简单动态字符串 sds

        Redis 设计了简单动态字符串（Simple Dynamic String，SDS）的结构，用来表示
字符串。相比于 C 语言中的字符串实现，SDS 这种字符串的实现方式，会提升字符串的操
作效率，并且可以用来保存二进制数据。

为什么 Redis 不用 char*？

首先得先了解char* 字符串数组的结构特点，还有 Redis对字符串的需求是什么，所以下面我们就来具体分析一下

char* 的结构设计

char*字符数组的结构很简单，就是一块连续的内存空间，依次存放了字符串中的每一个
字符。比如，下图显示的就是字符串“redis”的char*数组结构。、

 从图中可以看到，字符数组的最后一个字符是“\0”，这个字符的作用是什么呢？其实，C
语言在对字符串进行操作时，char* 指针只是指向字符数组的起始位置，而字符数组的结尾
位置就用“\0”表示，意思是指字符串的结束

c语言标准库呢就是检查字符这个字符是不是\0然后不是加一往下走，是的话结束

创建了两个字串变量 a 和 b，分别给它们赋值为“red\0is”和“redis\0”。然后，我用 strlen 函数
计算这两个字符串长度，如下所示：

 当程序执行完这段代码后，输出的结果分别是 3 和 5。

也就是说，char* 字符串以“\0”表示字符串的结束，其实会给我们保存数据带来一定的负
面影响。如果我们要保存的数据中，本身就有“\0”，那么数据在“\0”处就会被截断，
而这就不符合 Redis 希望能保存任意二进制数据的需求了

操作函数复杂度

用char* 会导致复杂度增加

字符串追加函数 strcat 和上边的strlen函数都需要遍历到字符串的末尾

SDS 的设计思想

因为 Redis 是使用 C 语言开发的，所以为了保证能尽量复用 C 标准库中的字符串操作函
数，Redis 保留了使用字符数组来保存实际的数据。但是，和 C 语言仅用字符数组不同，
Redis 还专门设计了 SDS（即简单动态字符串）的数据结构

SDS 结构设计

首先，SDS 结构里包含了一个字符数组 buf[]，用来保存实际数据。同时，SDS 结构里还
包含了三个元数据，分别是字符数组现有长度 len、分配给字符数组的空间长度 alloc，以
及 SDS 类型 flags。其中，Redis 给 len 和 alloc 这两个元数据定义了多种数据类型，进
而可以用来表示不同类型的 SDS

在 Redis 源码中查找过 SDS 的定义，那你可能会看到，Redis 使用 typedef
给 char* 类型定义了一个别名，这个别名就是 sds 

typedef char *sds;

因为 SDS 本质还是字符数组，只是在字符数组基础上增加了额外的元数据。在
Redis 中需要用到字符数组时，就直接使用 sds 这个别名。

在创建新的字符串时，Redis 会调用 SDS 创建函数 sdsnewlen。sdsnewlen 函数
会新建 sds 类型变量（也就是 char* 类型变量），并新建 SDS 结构体，把 SDS 结构体中

的数组 buf[] 赋给 sds 类型变量。最后，sdsnewlen 函数会把要创建的字符串拷贝给 sds
变量。下面的代码就显示了 sdsnewlen 函数的这个操作逻辑，你可以看下

 SDS操作效率

因为它本身的数据结构

紧凑型字符串结构的编程技巧

SDS 结构中有一个元数据 flags，表示的是 SDS 类型

事实上，SDS 一共设计了 5 种类型，分别是 sdshdr5、sdshdr8、sdshdr16、sdshdr32 和 sdshdr64

这 5种类型的主要区别就在于，它们数据结构中的字符数组现有长度 len 和分配空间长度
alloc，这两个元数据的数据类型不同。

因为 sdshdr5 这一类型 Redis 已经不再使用了，主要来了解下剩余的 4 种类
型。以 sdshdr8 为例，它的定义如下所示

 我们可以看到，现有长度 len 和已分配空间 alloc 的数据类型都是 uint8_t。uint8_t 是 8
位无符号整型，会占用 1 字节的内存空间。当字符串类型是 sdshdr8 时，它能表示的字符
数组长度（包括数组最后一位\0）不会超过 256 字节（2 的 8 次方等于 256）。

而对于 sdshdr16、sdshdr32、sdshdr64 三种类型来说，它们的 len 和 alloc 数据类型分
别是 uint16_t、uint32_t、uint64_t，即它们能表示的字符数组长度，分别不超过 2 的 16
次方、32 次方和 64 次方。这两个元数据占用的内存空间在 sdshdr16、sdshdr32、
sdshdr64 类型中，则分别是 2 字节、4 字节和 8 字节。

SDS 之所以设计不同的结构头（即不同类型），是为了能灵活保存不同大小的字
符串，从而有效节省内存空间

除了设计不同类型的结构头，Redis 在编程上还使用了专门的编译优化来节省内存
空间。在刚才介绍的 sdshdr8 结构定义中，我们可以看到，在 struct 和 sdshdr8 之间使
用了__attribute__ ((__packed__))，如下所示：

struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr8

其实这里，__attribute__ ((__packed__))的作用就是告诉编译器，在编译
sdshdr8 结构时，不要使用字节对齐的方式，而是采用紧凑的方式分配内存。这是因为在
默认情况下，编译器会按照 8 字节对齐的方式，给变量分配内存。也就是说，即使一个变
量的大小不到 8 个字节，编译器也会给它分配 8 个字节

到这里呢需要了解一下，字节对齐是为什么？