Изучаем PHP изнутри. Zval

function set($arr, $key, $val)
{
...
if ($arr->flags & HASH_FLAG_PACKED) {
    if ($key < 0) {
        goto convert_to_hash;
    }

    if ($key < $arr->lastUsedKey) {
         if ($arr->data[$key]->type !== TYPE_VAR_UNDEFINED) { // TYPE_VAR_UNDEFINED в данном случае значит что это неинициализированная переменная (ей ничего не присвоили, даже null)
             // добавим этот элемент в массив, он должен нормально туда влезть, заменив какой-то из уже существующих по этому индексу
         } else {
             // если по такому ключу ничего нет (но при этом после него есть ключи, которые мы использовали), то превращаемся в хештаблицу, т.к. только с ней мы сможем соблюсти такой порядок элементов
             goto convert_to_hash;
         }
    } elseif ($key < $arr->tableSize) { // если ключ больше самого большого ключа из этого массива, но меньше чем кол-во заранее инициализированных бакетов (это число всегда кратно 2)
        // просто добавим этот элемент сюда
    } elseif ($key < $arr->tableSize * 2 && $arr->tableSize - $arr->lastUsedKey < $arr->tableSize / 2) { // если ключ больше чем кол-во преинициализированных бакетов, но меньше чем это же число умноженное на два, и при этом если мы уже используем больше половины бакетов
        // инициализировать в два раза больше бакетов чем есть сейчас, и переместить туда их
        // добавить элемент
    } else {
        goto convert_to_hash;
    }
}
convert_to_hash:
...
}