TypePHP 编译器 https://swoole.com/aot/

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Raw Blame History

TypePHP

PHP 原生 AOT 编译器

将 PHP 源码提前（AOT）编译为原生机器码，生成原生可执行文件、PHP 扩展和共享库，同时保留你熟悉的 PHP 语法。

什么是 TypePHP？

TypePHP 是一个 AOT（Ahead-Of-Time，提前编译）编译器，它把 PHP 源码翻译为 C++，再编译为原生机器码。与字节码缓存或虚拟机不同，它不会在运行时解释 opcode，而是直接生成在 CPU 上运行的原生二进制。

它保留熟悉的 PHP 语法，同时引入编译期类型信息，让编译器为性能热点生成快速、静态类型的 C++ 代码。动态 PHP 值、内置函数、反射和对象元数据继续通过 PHPX 与 Zend runtime 互操作；用户函数编译完成后不再以 Zend opcode 方式执行。

TypePHP 完全由 PHP 语言编写，并且完全自举：tpc 编译器二进制就是用 TypePHP 编译编译器自身的 PHP 源码得到的。整个自举链路是纯 PHP——编译器本身没有任何 C 或 C++ 胶水代码。

TypePHP 仍在积极开发中。它提供的是边界明确、可测试的 PHP 子集，而不是宣称可以无修改替代所有高度动态的 PHP 程序。在将现有项目迁移到 TypePHP 前，请先阅读兼容性模型和不兼容特性清单。

工作原理

PHP 源码 + .stub.php 声明 + 可选 C/C++ 源码
                       │
                       ▼
          解析、校验并收集全部声明
                       │
                       ▼
       将函数实现和常量表达式降级为 C++17
                       │
                       ▼
        原生编译器 + 可复用对象/PCH 缓存
                       │
                       ▼
 可执行文件 | PHP 扩展 | 共享库 | WASI Component

prepare 阶段只建立完整符号模型，不分配运行时 Cache ID。常量和声明默认值只保留 AST，待全部项目符号就绪后再在 convert 阶段解析。这一两阶段设计保证多文件构建和编译器自举过程具有确定性。

特性

完全自举、纯 PHP 实现 —— TypePHP 编译器完全由 PHP 语言编写，并能自举：用 tpc 编译编译器自身的源码，即可生成原生二进制。
真正的 AOT 编译 —— PHP 先降级为 C++17，再编译为原生机器码。无解释器、无 opcode 缓存、无 JIT 预热。
三种原生构建模式 —— 同一份代码可编译为原生 bin 可执行文件、可加载的 PHP ext 扩展，或可复用的 lib 共享库。
原生类型系统 —— int、float、bool 直接映射为 C++ 标量类型（int64_t、double、bool），数值代码可获得数量级的性能提升。
高精度数值 —— bigInt（GMP）、decimal（libmpdec）、bigFloat（MPFR），提供强类型运算符和方法 API。
强类型容器 —— std::array、std::vector、std::map、std::ordered_map，元素类型在编译期确定；最高比 PHP 数组快 10 倍，性能与 C++ std::vector 相当。
通用方法（Universal Methods） —— 在原生类型上直接调用方法（$s->upper()、$arr->contains()、$big->mul(2)）；静态类型已知时在编译期直接解析调用。
混合 C++ / PHP 编程 —— 在性能关键内核中直接调用 C++ 函数（反之亦然）。
编译期函数与关键词 —— any()、refval()、objval()、expected()、 unexpected()，以及 toInt()、toString()、toArray() 等。
编译期安全检查 —— #[Immutable] 只读契约和 #[ArrayDef] 数组结构元数据，在编译期检查，零运行时开销。
编译期代码生成 —— #[Getter]、#[Setter]、#[With]、#[Constructor]、 #[Printer] 和 #[Arrayable] 根据属性声明生成类型安全的方法。
现代 PHP 支持 —— PHP 8.4 property hooks、非对称可见性、PHP 8.5 clone()-with 以及 (void) 丢弃表达式。
跨平台与 WASM —— 面向 x64 和 ARM64 的 Linux、Windows、macOS 目标，以及 WASI 0.2 和浏览器（Jco）输出。
Python 桥接 —— 为 Python 模块生成 IDE helper，并将 Python 脚本转换为 TypePHP。

为什么选择 TypePHP？

	TypePHP AOT	字节码缓存（OPcache）	JIT（PHP 8+）
编译目标	原生机器码	字节码	机器码（trace）
启动 / 预热	无（已编译完成）	每进程预热	JIT 预热
类型驱动优化	编译期、全程序	无	有限，基于 trace
生成原生可执行文件	支持	不支持	不支持
源码保护	编译为机器码	字节码（可还原）	字节码（可还原）
性能确定性	是	否	否

相较原生 PHP 的优势：

接近原生的性能。 数值密集和容器密集的热点路径会编译为与 C++ 程序相同的机器码。见下方基准测试。
源码保护。 源码被编译掉——交付物是原生二进制，而不是可读的 PHP 文件。
原生进程入口。 二进制模式直接启动原生可执行文件，不需要 PHP CLI 或独立的解释器进程。可执行文件仍会嵌入或链接 PHPX、libphp 及项目配置的原生库，部署包中必须提供这些运行时依赖。
渐进式类型，真正带来收益。 只在性能关键处添加 use native_types、std:: 容器和类型声明，其余保持普通 PHP。
Zend 生态互通。 扩展模式以标准 PHP 扩展形式加载，项目可以调用受支持的内置函数，并显式声明依赖的其他 Zend 扩展。

前置要求

PHP 8.4 – 8.5 CLI、开发头文件及 php-config
在类 Unix 系统构建二进制/共享库时，需要与 PHP 匹配的 embed 库 （libphp.so 或 libphp.dylib）
GCC 9+（或 Clang），支持 C++17
CMake 3.24+
Composer 2
高精度数学库：GMP、MPFR（libmpdec 已随 PHPX 内置）

# Ubuntu/Debian
sudo apt install build-essential cmake pkg-config libgmp-dev libmpfr-dev

# RHEL/CentOS/Fedora
sudo dnf install gcc gcc-c++ cmake pkgconf-pkg-config gmp-devel mpfr-devel

# Arch Linux
sudo pacman -S base-devel cmake pkgconf gmp mpfr

GMP 用于 bigInt，MPFR 用于 bigFloat。decimal 底层是 libmpdec，已随 PHPX 内置，无需单独安装。

Linux x64 是主要开发及全量测试 CI 平台。编译器也提供 Windows、macOS、ARM64 和 WASI 后端；具体主机能否构建某个目标，仍取决于 PHP embed、工具链和第三方库是否可用。

原生 Release Assets 默认使用 PHP 8.5 ZTS 的最新版本构建，提供 Linux x64、Linux ARM64、macOS ARM64 和 Windows x64 四个平台包；不提供原生 NTS 或 32 位 x86 包。 Linux 与 macOS 包包含编译器和 production Composer 依赖，Windows 包则包含完整且匹配的 PHP/PHPX 运行时与 SDK。

安装

通过 Composer

composer require --dev swoole/typephp

然后编译你的项目：

vendor/bin/tpc.php project.yml

在 TypePHP 源码仓库中开发时，改用本地入口：

bin/tpc.php project.yml

从源码安装

git clone https://github.com/swoole/typephp.git
cd typephp
composer install
php bin/tpc.php --help

可以使用 PHPX_HOME 指向独立的 PHPX 源码或安装目录。PHP_HOME 可以指向 PHP embed 安装前缀；在类 Unix 系统中，该目录应包含 bin/php-config、PHP 头文件和 lib/libphp.so。

构建 `libphp.so`

二进制和共享库构建需要 PHP 的 embed SAPI。如果 Linux 上缺少 libphp.so， tpc.php 可以交互式下载 PHP 源码并自动构建。PHP 扩展构建从宿主 SAPI 解析 Zend 符号，不能再加载第二份 libphp。详见自动构建 libphp.so。

快速开始

创建 hello.php：

<?php

function main(): void
{
    echo "Hello World!\n";
    var_dump(PHP_VERSION);
    var_dump(php_uname());
}

编译并运行：

bin/tpc.php hello.php
./hello

输出示例（具体 PHP 版本和平台字符串取决于实际链接的运行时）：

Hello World!
string(5) "8.x.x"
string(16) "Linux ..."

二进制模式需要全局 main() 函数。它可以声明为无参数，或 main(int $argc, array $argv) 以接收命令行参数，且必须返回 void。全局作用域不允许可执行语句；可执行代码必须位于函数或方法内。

编译模式

TypePHP 支持三种构建模式，通过 -m / --mode 选择：

模式	参数	输出	需要 `main()`	典型用途
二进制	`-m bin`（默认）	可执行文件	是	CLI 工具、常驻服务、独立应用
扩展	`-m ext`	PHP `.so` / `.dll`	否	将编译后的函数和类加载到 PHP SAPI
库	`-m lib`	共享库及自动生成的 `.stub.php`	否	在其他项目中复用编译后的 TypePHP API

# 二进制（默认）
bin/tpc.php app.php -o myapp

# PHP 扩展
bin/tpc.php extension/ -m ext -o my_extension

# 共享库，同时生成 mylib.stub.php
bin/tpc.php lib/ -m lib -o mylib

详见编译模式。

项目配置

多文件项目建议使用 project.yml 固化可复用的构建配置：

name: myapp
mode: bin
php-version: "8.5"
optimize: 2
job: 8
build-dir: build
cxx-std: c++17

sources:
  - src
  - cpp-src
  - path: src/php85
    if: PHP_VERSION_ID >= 80500
  - path: src/windows
    if: PHP_OS_FAMILY == "Windows"

ignore:
  - src/experimental

include-paths:
  - native/include
defines:
  - FEATURE_FAST_PATH=1
link-paths:
  - native/lib
link-libs:
  - curl

# Zend 扩展依赖，不是原生链接库。
# `extension-dependencies` 是等价长名称，两者不能同时使用。
ext-deps:
  - pdo_mysql
  - curl

路径以 YAML 文件所在目录为基准。source 可以是文件或目录；条件 source 支持 PHP_VERSION、PHP_VERSION_ID 和 PHP_OS_FAMILY。命令行参数优先于 YAML 中的同名配置。原生链接依赖应写入 link-libs；ext-deps 会生成 ZEND_MOD_REQUIRED，缺少所需 PHP 扩展时由 Zend 拒绝加载模块。

构建目录保存生成的 C++、依赖对象和预编译头缓存。复用同一个构建目录可以显著加快增量构建；仅在确实需要重编 PHPX 公共对象时使用 --force。

全部项目配置项及命令行优先级详见编译器命令行。

兼容性模型

TypePHP 会在适合 AOT 编译的范围内保持 PHP 语法和运行行为，同时有一些明确限制：

全局作用域只允许声明，可执行语句必须位于函数或方法内；
二进制模式对 main() 使用严格签名；
use native_types 会让标量声明使用固定原生存储，之后不能改为不兼容类型；
静态可确定的调用和属性会直接编译，受支持的动态操作则通过 PHPX/Zend runtime fallback 执行；
.stub.php 用于声明 C++ 或外部库 API，函数体必须为空，stub 文件禁止声明 #[Native] 类；
部分高度动态的引用、声明、闭包和反射模式仍明确不支持。

兼容性边界属于公共契约，同时有正向和负向测试保护。请以不兼容 PHP 特性清单为当前准确列表，不要把 README 未提及的行为默认理解为已支持。

编译期 Attribute 与代码生成

TypePHP 在 class lowering 阶段消费内置的代码生成 Attribute。生成的方法保留属性声明的类型，并与显式声明的方法一样参与名称冲突、继承关系和 final 方法检查。

Attribute	目标	生成的 API
`#[Getter]`	实例属性，包括构造器提升属性	`public function getName(): T`
`#[Setter]`	可变实例属性，包括构造器提升属性	`public function setName(T $name): void`
`#[With]`	可变实例属性，包括构造器提升属性	`public function withName(T $name): static`；克隆对象、修改副本并返回副本
`#[Constructor]`	普通实例属性声明	将属性加入自动生成的 public `__construct()`
`#[Printer]`	具名类	`public function __toString(): string`
`#[Arrayable]`	具名类	`public function toArray(): array`

<?php

#[Printer(fields: ['id', 'name'])]
#[Arrayable(fields: ['id', 'name'])]
final class User
{
    #[Constructor, Getter, With]
    public int $id;

    #[Constructor, Getter, Setter]
    public string $name = 'guest';
}

function main(): void
{
    $user = new User(7);
    $user->setName('Alice');

    $copy = $user->withId(8);
    echo $user->getId();       // 7
    echo $copy->getId();       // 8
    echo $user;                // User(id=7, name=Alice)
    echo $user->toArray()['name'];
}

未指定 fields 时，#[Printer] 和 #[Arrayable] 使用当前类自身的 public 实例属性。位置参数写法 #[Arrayable(['id'])] 等价于 #[Arrayable(fields: ['id'])]。

#[Getter]、#[Setter] 和 #[With] 不能用于 static 属性或带 property hook 的属性；#[Setter] 和 #[With] 还会拒绝 readonly 属性。类中已经显式声明 __construct() 时不能使用 #[Constructor]，必填的构造属性必须位于带默认值的属性之前。生成的方法名若与已有方法冲突，或覆盖继承而来的 final 方法，编译期会直接报错。

使用示例

1. 原生类型 —— 编译期数值加速

<?php
use native_types;

function fib(int $n): int
{
    if ($n == 1 || $n == 2) {
        return 1;
    }
    return fib($n - 1) + fib($n - 2);
}

function main(int $argc, array $argv): void
{
    $n = (int)$argv[1];
    $begin = microtime(true);
    echo fib($n) . "\n";
    echo "Time: " . (microtime(true) - $begin) . "\n";
}

bin/tpc.php fib.php -O3 -o fib
./fib 30

使用 use native_types 后，int 变量变为 C++ int64_t，算术运算直接编译为 CPU 指令，而不是 ZendVM 调用。

2. 高精度数值

<?php
declare(strict_types=1);
use native_types;

function main(): void
{
    // 54 位整数 —— 自动识别并存储为 bigInt
    $a = std::bigInt("123456789012345678901234567890123456789012345678901234");
    $b = std::bigInt("987654321098765432109876543210987654321098765432109876");

    echo $a->add($b)->toString() . "\n";   // 精确计算，不会溢出

    // 精确的十进制运算 —— 无二进制浮点误差
    $c = std::decimal("0.1")->add(std::decimal("0.2"));
    echo $c->toString() . "\n";            // "0.3"

    // 256 位浮点数
    $pi = std::bigFloat("3.14159265358979323846264338327950288419716939937510");
    echo $pi->mul(2)->toString() . "\n";
}

详见高精度类型和原生类型。

3. 强类型容器

<?php
use native_types;

function main(): void
{
    $vector = std::vector(Type::Int);

    $vector[] = 1;
    $vector[] = 2;
    $vector[] = 3;

    $sum = 0;
    foreach ($vector as $value) {
        $sum += $value;
    }

    echo $sum . "\n";       // 6
    echo $vector[1] . "\n"; // 2

    // 固定 key/value 类型的映射
    $map = std::ordered_map(Type::String, Type::Int);
    $map["a"] = 1;
    $map["b"] = 2;
}

详见 Std 容器。

4. 通用方法

<?php

function main(): void
{
    $s = "hello world";
    echo $s->length() . "\n";       // strlen()
    echo $s->upper() . "\n";        // strtoupper()
    echo $s->substr(0, 5) . "\n";   // substr()

    $arr = [1, 3, 5, 7, 9];
    echo $arr->count() . "\n";      // count()
    var_dump($arr->contains(3));    // in_array()

    $big = std::bigInt("12345678901234567890");
    echo $big->mul(2)->toString() . "\n";
}

原生类型上的方法调用在编译期被解析为直接的 C/C++ 函数调用——没有虚表查找、没有反射、没有运行时派发。详见通用方法。

5. 混合 C++ / PHP

用 C++ 编写性能关键内核，并在 PHP 中调用：

// math.cpp
#include <phpx.h>

using namespace php;

Int php_fast_sum(Int a, Int b) {
    return a + b;
}

<?php
// math.stub.php —— 声明 C++ 函数签名
function fast_sum(int $a, int $b): int {}

<?php
function main(): void
{
    echo fast_sum(3, 4) . "\n";  // 7
}

需要将 math.cpp、math.stub.php 和调用它的 PHP 源码加入同一个项目配置。 C++ 符号的 php_ 前缀属于 TypePHP callable ABI；stub 函数只提供类型元数据，不能包含实际实现。

详见混合 C++/PHP。

基准测试

PHP 语言基准（来自 php-src）

TypePHP 使用 -O3 运行 PHP 源码树自带的官方 bench.php 与 micro_bench.php 语言性能测试：

基准	解释执行 PHP	TypePHP AOT（`-O3`）	加速比
`bench.php`（总计）	5.034 秒	0.603 秒	约 8×
`micro_bench.php`（总计）	13.045 秒	2.021 秒	约 6.5×

两项基准覆盖 PHP 语言核心性能——函数调用、对象属性访问、数组/哈希访问、字符串处理、控制流等。测试代码见 benchmark/bench.php 和 benchmark/micro_bench.php。其他专项性能回归测试统一放置在 benchmark/ 目录中。

这些数字是项目测量快照，不是性能保证。PHP 版本、编译器、CPU、优化参数和已启用扩展都会影响结果；在用于部署决策前，应在同一机器上使用相同 workload 自行对比。

std::array 对比 PHP 数组

一个 10000×100000 的元素累加循环，对比 PHP 数组、TypePHP std::array 与原生 C++：

实现	耗时
PHP 数组（JIT）	67.6 秒
`std::array`（TypePHP AOT）	6.4 秒
C++ `std::vector`	6.2 秒

在该 workload 中，std::array 比 PHP 数组快约 10 倍，并接近手写 C++ 结果。完整基准测试见 Std 容器。

命令行

bin/tpc.php <file|dir|project.yml> [options] [-- program-args...]

常用示例：

# 编译单个文件
bin/tpc.php app.php

# 优化并运行，`--` 后的参数传给生成的程序
bin/tpc.php app.php -O3 -r -- --flag value

# 编译 project.yml 定义的项目
bin/tpc.php project.yml -O2 -j 8

# 生成 PHP 扩展
bin/tpc.php extension/ -m ext -o my_extension

# 只生成 C++（跳过编译与链接）
bin/tpc.php app.php --dry --build-dir /tmp/typephp-build

# 编译为 WASI 0.2
bin/tpc.php --wasm app.php

# 编译为浏览器目标（需要 jco）
bin/tpc.php --wasm=browser app.php

主要选项：

选项	说明
`-O <0-3>`	优化级别（默认 `0`）
`-d`, `--debug`	调试构建，带符号和源码跟踪
`-o`, `--output <file>`	输出文件名
`-m`, `--mode <bin\|lib\|ext>`	构建模式（默认 `bin`）
`-r`, `--run`	构建成功后运行
`-j`, `--job <num>`	并行编译任务数（默认 `4`）
`-f`, `--force`	不使用缓存，重新编译可复用 PHPX 对象
`--build-dir <dir>`	生成 C++ 与中间产物的目录
`--dry`	只生成 C++，跳过编译与链接
`--php-version <8.4\|8.5>`	接受的 PHP 语法版本
`--cxx-std <ver>`	C++ 标准（如 `c++17`、`c++20`）
`--march <arch>`	目标指令集（如 `native`）
`--target-platform <triple>`	交叉编译目标 triple
`--lto`	启用链接时优化
`--sanitize <type>`	启用 sanitizer（如 `address`）
`--profile`	启用 Linux gperftools 性能分析
`--format`	使用 clang-format 格式化生成的 C++
`--no-literal-strings`	禁用字面量字符串表优化
`--no-progress`, `--no-color`	适合 CI 的输出控制
`-I`, `-D`, `-L`, `-l`	可重复指定的原生 include、define、库路径和链接库参数

运行 bin/tpc.php --help 查看权威的最新参数列表。详见编译器命令行，包括 Bash 补全：

source <(./tpc --generate-completion=bash)

常见问题

缺少 libphp.so / libphp.dylib： 安装或编译与当前 PHP 匹配的 embed SAPI，设置 PHP_HOME，或使用 bin/tpc.php 在 Linux 上提供的交互式安装流程。
找不到 PHPX： 将 PHPX_HOME 指向包含 include/ 和 lib/libphpx.so（或对应平台文件）的 PHPX 安装目录，并在编译项目前先构建 PHPX。
启动崩溃或出现 ABI 错误： PHP 头文件、php-config、libphp 和扩展 ABI 必须使用一致的 PHP 版本及 ZTS/NTS 模式，不能混用不同 PHP 构建产生的产物。
增量构建异常缓慢： 固定使用同一个 --build-dir，以复用对象和 PCH 缓存。当外层测试工具已经并行运行多个测试时，不要再设置过大的 tpc -j，避免并发数相乘后造成 CPU 和内存争用。
使用 bin/tpc.php 可以编译，但自举 tpc 失败： 必须用自举编译器复现。自举执行可能暴露 PHP-hosted 编译器不会经过的动态调用或 ABI 路径。

Python 桥接

TypePHP 内置一个 Python 工具子模块，复用 tpc 入口：

# 为 Python 模块生成 IDE helper
./tpc --gen-python-helper math
./tpc --gen-python-helper numpy --output-dir .ide-helper

# 将 Python 脚本转换为 TypePHP
./tpc --convert-python-to-php script.py > script.php

详见 Python 工具子模块。

开发与测试

安装开发依赖并运行编译器单元测试：

composer install
PHPX_HOME=/path/to/phpx vendor/bin/phpunit

PHPT 是端到端测试。必须先构建自举编译器，并显式传给测试工具；将 Zend PHP 可执行文件作为 --compiler 并不能验证实际交付的编译器：

PHPX_HOME=/path/to/phpx php bin/tpc.php project.yml --job 2 --no-progress
php run-tests.php -q -j8 --compiler ./tpc tests/compiler

静态分析与从测试源码生成的覆盖矩阵是两项独立检查：

composer analyse
php bin/analyze-test-coverage.php
php bin/analyze-test-coverage.php \
  --format=markdown --output=build/test-coverage.md --strict

覆盖工具分别报告 PHP 版本 × 特性 × 正向编译 × 运行语义 × 负向诊断，并列出实际出现的 php-parser AST 节点。它不会给出分母不明确的单一百分比。详见测试覆盖分析工具。

GitHub Actions 会在 PHP 8.4 和 8.5 上分别运行 PHPUnit 与自举 PHPT。修改编译器内部规则或代码生成时应增加聚焦的 PHPUnit；运行输出或诊断可观察时还应增加 PHPT。

文档

快速入门 —— 最小编译流程
编译模式 —— bin、ext、lib
编译器命令行 —— CLI 参数与项目配置
不兼容 PHP 特性清单 —— 当前限制
原生类型 —— 原生标量类型
高精度类型 —— BigInt / Decimal / BigFloat
Std 容器 —— 强类型容器
通用方法 —— 编译期方法解析
编译期函数 —— any()、refval()、objval() 等
混合 C++/PHP —— C++/PHP 互操作
#[Immutable] —— 编译期只读契约
#[ArrayDef] —— 强类型数组属性契约
Property hooks —— PHP 8.4 hook 降级和运行时元数据
对象存储模型 —— Zend object、Box 与 Native class 边界
Generator —— 生成器降级与生命周期
测试覆盖分析工具 —— AST 与特性证据矩阵
WASI 构建 —— WASI 目标

授权协议

TypePHP 采用 GNU General Public License v3.0 授权。

社区

代码仓库：https://github.com/swoole/typephp

25 KiB Raw Blame History