PHP `Zend Extension` 开发：Hook `Opcode` 执行与自定义 `Zval` 操作

各位观众，大家好！

今天咱们来聊聊 PHP Zend Extension 开发中的两个“硬核”话题：Hook Opcode 执行和自定义 Zval 操作。这两个家伙，一个是深入 PHP 引擎的“心脏”，一个是玩转 PHP 的“灵魂”—— Zval。掌握它们，你就能像黑客帝国里的尼奥一样，看到 PHP 代码的“本质”！

准备好了吗？ Let’s dive in!

1. Hook Opcode 执行：掌控 PHP 的“下一步”

PHP 代码最终会被编译成一系列的 Opcode，它们是 PHP 虚拟机执行的指令。Hook Opcode 执行，意味着你可以拦截这些指令，在它们执行前后做一些“手脚”。这听起来是不是很刺激？

1.1 为什么要 Hook Opcode？

想象一下，你可以：

性能分析： 统计每个 Opcode 的执行次数和耗时，找出性能瓶颈。
安全审计： 检查是否存在危险的操作，比如文件包含、命令执行等。
动态调试： 在特定 Opcode 执行时暂停程序，查看变量的值。
AOP (面向切面编程)： 在特定函数执行前后插入代码，实现日志记录、权限验证等功能。
代码注入： 偷偷地修改 Opcode，改变程序的行为（当然，别干坏事！）。

1.2 如何 Hook Opcode？

PHP 提供了 zend_set_user_opcode_handler 函数来设置 Opcode Handler。每个 Opcode 都有一个 Handler，它是一个 C 函数，负责执行这个 Opcode。我们可以替换默认的 Handler，执行我们自己的代码，然后再调用默认的 Handler。

代码示例：

#ifdef HAVE_CONFIG_H
#include "config.h"
#endif

#include "php.h"
#include "php_ini.h"
#include "ext/standard/info.h"
#include "php_opcode_hook.h"

#include "zend_extensions.h"
#include "zend_vm.h"
#include "zend_compile.h"

ZEND_DECLARE_MODULE_GLOBALS(opcode_hook)

/* True global resources - no need for thread safety here */
static int le_opcode_hook;

// 存储原始的 handler
static opcode_handler_t original_handlers[256];

// 我们的自定义 handler
static int my_opcode_handler(zend_execute_data *execute_data) {
    zend_op *opline = execute_data->opline;

    // 在 Opcode 执行前做一些事情
    php_printf("Opcode: %dn", opline->opcode);

    // 调用原始的 handler
    return original_handlers[opline->opcode](execute_data);
}

// Module init 函数
PHP_MINIT_FUNCTION(opcode_hook)
{
    int i;

    // 保存原始的 handlers
    for (i = 0; i < 256; i++) {
        original_handlers[i] = zend_get_user_opcode_handler(i);
    }

    // 设置我们的自定义 handler
    for (i = 0; i < 256; i++) {
        zend_set_user_opcode_handler(i, my_opcode_handler);
    }

    return SUCCESS;
}

// Module shutdown 函数
PHP_MSHUTDOWN_FUNCTION(opcode_hook)
{
    int i;

    // 恢复原始的 handlers
    for (i = 0; i < 256; i++) {
        zend_set_user_opcode_handler(i, original_handlers[i]);
    }

    return SUCCESS;
}

PHP_MINFO_FUNCTION(opcode_hook)
{
    php_info_print_table_start();
    php_info_print_table_header(2, "opcode_hook support", "enabled");
    php_info_print_table_end();
}

const zend_function_entry opcode_hook_functions[] = {
    PHP_FE_END
};

zend_module_entry opcode_hook_module_entry = {
    STANDARD_MODULE_HEADER,
    "opcode_hook",
    opcode_hook_functions,
    PHP_MINIT(opcode_hook),
    PHP_MSHUTDOWN(opcode_hook),
    NULL,
    NULL,
    PHP_MINFO(opcode_hook),
    PHP_VERSION,
    STANDARD_MODULE_PROPERTIES
};

#ifdef COMPILE_DL_OPCODE_HOOK
#ifdef ZTS
ZEND_TSRMLS_CACHE_DEFINE()
#endif
ZEND_GET_MODULE(opcode_hook)
#endif

代码解释：

original_handlers 数组： 用于保存原始的 Opcode Handler，以便在我们的自定义 Handler 执行完毕后，能够调用原始的 Handler，保证 PHP 程序的正常运行。
my_opcode_handler 函数： 这是我们自定义的 Opcode Handler。它接收一个 zend_execute_data 指针，包含了当前执行的上下文信息。我们可以通过 execute_data->opline 访问到当前的 Opcode。
PHP_MINIT_FUNCTION 函数： 在模块初始化时，我们遍历所有的 Opcode，保存原始的 Handler，并用我们的自定义 Handler 替换它们。
PHP_MSHUTDOWN_FUNCTION 函数： 在模块卸载时，我们恢复原始的 Handler。

编译和安装：

phpize
./configure
make
sudo make install

然后在 php.ini 中启用扩展：

extension=opcode_hook.so

运行效果：

当你运行任何 PHP 脚本时，你都会在控制台上看到类似这样的输出：

Opcode: 123
Opcode: 456
Opcode: 789
...

这说明我们的自定义 Handler 已经成功地 Hook 到了 Opcode 的执行。

1.3 注意事项

性能影响： Hook Opcode 会带来一定的性能开销，因为每个 Opcode 执行时都要经过我们的自定义 Handler。所以，要谨慎使用，只 Hook 必要的 Opcode。
兼容性问题： 不同的 PHP 版本，Opcode 的定义可能会有所不同。所以，要确保你的扩展在不同的 PHP 版本上都能正常工作。
线程安全： 如果你的扩展需要在多线程环境下运行，要注意线程安全问题。

2. 自定义 Zval 操作：玩转 PHP 的“灵魂”

Zval 是 PHP 中存储变量的核心数据结构。它包含了变量的类型和值。自定义 Zval 操作，意味着你可以创建自己的变量类型，并定义它们的操作方式。

2.1 为什么要自定义 Zval？

想象一下，你可以：

实现特殊的数据结构： 比如，你可以创建一个 Zval 来表示一个矩阵，并定义矩阵的加减乘除等操作。
优化内存使用： 如果你需要存储大量相同类型的数据，你可以创建一个 Zval 来批量存储这些数据，减少内存开销。
实现惰性求值： 你可以创建一个 Zval 来表示一个表达式，只有在需要用到这个表达式的值时才进行计算。
与外部系统集成： 你可以创建一个 Zval 来表示一个外部资源，比如数据库连接、网络套接字等。

2.2 如何自定义 Zval？

PHP 提供了 zend_register_class 函数来注册一个自定义类。我们可以创建一个 C 结构体来表示我们的自定义 Zval，然后将这个结构体与 PHP 类关联起来。

代码示例：

#ifdef HAVE_CONFIG_H
#include "config.h"
#endif

#include "php.h"
#include "php_ini.h"
#include "ext/standard/info.h"
#include "php_custom_zval.h"

ZEND_DECLARE_MODULE_GLOBALS(custom_zval)

/* True global resources - no need for thread safety here */
static int le_custom_zval;

// 自定义的数据结构
typedef struct _my_object {
    zend_object std;
    int value;
} my_object;

// 函数声明
static zend_object *my_object_new(zend_class_entry *ce);
static void my_object_free(zend_object *object);
PHP_METHOD(MyObject, __construct);
PHP_METHOD(MyObject, getValue);
PHP_METHOD(MyObject, setValue);

// 类 entry
zend_class_entry *my_object_ce;

// 方法列表
static const zend_function_entry my_object_methods[] = {
    PHP_ME(MyObject, __construct, NULL, ZEND_ACC_PUBLIC | ZEND_ACC_CTOR)
    PHP_ME(MyObject, getValue, NULL, ZEND_ACC_PUBLIC)
    PHP_ME(MyObject, setValue, NULL, ZEND_ACC_PUBLIC)
    PHP_FE_END
};

// Module init 函数
PHP_MINIT_FUNCTION(custom_zval)
{
    zend_class_entry ce;

    // 初始化类 entry
    INIT_CLASS_ENTRY(ce, "MyObject", my_object_methods);
    my_object_ce = zend_register_internal_class(&ce);

    // 设置 object handlers
    zend_object_handlers *handlers = zend_get_std_object_handlers();
    handlers->offset         = XtOffsetOf(my_object, std);
    handlers->free_obj       = my_object_free;
    handlers->clone_obj      = NULL; // 不支持 clone
    my_object_ce->create_object = my_object_new;

    return SUCCESS;
}

// Module shutdown 函数
PHP_MSHUTDOWN_FUNCTION(custom_zval)
{
    return SUCCESS;
}

PHP_MINFO_FUNCTION(custom_zval)
{
    php_info_print_table_start();
    php_info_print_table_header(2, "custom_zval support", "enabled");
    php_info_print_table_end();
}

const zend_function_entry custom_zval_functions[] = {
    PHP_FE_END
};

zend_module_entry custom_zval_module_entry = {
    STANDARD_MODULE_HEADER,
    "custom_zval",
    custom_zval_functions,
    PHP_MINIT(custom_zval),
    PHP_MSHUTDOWN(custom_zval),
    NULL,
    NULL,
    PHP_MINFO(custom_zval),
    PHP_VERSION,
    STANDARD_MODULE_PROPERTIES
};

#ifdef COMPILE_DL_CUSTOM_ZVAL
#ifdef ZTS
ZEND_TSRMLS_CACHE_DEFINE()
#endif
ZEND_GET_MODULE(custom_zval)
#endif

// 创建新的 my_object
static zend_object *my_object_new(zend_class_entry *ce) {
    my_object *obj = (my_object *)ecalloc(1, sizeof(my_object) + zend_object_properties_size(ce));

    zend_object_std_init(&obj->std, ce);
    object_properties_init(&obj->std, ce);
    obj->std.handlers = zend_get_std_object_handlers();
    obj->value = 0; // 默认值
    return &obj->std;
}

// 释放 my_object
static void my_object_free(zend_object *object) {
    my_object *obj = (my_object *)((char *)object - XtOffsetOf(my_object, std));

    zend_object_std_dtor(&obj->std);
}

// 构造函数
PHP_METHOD(MyObject, __construct) {
    my_object *obj = (my_object *)((char *)Z_OBJ_P(getThis()) - XtOffsetOf(my_object, std));
    zend_long initial_value = 0;

    ZEND_PARSE_PARAMETERS_START(0, 1)
        Z_PARAM_OPTIONAL_LONG(initial_value)
    ZEND_PARSE_PARAMETERS_END();

    obj->value = initial_value;
}

// 获取 value
PHP_METHOD(MyObject, getValue) {
    my_object *obj = (my_object *)((char *)Z_OBJ_P(getThis()) - XtOffsetOf(my_object, std));

    RETURN_LONG(obj->value);
}

// 设置 value
PHP_METHOD(MyObject, setValue) {
    my_object *obj = (my_object *)((char *)Z_OBJ_P(getThis()) - XtOffsetOf(my_object, std));
    zend_long new_value;

    ZEND_PARSE_PARAMETERS_START(1, 1)
        Z_PARAM_LONG(new_value)
    ZEND_PARSE_PARAMETERS_END();

    obj->value = new_value;

    RETURN_NULL();
}

代码解释：

my_object 结构体： 这是我们自定义的数据结构，它包含一个 zend_object 结构体（用于与 PHP 对象系统集成）和一个 value 成员（用于存储我们的数据）。
my_object_new 函数： 这个函数负责创建 my_object 的实例。它分配内存，初始化 zend_object 结构体，并设置默认值。
my_object_free 函数： 这个函数负责释放 my_object 的实例。它释放 zend_object 结构体占用的内存。
PHP_METHOD 宏： 用于定义 PHP 类的方法。
PHP_MINIT_FUNCTION 函数： 在模块初始化时，我们注册 MyObject 类，并设置它的 Object Handler。

编译和安装：

phpize
./configure
make
sudo make install

然后在 php.ini 中启用扩展：

extension=custom_zval.so

PHP 代码：

<?php

$obj = new MyObject(10);
echo $obj->getValue() . "n"; // 输出 10

$obj->setValue(20);
echo $obj->getValue() . "n"; // 输出 20

?>

运行效果：

10
20

这说明我们已经成功地创建了一个自定义的 Zval，并定义了它的操作方式。

2.3 注意事项

内存管理： 自定义 Zval 需要自己管理内存，要确保正确地分配和释放内存，避免内存泄漏。
对象生命周期： 要理解 PHP 对象的生命周期，避免访问已经释放的对象。
类型转换： 要考虑自定义 Zval 与其他 PHP 类型之间的转换问题。

3. 总结

今天我们学习了 PHP Zend Extension 开发中的两个重要概念：Hook Opcode 执行和自定义 Zval 操作。它们是深入 PHP 引擎的“利器”，可以让我们更好地理解 PHP 的运行机制，并实现一些高级的功能。

希望今天的讲座对大家有所帮助！记住，能力越大，责任越大。用你学到的知识做一些有意义的事情，而不是去破坏！

感谢大家的观看！下次再见！