sds.c/sds.h

一、 SDS的定义

SDS（Simple Dynamic String，简单动态字符串），是redis底层使用的字符串表示，取代了C语言中默认的char *类型。

与C语言的默认字符串相比，sds既可以高效地实现追加和长度计算，同时也是二进制安全的，并会在字符串末尾自动添加 '\0'。

采用默认的空字符结尾，使得sds可以兼容部分C字符串函数。

所以，在Redis中，C字符串只会作为字符串字面量，用在一些不需要对字符串值进行修改的地方。

在sds.h/sdshdr中，对SDS进行了定义：

typedef char *sds;     //类型别名，用于指向 sdshdr 中的 buf 属性

struct sdshdr {
    unsigned int len;  //已使用的字节数
    unsigned int free; //可用的字节数
    char buf[];        //数据空间，实际保存字符串数据的地方
};

对于 sdshdr 来说，sizeof(struct sdshdr)= 2*sizeof(unsigned int)，因为 char buf[] 等价于 char buf[0], 它仅对编译器有效，并不实际占用存储。

所以，一个sds字符串申请的实际内存为：sizeof（sdshdr）+len+free+1，其中的“1”实际上是sds自动添加的字符'\0'。

另外，sds 指向 sdshdr 中的 buf 属性，要是想获取 sdshdr 结构体指针，可以通过以下代码来获取：

struct sdshdr *sh = (void *)(s -(sizeof(struct sdshdr)));

二、 SDS API

三、 SDS 特点

1. 常熟复杂度获取字符串长度
   SDS 在 len 属性中记录了 SDS 本身的长度，因此获取 SDS 长度的操作，即 sdslen() 的时间复杂度仅为 O(1)。
   与 C 字符串相比，获取字符串长度的时间复杂度从 O(N) 降为了 O(1)。

2. API 安全，不会造成缓冲区溢出
   在需要对 SDS 进行修改时，API 会对 SDS 的 len 属性和 free 属性进行检查，以确保有足够的空间来满足修改所需的要求，因此不会造成缓冲区溢出问题。

3. 减少修改字符串时带来的内存重分配次数
   因为 Redis 作为数据库，经常用于速度要求严苛、内容修改频繁的场合，所以如果修改字符串时带来的内存重分配次数要尽可能的少，而在 SDS 里采用了空间预分配和惰性空间释放两种策略来进行优化。
   通过以上两种策略，可以将 C 字符串的修改字符串长度 N 次必须进行 N 次内存重分配，优化为修改字符串长度 N 次最多需要进行 N 次内存重分配。

   • 空间预分配
     空间预分配，用于优化 SDS 的字符串增长操作。
     当 SDS 的 API 对一个 SDS 进行修改，并且需要对 SDS 进行空间扩充时，不仅会为 SDS 分配修改所必须要的空间，还会为 SDS 分配额外的未使用空间（即 free 属性的值）。

     分配的额外空间会受修改后的 SDS 的长度（即 len 属性的值）影响：

     1. len 小于 1MB ：将会给 SDS 分配和 len 属性同样大小的未使用空间，即SDS 的 len 属性值将和 free 属性值相同。
     2. len 大于等于 1MB ：将会给 SDS 分配 1MB 的未使用空间，即 free 属性值等于 1MB。

   • 惰性空间释放
     惰性空间释放，用于优化 SDS 的字符串缩短操作。
     当 SDS 的 API 需要缩短 SDS 保存的字符串时，并不会立即使用内存重分配来回收多余的字节，而是使用 free 属性来对这些字节数量进行记录。

4. 二进制安全
   C 字符串中的字符必须符合某种编码，并且除末尾之外，字符串里面不能包含空字符。故而 C 字符串只能用来保存文本数据。
   而 SDS 字符串由于不使用空字符，而是使用 len 属性来作为字符串结尾的标志，所以 SDS 的 buf 属性可以用来存储像图像、音频、视频、压缩文件等的二进制数据。
   所以说， SDS 的 API 都是二进制安全的（binary-safe）。

5. 兼容部分 C 字符串函数
   虽然 SDS 的 API 都是二进制安全的，但是由于 SDS 字符串同样遵循 C 字符串以空字符结尾的惯例，所以 SDS 可以重用部分 <string.h> 库定义的函数。