一简单动态字符串 SDS

1.1 SDS简介

无论是 Redis 的 Key 还是 Value，其基础数据类型都是字符串。例如，Hash 型 Value 的field 与 value 的类型、List 型、Set 型、ZSet 型 Value 的元素的类型等都是字符串。虽然 Redis是使用标准 C 语言开发的，但并没有直接使用 C 语言中传统的字符串表示，而是**自定义了一种字符串。**这种字符串本身的结构比较简单，但功能却非常强大，称为简单动态字符串， $S im pl eDy nami c St r in g$ ，简称 $S D S$ 。

注意，Redis 中的所有字符串并不都是 SDS，也会出现 C 字符串。C 字符串只会出现在字符串“字面常量”中，并且该字符串不可能发生变更。

C 字符串本身是一个以双引号括起来，以空字符’\0’结尾的字符序列。

struct sdshdr {
	// 字节数组，用于保存字符串
	char buf[];
	// buf[]中已使用字节数量，称为 SDS 的长度
	int len;
	// buf[]中尚未使用的字节数量
	int free;
}

如：执行 SET country “China”命令时，键 country 与值”China”都是 SDS 类型的，只不过一个是 SDS 的变量，一个是 SDS 的字面常量。
- “China”在内存中的结构如下：
- 结论：SDS 的 buf 值实际是一个 C 字符串，包含空字符’\0’共占 6 个字节。但 SDS 的 len 不包含空字符’\0’，还有有 3 字节未使用空间

对于 C 字符串，若要获取其长度，则必须要通过遍历整个字符串才可获取。对于超长字符串的遍历，会成为系统的性能瓶颈。SDS 结构体中直接就存放着字符串的长度数据，所以获取字符串长度不需要消耗的系统性能，不会成为 Redis 的性能瓶颈。

C 字符串中只能包含符合某种编码格式的字符，例如 ASCII、UTF-8 等，并且除了字符串末尾外，其它位置是不能包含空字符’\0’的，否则该字符串就会被程序误解为提前结束。而在图片、音频、视频、压缩文件、office 文件等二进制数据中常常以空字符’\0’作为分隔符。故而在 C 字符串中是不能保存像图片、音频、视频、压缩文件、office 文件等二进制数据的。
**SDS 不是以空字符’\0’作为字符串结束标志的，其是通过 len 属性来判断字符串是否结束的。**所以，对于程序处理 SDS 中的字符串数据，无需对数据做任何限制、过滤、假设，只需读取即可。

SDS 采用了空间预分配策略与惰性空间释放策略来避免内存再分配问题。
空间预分配策略是指，每次 SDS 进行空间扩展时，程序不但为其分配所需的空间，还会为其分配额外的未使用空间，以减少内存再分配次数。而额外分配的未使用空间大小取决于空间扩展后 SDS 的 len 属性值。
- 如果 len 属性值小于 1M，那么分配的未使用空间 free 的大小与 len 属性值相同。
- 如果 len 属性值大于等于 1M ，那么分配的未使用空间 free 的大小固定是 1M。
惰性空间释放策略是指，SDS 字符串长度如果缩短，那么多出的未使用空间将暂时不释放，而是增加到 free 中。以使后期扩展 SDS 时减少内存再分配次数。如果要释放 SDS 的未使用空间，则可通过 sdsRemoveFreeSpace()函数来释放。

Redis 中提供了很多的 SDS 的 API，以方便用户对 Redis 进行二次开发。为了能够兼容 C函数，SDS 的底层数组 buf[]中的字符串仍以空字符’\0’结尾。
- 如：一个是 SDS，一个是 C 字符串，此时可以通过 C 语言函数
```
strcmp(sds_str->buf,c_str)
```

函数	功能描述
sdsnew()	使用指定的 C 字符串创建一个 SDS
sdsempty()	创建一个不包含任何字符串数据的 SDS
sdsdup()	创建一个指定 SDS 的副本
sdsfree()	释放指定的 SDS
sdsclear()	清空指定 SDS 的字符串内容
sdslen()	获取指定 SDS 的已使用空间 len 值
sdsavail()	获取指定 SDS 的未使用空间 free 值
sdsMakeRoomFor()	使指定的 SDS 的 free 空间增加指定的大小
sdsRemoveFreeSpace()	释放指定 SDS 的 free 空间
sdscat()	将指定的 C 字符串拼接到指定 SDS 字符串末尾
sdscatsds()	将指定的 SDS 的字符串拼接到另一个指定 SDS 字符串末尾
sdscpy()	将指定的 C 字符串复制到指定的 SDS 中，覆盖原 SDS 字符串内容
sdsgrouzero()	扩展 SDS 字符串到指定长度。这个扩展是使用空字符’\0’填充
sdsrange()	截取指定 SDS 中指定范围内的字符串
sdstrim()	在指定 SDS 中删除所有指定 C 字符串中出现的所有字符
sdsemp()	对比两个给定的 SDS 字符串是否相同
sdstolow()	将指定 SDS 字符串中的所有字母变为小写
sdstoupper()	将指定 SDS 字符串中的所有字母变为大写