redis源码分析（3）sds

sds是redis中用来处理字符串的数据结构。sds的定义在sds.h中：

 typedef char *sds;

简洁明了！简明扼要！（X，玩我呢是吧！这特么不就是c中的字符串么？！）。像redis这种高端大气上档次的服务器显然不会这么的幼稚。在sds的定义之后，还有一个结构体：

 struct sdshdr {
     int len;
     int free;
     char buf[];
 }

有len，有free，这就有点意思了。很明显，根据这个结构体的定义，这是sds的header，用来存储sds的信息。注意最后的buf定义，这个buf数组没有设置长度。这是为神马呢？在gcc中，这种方式可以使得buf成为一个可变的数组，也就是说，可以扩展buf同时又保证在使用的时候，感觉buf始终在struct sdshdr中。有点啰嗦，其实可以用下图展示：

  sdshdr       sds
    |           |
    V           V
    ----------------------------
    |len | free | buf …        |
    ----------------------------     

这个就是sds的内存分布图。struct sdshdr这个结构体放在了真正的数据之前，且是紧挨着的。这样，通过buf引用的数组其实就是后面的数据。这个是利用了c中数组访问的特点。
下面我们来看看如何创建一个sds：

 /* Create a new sds string with the content specified by the 'init' pointer
  * and 'initlen'.
  * If NULL is used for 'init' the string is initialized with zero bytes.
  *
  * The string is always null-termined (all the sds strings are, always) so
  * even if you create an sds string with:
  *
  * mystring = sdsnewlen("abc",3");
  *
  * You can print the string with printf() as there is an implicit \0 at the
  * end of the string. However the string is binary safe and can contain
  * \0 characters in the middle, as the length is stored in the sds header. */
 sds sdsnewlen(const void *init, size_t initlen) {
     struct sdshdr *sh;
 
     if (init) {
         sh = zmalloc(sizeof(struct sdshdr)+initlen+);
     } else {
         sh = zcalloc(sizeof(struct sdshdr)+initlen+);
     }
     if (sh == NULL) return NULL;
     sh->len = initlen;
     sh->free = ;
     if (initlen && init)
         memcpy(sh->buf, init, initlen);
     sh->buf[initlen] = '\0';
     return (char*)sh->buf;
 }

重点是这句（zcalloc也一样，只是分配内存的时候顺带初始化为0）：

 sh = zmalloc(sizeof(struct sdshdr)+initlen+)

创建一个sds的时候，实际申请的内存大小为sdshdr的大小，加上调用者希望的sds的大小，再加一。另外，zmalloc的返回值直接赋值给了sh，sh是struct sdshdr。那么，在创建一个sds的时候，将sds的struct sdshdr放到了真正的数据的前面，这样可以通过buf引用到后面的数据。多加一个一是为了保证有地方放'\0'。根据注释，sds默认以'\0'结尾，且可以存放二进制的数据，因为struct sdshdr中存放了数据的长度。在sdsnewlen的最后，返回的是(char\*)sh->buf，也就是说sds实际指向的就是一个char\*数组。**所有可以对char\*的操作也同时可以操作sds**。

那sds的长度等信息如何获取呢？看下面的代码：

 static inline size_t sdslen(const sds s) {
     struct sdshdr *sh = (void*)(s-(sizeof(struct sdshdr)));
     return sh->len;
 }
 
 static inline size_t sdsavail(const sds s) {
     struct sdshdr *sh = (void*)(s-(sizeof(struct sdshdr)));
     return sh->free;
 }

这两个函数分别是获取sds的实际长度和可用空间。核心代码就是这句：

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

将sds的地址减去struct sdshdr的长度然后赋值给sh，这就得到了sds对应的struct sdshdr。根据前面的内存分布图，struct sdshdr始终是在数据的前面，一次很容易得到struct sdshdr的地址。得到了struct sdshdr的地址之后，其他的就很简单了。

sds支持动态的扩展空间，sdsMakeRoomFor这个函数用来扩展sds的空间：

 /* Enlarge the free space at the end of the sds string so that the caller
  * is sure that after calling this function can overwrite up to addlen
  * bytes after the end of the string, plus one more byte for nul term.
  *
  * Note: this does not change the *length* of the sds string as returned
  * by sdslen(), but only the free buffer space we have. */
 sds sdsMakeRoomFor(sds s, size_t addlen) {
     struct sdshdr *sh, *newsh;
     size_t free = sdsavail(s);
     size_t len, newlen;
 
     if (free >= addlen) return s;
     len = sdslen(s);
     sh = (void*) (s-(sizeof(struct sdshdr)));
     newlen = (len+addlen);
     if (newlen < SDS_MAX_PREALLOC)
         newlen *= ;
     else
         newlen += SDS_MAX_PREALLOC;
     newsh = zrealloc(sh, sizeof(struct sdshdr)+newlen+);
     if (newsh == NULL) return NULL;
 
     newsh->free = newlen - len;
     return newsh->buf;
 }

这个函数保证sds至少有addlen长度的空间可用。这个函数体现了sds的空间扩展策略。如果有足够的空间，则直接返回。如果空间不够，当len+addlen小于SDS_MAX_PREALLOC时，将空间扩展到(len+addlen)\*2。当len+addlen大于SDS_MAX_PREALLOC，将空间扩展到len+addlen+SDS_MAX_PREALLOC。sds的扩展考虑了实际需要的空间大小，扩展的效率要高一些。如果每次扩大原来的二倍，当需要的空间大于初始空间二倍时，需要多次的扩展操作，也就意味着多次的zrealloc操作。sds的扩展可以在任何情况下一次扩展到位。

sds最大的特点就是所有可以对char\*的操作都可以操作sds，这在实际使用sds的的时候可以带来很多方便。比如，从socket中读取数据存储到sds中，可以如下操作：

 /* sds s */
 int oldlen = sdslen(s);
 s = sdsMakeRoomFor(s, BUFFER_SIZE);
 nread = read(fd, s+oldlen, BUFFER_SIZE);
 sdsIncrLen(s, nread);

在调用read的时候，可以把sds看做是char\*来处理（实际上sds就是char\*）。当然，最后一定要调用sdsIncrLen来修正sds的长度。