、Setter 和生成器注解
|
|
|
|
Getter、Setter 等纯编译期生成器注解可以支持。它们应先展开为普通 AST，再由 Native Class 分支生成 `php_*` 自由函数。
|
|
|
|
```php
|
|
#[Native]
|
|
final class User
|
|
{
|
|
#[Getter]
|
|
#[Setter]
|
|
private string $name;
|
|
}
|
|
```
|
|
|
|
近似生成：
|
|
|
|
```cpp
|
|
struct php_app__user final {
|
|
php::Str name;
|
|
};
|
|
|
|
php::Str php_app__user__getname(php_app__user &this_) {
|
|
return this_.name;
|
|
}
|
|
|
|
void php_app__user__setname(php_app__user &this_, php::Str value) {
|
|
this_.name = value;
|
|
}
|
|
```
|
|
|
|
简单 Getter/Setter 应允许 C++ 编译器完全内联。Native Class 不注册注解或生成 Reflection 元数据。
|
|
|
|
原则上可以支持所有只修改 AST、不依赖 ZendVM 的生成器注解。具体支持清单需要在实现前逐项确认。
|
|
|
|
### 12.1 Trait AST 注入
|
|
|
|
Native Class 支持 Trait。Trait 不建立独立的 Native runtime 类型，也不生成对象实体；继续复用 TypePHP 现有的编译期 AST 注入机制。
|
|
|
|
处理顺序固定为：
|
|
|
|
1. 解析 class 和 Trait，并完成 `use`、`insteadof`、`as` 及冲突检查。
|
|
2. 在 convert 阶段把 Trait 的属性、常量、方法和 Property Hook AST 注入目标 class。
|
|
3. 保留节点的 Trait 来源、Trait namespace/use context 和 `__TRAIT__` 信息。
|
|
4. 对注入后的完整 class AST 执行 Native Class 类型、visibility、继承、Interface 和边界检查。
|
|
5. 将注入成员与普通 class member 一样生成字段及 `php_*` 方法。
|
|
|
|
同一个 Trait 可以同时被普通 TypePHP class 和 Native Class 使用；最终采用哪一种对象模型，由目标 class 决定。Trait 注入后的属性仍必须具有合法的显式类型，方法也必须满足 Native Class 的 ZendVM 边界限制。
|
|
|
|
### 12.2 Interface
|
|
|
|
Interface 不接受 `#[Native]`。它仍是普通 PHP/TypePHP Interface，照常注册到
|
|
ZendVM；普通 PHP class 实现该 Interface 的行为不变。Native Class 支持
|
|
`implements`，但它与该 Interface 的关系只存在于 TypePHP 编译期：
|
|
|
|
- 使用与 PHP 一致的规则检查 required method 和 hooked property 是否存在、visibility、
|
|
static/引用/variadic、参数与返回类型及属性读写约束是否兼容。
|
|
- 项目 Interface 使用预处理得到的完整声明；PHP 内置 Interface 使用 Reflection 得到的
|
|
正式签名。Tentative return type 保持 PHP 8.4 的非致命语义，不擅自升级为 FatalError。
|
|
- 在 Trait AST 注入及继承成员合并完成后检查，因此 Trait 或父类提供的方法可以满足 Interface。
|
|
- 支持 Interface 继承和多个 `implements` 声明。
|
|
- 不为 Native Class 生成 Interface vtable、runtime interface id、`zend_class_entry` 或
|
|
Reflection 元数据；ZendVM 不会看到该 Native Class 是 Interface 的 implementor。
|
|
- 当 receiver 的具体 Native Class 在编译期已知时，`$native instanceof SomeInterface`
|
|
根据完整 `implements` 关系直接折叠为 `true` 或 `false`。
|
|
- 不支持动态 Interface cast，也不能把 Native Object 交给 ZendVM 的 Interface 参数或
|
|
使用 Reflection 查询其实现关系。
|
|
|
|
Interface 类型不能成为 Native Object 的类型擦除 carrier。即使调用点知道具体 Native
|
|
Class，也禁止把 Native Object 传给 Interface typed parameter，或赋值、返回为 Interface
|
|
类型。Interface typed 参数和属性仍可正常保存 Zend Object，但不能同时保存 Native
|
|
Object。编译器不得为此生成 `reinterpret_cast`、`void *` 转换或临时 Zend Object；错误
|
|
转换会破坏对象布局并可能导致 crash，因此必须在 C++ 代码生成前抛出 FatalError。
|
|
|
|
首版明确不提供调用点静态特化、fat pointer 或 interface table。需要共享 Native 方法实现
|
|
时使用 Trait；需要多态传参时使用具有真实 C++ 继承关系的 Native 基类。若未来确实需要在
|
|
多个无共同 Native 基类的实现之间做运行时动态分派，应作为新的对象表示单独设计，不能
|
|
偷偷把 Native Object 装箱为 Zend Object，也不能改变当前裸指针 Native Call 的热路径。
|
|
|
|
### 12.3 `instanceof`
|
|
|
|
Native Class 没有 `zend_class_entry` 或运行时类名查找，因此只支持目标 class
|
|
能够在编译期解析的 `instanceof`。编译器依据 Native 静态类型与继承关系直接
|
|
折叠为 `true` 或 `false`，但仍保留左操作数中构造、函数调用等副作用：
|
|
|
|
```php
|
|
$object instanceof NativeClass;
|
|
```
|
|
|
|
TypePHP 不为 `NativeClass::class` 增加特殊的 `instanceof` 语法。以下运行时
|
|
class operand 不支持：
|
|
|
|
```php
|
|
$class = NativeClass::class;
|
|
$object instanceof $class; // FatalError
|
|
```
|
|
|
|
如果变量的静态类型是 Native 父类，而目标是其子类，结果依赖对象的运行时动态
|
|
类型，编译器同样抛出 FatalError，不伪造错误的布尔结果。
|
|
|
|
## 13. Property Hook
|
|
|
|
Property Hook 可以编译为确定的 C++ getter/setter：
|
|
|
|
```php
|
|
#[Native]
|
|
final class User
|
|
{
|
|
public string $name {
|
|
get => strtoupper($this->name);
|
|
set => trim($value);
|
|
}
|
|
}
|
|
```
|
|
|
|
近似生成：
|
|
|
|
```cpp
|
|
struct php_app__user final {
|
|
php::Str name_storage;
|
|
};
|
|
|
|
php::Str php_app__user__get_name(php_app__user &this_);
|
|
void php_app__user__set_name(php_app__user &this_, php::Str value);
|
|
```
|
|
|
|
读取和赋值分别生成：
|
|
|
|
```cpp
|
|
php_app__user__get_name(*user);
|
|
php_app__user__set_name(*user, value);
|
|
```
|
|
|
|
为保持 Native 分支简单且不存在隐式运行时分派，首版只支持直接读取和直接赋值：
|
|
|
|
```php
|
|
$value = $user->count;
|
|
$user->count = getValue();
|
|
```
|
|
|
|
带 Hook 的属性禁止：
|
|
|
|
- `+=`、`.=` 等复合写入。
|
|
- `++`、`--`。
|
|
- `$object->hookedArray[] = ...`、元素赋值或元素 `unset()` 等间接写入。
|
|
- `isset()`、`empty()`。
|
|
- 取引用。
|
|
- 引用返回。
|
|
- 返回底层属性 slot。
|
|
- 使用 `int_ref`、`float_ref` 等引用优化。
|
|
- 绕过 Hook 直接写入 backing field。
|
|
|
|
Native Property Hook 只有编译期语义，不生成 Zend Property Hook 元数据。
|
|
|
|
## 14. Clone
|
|
|
|
`clone` 可以支持，但必须由编译器生成字段级浅复制，不能无条件依赖 C++ 默认 copy constructor。
|
|
|
|
当 receiver 的静态类型可能保存 Native 子类时，继承层次生成一个内部协变 virtual clone
|
|
thunk，由动态子类执行正确尺寸的字段复制并调用其 `__clone()`；不能按静态基类复制，否则会
|
|
发生 C++ object slicing。没有 Native 继承关系的类继续使用静态 clone 路径，不增加 vptr。
|
|
|
|
```php
|
|
$copy = clone $source;
|
|
```
|
|
|
|
近似生成：
|
|
|
|
```cpp
|
|
auto *copy = native_heap.make<php_app__user>();
|
|
copy->name = source->name;
|
|
copy->profile = source->profile;
|
|
php_app__user____clone(*copy);
|
|
```
|
|
|
|
复制规则：
|
|
|
|
- 标量字段按值复制。
|
|
- String、PHP Array、Zend Object、Stream 和 mixed 按各自 PHPX/C++ 类型的复制语义处理。
|
|
- PHP Array 保持 PHP 的 copy-on-write 行为，不进行无条件深拷贝。
|
|
- Zend Object 字段复制对象句柄，继续指向同一 Zend 对象。
|
|
- Native Object 字段复制指针，继续指向同一对象，保持浅复制语义。
|
|
- 完成字段复制后调用可选的 `__clone()`；子类未重新声明时会解析并调用继承的
|
|
`__clone()`，子类重新声明时不会隐式再调用父实现，与普通方法覆盖规则一致。
|
|
- `__clone()` 的 public/protected/private 可见性在 clone 表达式所在的编译期作用域检查，
|
|
不允许通过直接 Native Call 绕过。
|
|
- clone operand 可以是 typed variable、Native function/method call 或 Native property
|
|
expression；非变量 operand 会先物化为精确 root 的临时裸指针。
|
|
|
|
包含不可复制字段的 Native Class 必须显式禁止 clone；对它使用 `clone` 时编译期报错。
|
|
|
|
## 15. 构造和析构
|
|
|
|
### 15.1 构造
|
|
|
|
`new` 在 Native Heap 中创建结构，然后直接调用构造函数对应的 `php_*` 自由函数：
|
|
|
|
```cpp
|
|
auto *object = native_heap.make<php_app__user>();
|
|
php_app__user____construct(*object, args...);
|
|
```
|
|
|
|
构造函数抛出异常时，必须销毁已经初始化的字段，并从 Native Heap 活动对象集合中移除该对象。
|
|
|
|
与其他 TypePHP class 一致，`__construct()` 只能由 `new` 触发。显式调用
|
|
`$object->__construct()` 在编译期报错，避免重复初始化已经存活的 Native Object。
|
|
|
|
### 15.2 析构
|
|
|
|
`__destruct()` 与 PHP 的精确析构时机存在冲突。Tracing GC 只能保证在对象变为不可达并完成 GC 后执行资源清理，不能保证在最后一个变量离开作用域时立即执行。
|
|
|
|
Native Class 必须支持用户定义的 `__destruct()`，但采用 tracing GC 的生命周期语义：
|
|
|
|
- 对象在一次 GC 中被确认不可达，或 Native Heap shutdown 时，调用 `__destruct()`。
|
|
- 每个对象最多调用一次用户析构逻辑。
|
|
- 用户代码不能显式调用 `$object->__destruct()`、`self::__destruct()` 或 `parent::__destruct()`；编译期直接报 FatalError。
|
|
- 同一个回收批次内，不同对象之间的析构顺序不保证与 PHP 一致。
|
|
- 继承链上的析构按最派生类到基类的顺序自动执行，不要求也不允许用户显式调用父类析构。
|
|
|
|
用户 `__destruct()` 不能直接作为实际 C++ destructor 的函数体。原因是 TypePHP 方法可能抛出异常、调用 ZendVM 或再次分配 Native Object；让这些行为从 C++ destructor 中发生，尤其是在异常栈展开期间，可能触发 `std::terminate()`，也无法安全处理对象复活。
|
|
|
|
因此使用两个明确分离的阶段：
|
|
|
|
```cpp
|
|
struct NativeTypeDescriptor {
|
|
void (*trace)(void *object, NativeMarker &marker);
|
|
void (*finalize)(void *object); // 调用 php_* __destruct 链
|
|
void (*destroy)(void *object); // C++ destructor + 释放存储
|
|
};
|
|
```
|
|
|
|
1. GC 将不可达对象从 active set 摘除并标记为 `finalizing`。
|
|
2. 在 GC 标记/扫描临界区之外调用动态类型 descriptor 的 `finalize()`。
|
|
3. `finalize()` 自动按 derived-to-base 顺序调用各层声明的 `php_*__destruct` 自由函数。
|
|
4. 用户析构完成后重新检查 roots；如果对象在析构期间被重新保存到 Native root，则保留对象，但将其标记为 `finalized`，以后不再调用用户析构。
|
|
5. 未复活对象调用 `destroy()`；实际 C++ destructor 只负责字段 RAII 和基类子对象清理，保持 `noexcept`。descriptor 已记录最派生类型，因此不依赖通过基类指针执行 `delete`，也不要求仅为销毁而给所有继承层次增加 vtable。
|
|
6. finalizer 抛出异常时，GC 必须先恢复内部状态并保证对象最终可清理，再把异常传播到当前 TypePHP 异常边界；shutdown 阶段遵循单独的不可抛出策略。
|
|
|
|
Request shutdown 会在 finalization 前后各清空一次已注册的 global/static Native root。
|
|
这是必要的：`__destruct()` 可能在 finalization 中把 `$this` 重新写入某个全局槽，但 request
|
|
heap 随后仍会整体销毁；第二次清空可防止悬空指针进入下一 request。
|
|
|
|
这种设计保留 `__destruct()` 的资源清理能力，同时避免让复杂用户代码穿过 C++ destructor。它与 PHP 的主要差异是调用时机由 Native GC 决定，而不是引用计数降为零的时刻。
|
|
|
|
### 15.3 `unset()` 与析构时机
|
|
|
|
Native 局部变量是一个由 root frame 跟踪的 `native_struct *` 槽。普通赋值只复制指针，因此多个变量可以引用同一对象。
|
|
|
|
`unset($object)` 和 `$object = null` 只把当前指针槽设为 `nullptr`，既不清零对象属性，也不影响其他别名。只有对象已经不存在其他 Native root 或 Native field 引用，并在下一次 GC 或 shutdown 中被确认不可达，才进入 finalization。这保持了 PHP 的对象身份与别名语义，但不保证 PHP 引用计数归零时的立即析构时机。
|
|
|
|
方法调用的空值检查应由编译器的 nullability 分析决定：`new`、非 nullable 参数完成入口检查后的值以及 Native `this_` 可直接解引用；nullable/global/static 或控制流合并后无法证明非空的值才生成 `UNEXPECTED(ptr == nullptr)` 运行时检查。
|
|
|
|
### 15.4 关键词转换方法
|
|
|
|
Native Class 支持 `toArray()`、`toString()`、`toInt()`、`toFloat()`、`toBool()` 等 TypePHP 关键词转换方法，但不会进入 PHPX 的动态转换 helper。编译器要求 Native Class 实际声明对应的零参数方法，并把调用直接 lowering 为 Native Call。
|
|
|
|
方法返回类型必须与关键词类型完全一致。例如 `toArray(): array`、`toInt(): int`、`toString(): string`；缺少方法、接收参数、按引用返回或返回类型不同均为编译期 FatalError。
|
|
|
|
对象条件与显式转换是两套语义。`if ($object)`、`!$object`、`$left && $right` 和
|
|
`$left || $right` 只判断 Native pointer 是否为 `nullptr`，不会调用 `toBool()`；这与
|
|
PHP 对普通对象“存在即为 true”的语义一致，也使 nullable Native pointer 可以直接作为
|
|
条件。只有显式 `(bool) $object` 或 `$object->toBool()` 才解析为 Native `toBool(): bool`
|
|
调用；没有定义该方法时在编译期报错。即使类定义的 `toBool()` 返回 `false`，一个非空
|
|
对象在 `if ($object)` 中仍为 `true`。
|
|
|
|
`__toString(): string` 是 `toString(): string` 的兼容别名。对 Native Object 使用 `toString()`、`strval($object)`、`(string) $object`、字符串拼接或 `echo` 时，编译器优先使用实际声明的 `toString()`，若不存在则使用 `__toString()`。
|
|
|
|
与 PHP 一致，声明合法 `__toString()` 的 Native Class 在编译期隐式满足 `Stringable`；
|
|
`$native instanceof Stringable` 折叠为 `true`，但这仍不允许把 Native Object 转换或
|
|
传递为 `Stringable` Interface 值。
|
|
|
|
### 15.5 `count()` 与 `Countable`
|
|
|
|
当编译器能静态确定 Native Class 实现了 `Countable` 时，`count($nativeObject)` 等价于
|
|
`$nativeObject->count()`，并直接 lowering 为同一个 Native Call。Native Object 不会因此构造
|
|
Zend Object，也不会进入 `php::fn::count()`。
|
|
|
|
仅仅声明一个名为 `count()` 的方法并不足够；Native Class 必须显式 `implements Countable`，且
|
|
实现会经过内部 Interface 签名校验。首版只支持 `count($nativeObject)` 单参数形式；带 `$mode`
|
|
的形式不进入这条 Native 特化路径。
|
|
|
|
### 15.6 Nullsafe operator
|
|
|
|
Native root 及每一个中间 receiver 都是 Native pointer 时，`?->` 使用专门的短路
|
|
lowering。每一级只执行一次 `nullptr` 判断，方法参数只在 receiver 非空后求值。最终结果
|
|
为 Native Object 时继续返回 nullable typed pointer；最终结果为 PHP 标量或 PHPX value
|
|
时，因为 PHP 语义是 `T|null`，只在结果边界装箱为 `php::Var`。
|
|
|
|
Native nullsafe chain 不能在中间切换到 Zend Object 后继续；该混合对象模型链在编译期
|
|
拒绝，用户应拆成两条语句。Native Property Hook 可以作为最终的直接读取；
|
|
`isset()/empty()` 不支持 Hook 属性。
|
|
|
|
### 15.7 `json_encode()`
|
|
|
|
Native Object 没有 `zval` 表示，不能作为 `json_encode()` 或其他 PHP/ZendVM 函数的参数。编译器不会为 `json_encode()` 增加特殊 lowering，也不会隐式构造临时 Zend Object 或 DTO；`json_encode($nativeObject)` 在编译期直接报错。
|
|
|
|
需要 JSON 时，Native Class 应显式提供返回 PHP array 的 `toArray(): array`，再由用户调用：
|
|
|
|
```php
|
|
$json = json_encode($nativeObject->toArray());
|
|
```
|
|
|
|
显式转换使分配成本和对象图转换边界在源码中清晰可见，也保持“Native Object 不跨越 ZendVM 边界”的统一规则。
|
|
|
|
## 16. 首版支持边界
|
|
|
|
| 特性 | 首版建议 |
|
|
|---|---|
|
|
| 固定类型属性 | 支持 |
|
|
| string/array/object/Stream/mixed 属性 | 支持，使用对应 PHPX RAII 字段 |
|
|
| 无类型属性 | 不支持，编译期 FatalError |
|
|
| 直接属性读写 | 支持 |
|
|
| 普通成员方法 | 支持 |
|
|
| Native Object 参数/返回值 | 必须显式声明具体 Native Class；按 pointer value 传递，不复制对象 |
|
|
| non-null Native 参数 | `NativeClass $value` 在函数入口统一拒绝 `nullptr`；进入函数体后保证非空 |
|
|
| nullable Native 参数/返回值 | 支持 `?NativeClass`，以 `nullptr` 表示；成员访问必须检查或先证明非空 |
|
|
| Native 参数/返回值的 `&` | 不支持；编译期 FatalError |
|
|
| 对 Native Object 变量取引用 | 不支持；普通赋值已经共享对象身份 |
|
|
| 对 Native 属性取引用 | 仅显式声明为 `mixed` / `any` 的无约束字段支持；其他字段编译期 FatalError |
|
|
| Native variadic、union/intersection | 不支持；编译期 FatalError |
|
|
| `__construct()` | 支持 |
|
|
| `clone` / `__clone()` | 支持 |
|
|
| Getter/Setter 注解 | 支持 |
|
|
| Property Hook | 支持直接 get/set；间接写入、复合写入、引用、isset/empty 不支持 |
|
|
| Trait AST 注入 | 支持，注入完成后按普通 Native member 编译 |
|
|
| `readonly` | 不支持，编译期 FatalError；PHP readonly 是依赖 Zend 属性初始化状态的运行时机制，与 Native 固定裸字段模型不兼容 |
|
|
| `toArray()`/`toInt()` 等关键词转换 | 支持，要求 Native Class 声明零参数且返回类型完全一致的方法 |
|
|
| `toString()` / `__toString()` | 支持确定 Native Call；字符串强转、`strval()`、拼接和 `echo` 使用同一规则 |
|
|
| `count($nativeObject)` | 支持确定 Native Call；要求 Native Class 实现 `Countable`，首版限单参数形式 |
|
|
| `isset()` / `empty()` | 支持裸指针槽及纯 Native 命名属性链，逐级短路，不进入 ZendVM |
|
|
| `is_null()` | 支持 Native typed pointer，直接与 `nullptr` 比较 |
|
|
| Nullsafe `?->` | 支持纯 Native receiver chain；Native 返回保持 typed pointer，标量返回按 `T|null` 装箱 |
|
|
| `__invoke()` | 支持确定 Native Call |
|
|
| `__destruct()` | 支持，由 GC finalization 触发且每个对象最多一次 |
|
|
| Native Class 单继承 | 支持；与普通 ZendVM class 禁止互相继承 |
|
|
| Native abstract class / abstract method | 支持；生成 pure virtual thunk，具体子类在编译期完成实现检查 |
|
|
| override method | 支持，继承链同名实例方法生成 virtual dispatch thunk |
|
|
| 基于参数签名的同名方法重载 | 不支持；PHP 源码不允许在同一个类中重复声明同名方法 |
|
|
| Interface | 普通 Interface 注册到 ZendVM；Native `implements` 只做编译期契约校验，Native Object 不能转换为 Interface 值 |
|
|
| `instanceof` | 支持编译期可解析的 Native class 和 Interface，直接折叠；变量 class 不支持 |
|
|
| `===` / `!==` | 支持 Native 指针身份及与 `null` 的严格比较 |
|
|
| Native 条件的 `match` | 支持，使用与 `===` 相同的指针身份规则 |
|
|
| `==` / `!=`、大小及算术/位运算 | 不支持，编译期 FatalError；值相等应使用显式 Native 方法 |
|
|
| 一元算术/位运算、`++`/`--`、复合算术赋值、`switch` | 不支持，编译期 FatalError |
|
|
| 动态属性 | 不支持 |
|
|
| `$nativeObject->$expr()` | 不支持，只允许命名方法调用 |
|
|
| `__call()` / `__callStatic()` | 不支持；Native Call 必须在编译期解析为确定符号 |
|
|
| `__get()` / `__set()` / `__isset()` / `__unset()` | 不支持，以命名属性与 Property Hook 替代 |
|
|
| `__sleep()` / `__wakeup()` / `__serialize()` / `__unserialize()` | 不支持；Native Object 不进入 Zend 序列化系统 |
|
|
| `__set_state()` / `__debugInfo()` | 不支持；Native Object 没有相应 Zend object handler |
|
|
| Reflection | 不支持 |
|
|
| TypePHP Generator 保存或产出 Native Object | 不支持；编译期 FatalError |
|
|
| 普通函数的 Native 局部变量跨 `Fiber::suspend()` | 支持；Root Frame 注册表允许非 LIFO Fiber 生命周期 |
|
|
| `get_class()` / `get_parent_class()` / `get_called_class()` | 不支持 Native runtime introspection；使用 `self::class`、`parent::class` 或具体类名 |
|
|
| WeakReference | 不支持 |
|
|
| PHP serialize | 不支持 |
|
|
| PHP `json_encode()` | 不支持直接传入 Native Object；先显式调用 `toArray()` |
|
|
| 动态 callback | 不支持 |
|
|
| 动态 PHP/eval 使用 | 不支持 |
|
|
| 普通 PHP array 保存 Native Object | 不支持 |
|
|
| Native Object 作为 PHP array key 或 `[]` receiver | 不支持；编译期 FatalError |
|
|
| Box/Std Container 属性 | 不支持 |
|
|
| Box 保存 Native Object | 不支持 |
|
|
| 局部 Std Container 保存 Native Object | 支持具体 Native class value type；容器 Root Frame 参与 GC tracing |
|
|
| Native 元素 Std Container 转 PHP array/mixed 或作为 PHP 参数 | 不支持；裸指针不得越过 ZendVM value boundary |
|
|
| Native Class 属性循环引用 | 支持，指针字段加 Native tracing GC |
|
|
| TypePHP global/static local | 支持；ZTS 使用 thread-local request roots，RSHUTDOWN 清理 |
|
|
| global/static local 类型 | 第一次 Native 赋值固定 C++ slot 类型；后续可写入其 Native 子类或 null，不可改为基类/无关类 |
|
|
| Native Class 属性循环类型 | 支持；字段零值为 `nullptr`，类型图使用 C++ 前置声明 |
|
|
| late static binding / `new static()` | 不支持；Native Class 无运行时 `zend_class_entry`，使用 `self::`、`parent::` 或具体类名 |
|
|
|
|
## 17. 编译器目录与隔离要求
|
|
|
|
Native Class 的实现应集中放置在独立目录：
|
|
|
|
```text
|
|
src/NativeClass/
|
|
├── Analysis/
|
|
│ ├── NativeClassAnalyzer.php
|
|
│ ├── NativeEscapeAnalyzer.php
|
|
│ ├── NativeBoundaryValidator.php
|
|
│ └── NativeRootAnalyzer.php
|
|
├── CodeGen/
|
|
│ ├── NativeClassGenerator.php
|
|
│ ├── NativeMethodGenerator.php
|
|
│ ├── NativePropertyGenerator.php
|
|
│ ├── NativeTraceGenerator.php
|
|
│ └── NativeRootFrameGenerator.php
|
|
├── Model/
|
|
│ ├── NativeClassDefinition.php
|
|
│ ├── NativeFieldDefinition.php
|
|
│ └── NativeMethodDefinition.php
|
|
├── Transform/
|
|
│ ├── NativeAnnotationExpander.php
|
|
│ ├── NativeCloneLowering.php
|
|
│ └── NativePropertyHookLowering.php
|
|
├── Diagnostics/
|
|
│ └── NativeClassDiagnostic.php
|
|
└── NativeClassCompiler.php
|
|
```
|
|
|
|
隔离原则：
|
|
|
|
1. 现有普通 class 编译流程不得包含 Native Class 的具体规则。
|
|
2. 公共编译流程只负责识别显式标记，并将完整 class AST 交给 `NativeClassCompiler`。
|
|
3. Native Class 的类型信息优先保存在独立 side table 中，不向现有 Class Definition 持续增加特殊状态字段。
|
|
4. Native Class 的边界检查、逃逸分析、Hook lowering 和 C++ 生成都在该目录内完成。
|
|
5. 未使用 Native Class 的项目不加载相关分析器，不增加普通编译流程的运行成本。
|
|
6. Native Class 需要的运行时支持应放入独立头文件，且只在实际使用时 include。
|
|
|
|
建议对应测试目录：
|
|
|
|
```text
|
|
tests/compiler/native-class/
|
|
```
|
|
|
|
普通 class 的测试与 Native Class 测试不得混用，以明确两套对象模型的语义边界。
|
|
|
|
## 18. 诊断原则
|
|
|
|
所有不支持的行为必须在编译期给出明确错误，不能在运行时崩溃，也不能静默退回 ZendVM。
|
|
|
|
示例：
|
|
|
|
```text
|
|
Fatal error: Native class object App\Point cannot be passed to parameter $value of type mixed
|
|
```
|
|
|
|
```text
|
|
Fatal error: Native class App\Point cannot be used with ReflectionClass
|
|
```
|
|
|
|
```text
|
|
Fatal error: Native class objects cannot be stored in a PHP array
|
|
```
|
|
|
|
诊断需要指出具体 ZendVM 边界以及可用的替代方式。
|
|
|
|
## 19. 性能原则
|
|
|
|
Native Class 的主要路径必须满足：
|
|
|
|
- 对象变量为一个裸指针。
|
|
- 普通参数传递为一次指针复制。
|
|
- 属性访问等价于 C++ 字段访问。
|
|
- 非原生 PHP 字段通过固定偏移访问对应 PHPX RAII 对象，不查找属性名称。
|
|
- 确定方法调用等价于普通 C++ 函数调用。
|
|
- 不使用原子操作。
|
|
- 不使用哈希表查找属性或方法。
|
|
- 不创建临时 Zend Object。
|
|
- 不执行运行时 class name 比较。
|
|
- 不为了兼容动态能力插入隐藏的 fallback。
|
|
|
|
若某个 PHP 特性无法满足这些要求，应优先禁止该特性，而不是降低所有 Native Class 的性能。
|
|
|
|
## 20. 建议的实施阶段
|
|
|
|
实现按以下顺序推进：
|
|
|
|
1. 固定 `#[Native] class` 语法、typed object 规则和诊断边界。
|
|
2. 建立独立 AST model、side table 和 C++ struct 生成器。
|
|
3. 建立 Native Heap、精确 tracing GC、root frame、循环回收和异常清理机制。
|
|
4. 支持构造、析构、强制属性类型、全部 PHP 字段类型、普通方法和对象参数传递。
|
|
5. 接入现有 Trait AST 注入，并支持 Getter/Setter 等编译期注解。
|
|
6. 支持单继承、override virtual thunk、Interface 编译期契约和相关类型检查。
|
|
7. 支持 Property Hook 的直接 getter/setter lowering；复合写入等动态语义编译期拒绝。
|
|
8. 支持 clone、Native Class 指针字段、循环类型依赖和构造依赖环诊断。
|
|
9. 最后评估 `json_encode()`、栈分配与逃逸分析。
|
|
|
|
每个阶段都必须先添加 PHPT/PHPUnit 测试，再实现代码。
|
|
|
|
## 21. 已确定但仍需性能验证的参数
|
|
|
|
- Native Object 永远不能转换或赋值为 Interface 类型；`implements` 只提供编译期契约
|
|
校验，首版不提供调用点特化、fat pointer 或 interface table。
|
|
- Native Heap 使用 10 MiB 首次阈值、1 MiB 最低阈值和 50% live-heap headroom。
|
|
|
|
这些约定已经固定。后续 benchmark 可以调整 GC 的内部数值，但不得改变 Native Object
|
|
不做 Interface 类型擦除、没有 Zend 表示、热路径使用裸指针 Native Call 的基本设计。
|
|
|