O documento aborda as estruturas de dados disponíveis em PHP através da SPL (Standard PHP Library), incluindo arrays, splfixedarray, pilhas (splstack), filas (splqueue), heaps (splheap), filas de prioridade (splpriorityqueue) e armazenamento de objetos (splobjectstorage). Ele compara o desempenho de diferentes implementações dessas estruturas e destaca suas interfaces e métodos essenciais. De forma geral, apresenta como essas estruturas podem ser utilizadas para melhorar a performance e escalabilidade em aplicações PHP.

1. SPL
Datastructures
Estruturas de dados e algoritmos
em PHP
Felipe Ribeiro http://feliperibeiro.com
felipernb@php.net @felipernb

2. Felipe Ribeiro
Graduando (concluinte) em Ciência da Computação na
UFCG
Zend Certified Engineer - PHP5
Trabalha como desenvolvedor Web e consultor com
foco em performance e escalabilidade de Websites
Experiência em grids computacionais e sistemas
distribuídos
Membro fundador do grupo PHP-PB
Contribuidor do PHP e Mozilla Camino

3. SPL
Classes e
interfaces
nativas

4. Estruturas
de dados

5. Estruturas
de dados
Armazenamento
Organização
Conjuntos

6. PHP 5.3 traz
SPL
Datastrucutres

7. O bom e velho
Array não era
suficiente?

8. Arrays
Um array é uma das mais simples estruturas de dados.
Associa um índice a um valor
Normalmente o índice é um número (inteiro)
No PHP, o array convencional funciona como uma
tabela Hash, e o índice pode ser uma string
No PHP, o array tem tamanho dinâmico

9. <?php
$array = array();
$array[0] = "foo";
$array['bar'] = "baz";
$array[525] = "xpto";
echo $array[0];
?>

10. SPLFixedArray
Array de tamanho fixo
Índices numéricos inteiros (0 <= n < tamanho do array)
Mais rápido
Implementa as interfaces Iterator, ArrayAccess e
Countable da SPL, que permitem lidar com um
SPLFixedArray como um array convencional
foreach
Acesso direto aos índices ($array[$i])
count()

11. SplFixedArray implements Iterator, ArrayAccess, Countable
{
/* Methods */
public __construct ( int $size )
public int count ( void )
public mixed current ( void )
public static SplFixedArray fromArray ( array $array [,
boolean $save_indexes ] )
public int getSize ( void )
public int key ( void )
public void next ( void )
public bool offsetExists ( int $index )
public mixed offsetGet ( int $index )
public void offsetSet ( int $index , mixed $newval )
public void offsetUnset ( int $index )
public void rewind ( void )
public int setSize ( int $size )
public array toArray ( void )
public bool valid ( void )
}

12. $array = new SPLFixedArray(5);
$array[0] = 'foo';
$array[3] = 'bar';
var_dump(count($array)); //int(5)
var_dump($array[4]); //NULL
var_dump($array[5]); //Uncaught exception
'RuntimeException' with message 'Index invalid or
out of range'

13. Benchmark #1
(criando e preenchendo um novo Array)
$array = array();
for( $i = 0; $i < $argv[1]; $i++) {
$array[$i] = $i;
}
$array = new SPLFixedArray($argv[1]);
for( $i = 0; $i < $argv[1]; $i++) {
$array[$j] = $j;
}

14. Benchmark #1
(criando e preenchendo um novo Array)
Elementos Array (μs) SPLFixedArray(μs) Razão
10 9 11 0.818
100 55 50 1.100
1000 527 441 1.195
10000 6490 4726 1.373
100000 91524 55808 1.640

15. Benchmark #1
(criando e preenchendo um novo Array)
Array SPLFixedArray
100000
75000
Tempo (μs)
50000
25000
0
10 100 1000 10000 100000
Elementos

16. Benchmark #2
(acessando índices aleatórios de um Array)
function acessos_aleatorios($array, $acessos)
{
$max = count($array)-1;
for ($i = 0; $i < $acessos; $i++) {
$array[rand(0,$max)];
}
}

17. Benchmark #2
(acessando índices aleatórios de um Array)
Elementos Array (μs) SPLFixedArray (μs) Razão
(1 milhão de acessos) (1 milhão de acessos)
10 2250005 2242573 1.003
100 2198150 2245209 0.979
1000 2205867 2247230 0.982
10000 2186140 2303941 0.949

18. Benchmark #2
(acessando índices aleatórios de um Array)
O acesso aos elementos de um array
é feito em O(1) - tempo constante
independente do tamanho do array

19. SPLDoublyLinkedList
cabeça cauda

20. SPLDoublyLinkedList
Adição, remoção, operação de iteração, acesso à
cabeça e à cauda em O(1)
Localização de um nó em O(n)
Usada na implementação de:
SPLStack
SPLQueue
Implementa as interfaces Iterator, ArrayAccess e
Countable da SPL, que permitem lidar como um array
convencional:
foreach, acesso direto aos índices, count()

21. SPLStack
Pilha

22. SPLStack
LIFO (Last In, First Out)
Duas operações
Push (Empilha)
Pop (Desempilha)

23. SPLStack
Com Array eu também posso fazer isso!
array_push ou [ ]
array_pop
Mas o Array não garante que você possa fazer SÓ
isso!

24. SPLStack
$pilha = array();
$pilha[] = 1;
array_push($pilha, 2);
$pilha[] = 3;
var_dump(array_pop($pilha)); // int(3)
var_dump(array_pop($pilha)); // int(2)
var_dump(array_pop($pilha)); // int(1)

25. SPLStack
$pilha = new SPLStack();
$pilha[] = 1;
$pilha->push(2);
$pilha[] = 3;
var_dump($pilha->pop()); // int(3)
var_dump($pilha->pop()); // int(2)
var_dump($pilha->pop()); // int(1)

26. Benchmark #3
$array = array();
for($i = 0; $i < $argv[1]; $i++ ) {
array_push($array, $i);
}
for($i = 0; $i < $argv[1]; $i++) {
array_pop($array);
}

27. Benchmark #3
$stack = new SPLStack();
for($i = 0; $i < $argv[1]; $i++ ) {
$stack->push($i);
}
for($i = 0; $i < $argv[1]; $i++) {
$stack->pop();
}

28. Benchmark #3
Elementos Array (μs) SPLStack (μs) Razão
10 48 41 1.17
100 467 354 1.32
1000 4656 3966 1.17
10000 51473 42463 1.21

29. Benchmark #3
Array SPLStack
60000
45000
Tempo (μs)
30000
15000
0
10 100 1000 10000
Elementos

30. SPLQueue
Fila

31. SPLQueue
FIFO (First In, First Out)
Duas operações:
Enqueue (enfileirar)
Dequeue (desenfileirar)

32. SPLQueue
Com Array eu também posso fazer isso!
array_push ou [ ]
array_shift
Mas, novamente, o Array não garante que você possa
fazer SÓ isso!

33. Benchmark #4
$array = array();
for($i = 0; $i < $argv[1]; $i++) {
$array[] = $i;
}
for($i = 0; $i < $argv[1]; $i++) {
array_shift($array);
}

34. Benchmark #4
$queue = new SPLQueue;
for($i = 0; $i < $argv[1]; $i++) {
$queue[] =$i;
}
for($i = 0; $i < $argv[1]; $i++) {
$queue->dequeue();
}

35. Benchmark #4
Elementos Array (μs) SPLQueue (μs) Razão
10 32 43 0.7
100 338 412 0.8
1000 12472 3915 3.2
10000 1091477 39242 27.8
100000 581828231 418623 1389.9

36. Benchmark #4
Array SPLQueue
6E+08
4.5E+08
Tempo (μs)
3E+08
1.5E+08
0E+00
10 100 1000 10000 100000
Elementos

37. SPLHeap
100
19 36
17 3 25 1
2 7

38. SPLHeap
A maneira mais simples de manter uma coleção
sempre ordenada
Max Heap - Highest first out
Min Heap - Lowest first out
Duas operações
Insere (adiciona à coleção e ordena)
Remove (remove a raíz)

39. abstract SplHeap implements Iterator, Countable
{
/* Methods */
__construct ( void )
abstract int compare ( mixed $value1 , mixed $value2 )
int count ( void )
mixed current ( void )
mixed extract ( void )
void insert ( mixed $value )
bool isEmpty ( void )
mixed key ( void )
void next ( void )
void recoverFromCorruption ( void )
void rewind ( void )
mixed top ( void )
bool valid ( void )
}

40. SPLHeap
(mantendo uma estrutura equivalente com Array)
function insert(&$array, $element) {
$array[] = $element;
sort($array); //rsort no max heap
}
function extract(&$array) {
return array_shift($array);
}

41. SPLMaxHeap
Cada nodo é menor do
que ou igual ao nodo
pai, de acordo com
algum critério de
comparação

42. Benchmark #5
$array = array();
for($i = 0; $i < $argv[1]; $i++) {
$array[] = rand(1, $argv[1]);
rsort($a);
}
for($i = 0; $i < $argv[1]; $i++) {
array_shift($array);
}

43. Benchmark #5
$heap = new SPLMaxHeap;
for($i = 0; $i < $argv[1]; $i++) {
$heap->insert(rand(1, $argv[1]));
}
for($i = 0; $i < $argv[1]; $i++) {
$heap->extract();
}

44. Benchmark #5
Elementos Array (μs) SPLMaxHeap (μs) Razão
10 83 88 0.94
100 1626 831 1.96
1000 157319 8431 18.66
10000 21423280 95029 225.44

45. Benchmark #5
Array SPLMaxHeap
30000000
22500000
Tempo (μs)
15000000
7500000
0
10 100 1000 10000
Elementos

46. SPLMinHeap
Cada nodo é maior do
que ou igual ao nodo
pai, de acordo com
algum critério de
comparação

47. Benchmark #6
$array = array();
for($i = 0; $i < $argv[1]; $i++) {
$array[] = rand(1, $argv[1]);
sort($a);
}
for($i = 0; $i < $argv[1]; $i++) {
array_shift($array);
}

48. Benchmark #6
$heap = new SPLMinHeap;
for($i = 0; $i < $argv[1]; $i++) {
$heap->insert(rand(1, $argv[1]));
}
for($i = 0; $i < $argv[1]; $i++) {
$heap->extract();
}

49. Benchmark #6
Elementos Array (μs) SPLMinHeap (μs) Razão
10 82 88 0.93
100 1575 830 1.90
1000 156638 9054 17.30
10000 18821974 90559 207.84

50. Benchmark #5
Array SPLMinHeap
20000000
15000000
Tempo (μs)
10000000
5000000
0
10 100 1000 10000
Elementos

51. SPLHeap
Nem sempre você quer fazer comparações diretas de
elementos, as vezes é preciso ordenar de acordo com
atributos de objetos
É possível estender a classe SPLHeap com o seu
próprio método de comparação

52. SPLHeap
class Campeonato extends SPLHeap {
public function compare($time1, $time2) {
if($time1->pontos == $time2->pontos) return 0;
return $time1->pontos < $time2->pontos? -1:1;
}
}

53. SPLHeap
$campeonato = new Campeonato;
$campeonato->insert($time1);
$campeonato->insert($time2);
$campeonato->insert($time3);
while($campeonato->valid()) {
$time = $campeonato->current();
echo $time->nome ." - ". $time->pontos . "ptsn";
$campeonato->next();
}

54. SPLPriorityQueue
Fila de prioridade

55. SPLPriorityQueue
Apesar de ser uma fila, é implementada usando um
heap
Elementos com maior prioridade saem primeiro
Ao inserir um elemento, atribui-se uma prioridade para
ele
A análise de performance é análoga à do
SPLMaxHeap, com a diferença apenas do critério de
ordenação

56. SplPriorityQueue implements Iterator, Countable
{
/* Methods */
__construct ( void )
void compare ( mixed $priority1 , mixed
$priority2 )
int count ( void )
mixed current ( void )
mixed extract ( void )
void insert ( mixed $value , mixed $priority )
bool isEmpty ( void )
mixed key ( void )
void next ( void )
void recoverFromCorruption ( void )
void rewind ( void )
void setExtractFlags ( int $flags )
mixed top ( void )
bool valid ( void )
}

57. SPLPriorityQueue
$fila = new SPLPriorityQueue;
$fila->insert("adulto",1);
$fila->insert("gestante",2);
$fila->insert("deficiente",2);
$fila->insert("idoso",3);
while($fila->valid()) {
echo "Próximo: ".$fila->extract()."n";
}
//Próximo: idoso
//Próximo: gestante
//Próximo: deficiente
//Próximo: adulto

58. SPLObjectStorage
Funciona como um Set ou um mapa

59. SPLObjectStorage
É uma estrutura de dados que relaciona chaves e
valores, como um mapa.
Pode-se ignorar os valores e armazenar só chaves,
fazendo a estrutura se comportar como um Set
Essa estrutura não garante nenhuma política de acesso
ou ordenação

60. SplObjectStorage implements Countable, Iterator, Traversable, Serializable,
ArrayAccess
{
/* Methods */
public void addAll ( SplObjectStorage $storage )
public void attach ( object $object [, mixed $data ] )
public boolean contains ( object $object )
public int count ( void )
public object current ( void )
public void detach ( object $object )
public mixed getInfo ( void )
public int key ( void )
public void next ( void )
public boolean offsetExists ( object $object )
public mixed offsetGet ( object $object )
public void offsetSet ( object $object , mixed $info )
public void offsetUnset ( object $object )
public void removeAll ( SplObjectStorage $storage )
public void rewind ( void )
public string serialize ( void )
public void setInfo ( mixed $data )
public void unserialize ( string $serialized )
public boolean valid ( void )
}

61. // Set
$s = new SplObjectStorage();
$o1 = new StdClass;
$o2 = new StdClass;
$o3 = new StdClass;
$s->attach($o1);
$s->attach($o2);
var_dump($s->contains($o1)); // bool(true)
var_dump($s->contains($o2)); // bool(true)
var_dump($s->contains($o3)); // bool(false)
$s->detach($o2);
var_dump($s->contains($o1)); // bool(true)
var_dump($s->contains($o2)); // bool(false)
var_dump($s->contains($o3)); // bool(false)

62. // MAP
$s = new SplObjectStorage();
$o1 = new StdClass;
$o2 = new StdClass;
$o3 = new StdClass;
$s[$o1] = "data for object 1";
$s[$o2] = array(1,2,3);
if (isset($s[$o2])) {
var_dump($s[$o2]);
}

63. <?php
echo "Dúvidas?";
$card = array(
'nome' => 'Felipe Ribeiro',
'site' => 'http://feliperibeiro.com',
'e-mail' => 'felipernb@php.net',
'twitter' => '@felipernb',
'fone' => '(83) 9979-3161'
);
var_dump($card);
?>