动态字符串SDS

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Redis没有用c语言的字符串，本质c语言没有字符串char * s = "hello" 他有一个结束标识’\0'

获取字符串长度需要通过运算-1或者字符数组O(n)
非二进制安全：如果我有一个字符也是‘\0’会出问题，不能包含。
不可以修改，因为他保存在内存的常量池。

Reids构建了一种新的字符串结构称为简单动态字符串SDS,SDS其实是一个结构体，源代码如下

1struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr8 {
2	uint8_t len；/*buf已保存的字符串字节数，不包含结束标示*/
3	uint8_t alloc;/*buf申请的总的字节数，不包含结束标示*/
4	unsigned char flags；/*不同SDS的头类型，用来控制SDS的头大小*/
5	char buf[]; //
6}；

因为uint8 最多长度为255，redis里不止是有sdshdr8，还有其他结构体

SDS类型对比表格

类型	值	结构体	Header大小	len字段	alloc字段	最大长度	特殊说明
SDS_TYPE_5	0	sdshdr5	1字节	无(存在flags中)	无	31字节	长度存储在flags高5位，不支持预分配
SDS_TYPE_8	1	sdshdr8	3字节	uint8_t	uint8_t	255字节	适合短字符串
SDS_TYPE_16	2	sdshdr16	5字节	uint16_t	uint16_t	65,535字节	适合中等长度字符串
SDS_TYPE_32	3	sdshdr32	9字节	uint32_t	uint32_t	~4GB	适合长字符串
SDS_TYPE_64	4	sdshdr64	17字节	uint64_t	uint64_t	极大	适合超长字符串

设计优势

内存效率: 根据字符串长度选择合适的header大小，避免浪费
类型自动选择: 根据字符串长度自动选择最优的SDS类型
向后兼容: 所有类型都支持相同的API接口
性能优化: 较小的header减少内存访问开销

一个包含字符串“name”的sds结构如下：

二进制安全：我遍历buf的时候，不会因为碰到\0就不读了，而是根据len的长度来读。

因为len记录了长度，获取长度的时间复杂度为O(1)。

sds之所以叫动态字符串，因为他具备动态扩容的能力

SDS 扩容策略（内存预分配）

当进行字符串追加（如 sdsCat）操作时，如果当前剩余空间不足，SDS 会根据以下规则进行 动态扩容：

✅ 情况 1：新字符串总长度 < 1MB

新分配的空间 = 新字符串长度 * 2 + 1
即：预留 双倍于所需空间 的容量，防止频繁扩容。

✅ 情况 2：新字符串总长度 ≥ 1MB

新分配的空间 = 新字符串长度 + 1MB + 1
这是为了避免在大字符串情况下过度浪费内存。

⚠️ 注意：+1 是为了给结尾的 \0 留出空间。

源码

 1// s：当前SDS字符串指针
 2// addlen：需要额外增加的空间大小
 3// greedy：是否启用贪婪策略（即预分配更多空间）
 4sds _sdsMakeRoomFor(sds s, size_t addlen, int greedy) {
 5    void *sh, *newsh;         // sh: 指向SDS结构体头；newsh: 新内存地址
 6    size_t avail = sdsavail(s);  // 当前可用剩余空间
 7    size_t len, newlen, reqlen;
 8    char type, oldtype = sdsType(s);  // 获取当前SDS类型（sdshdr5、8、16等）
 9    int hdrlen;               // SDS头部长度（根据类型不同而不同）
10    size_t bufsize, usable;   // 实际申请到的内存大小，以及其中可用于存储的部分
11    int use_realloc;
12
13    // Step 1: 检查当前是否有足够空间可以容纳新增内容
14    if (avail >= addlen) return s;  // 如果有，直接返回原字符串，无需扩容
15
16    // Step 2: 计算当前SDS字符串长度 + 需要新增的内容长度
17    len = sdslen(s);                // 获取当前SDS的有效字符长度
18    sh = (char*)s - sdsHdrSize(oldtype); // 找到整个SDS结构的起始地址（包括头部）
19    reqlen = newlen = (len + addlen);     // reqlen 是实际需要的总长度
20    assert(newlen > len);                 // 确保不会溢出
21
22    // Step 3: 根据greedy标志选择不同的扩容策略
23    if (greedy == 1) {
24        // 贪婪策略：
25        // - 如果新长度小于最大预分配阈值（默认1MB），则翻倍分配
26        // - 否则只多分配SDS_MAX_PREALLOC（通常为1MB）
27        if (newlen < SDS_MAX_PREALLOC)
28            newlen *= 2;
29        else
30            newlen += SDS_MAX_PREALLOC;
31    }
32
33    // Step 4: 根据新的所需长度确定使用哪种SDS结构类型
34    type = sdsReqType(newlen);  // 根据长度决定应该用哪个sdshdr结构（如 sdshdr8、sdshdr16 等）
35    if (type == SDS_TYPE_5) type = SDS_TYPE_8;  // sdshdr5不支持动态扩容，所以强制升级为sdshdr8
36
37    // Step 5: 判断是否可以直接realloc，还是需要重新malloc并复制数据
38    hdrlen = sdsHdrSize(type);  // 计算新类型头部的大小
39    use_realloc = (oldtype == type);  // 类型未变，就可以尝试用realloc扩展内存
40
41    // Case A: 类型一致，尝试用 realloc 扩展内存空间
42    if (use_realloc) {
43        newsh = s_realloc_usable(sh, hdrlen + newlen + 1, &bufsize);
44        if (newsh == NULL) return NULL;  // 内存分配失败
45        s = (char*)newsh + hdrlen;       // 定位到真正的字符串区域（跳过头部）
46
47        // 可能由于对齐等原因导致实际分配的空间比请求的大，检查是否需要调整类型
48        if (adjustTypeIfNeeded(&type, &hdrlen, bufsize)) {
49            memmove((char *)newsh + hdrlen, s, len + 1);  // 将原字符串内容移动到新位置
50            s = (char *)newsh + hdrlen;
51            s[-1] = type;              // 更新类型字段
52            sdssetlen(s, len);         // 设置长度
53        }
54    } 
55    // Case B: 类型不一致，必须重新分配内存并拷贝旧数据
56    else {
57        newsh = s_malloc_usable(hdrlen + newlen + 1, &bufsize);  // 分配新内存
58        if (newsh == NULL) return NULL;
59
60        adjustTypeIfNeeded(&type, &hdrlen, bufsize);  // 检查是否还可以降级或优化类型
61        memcpy((char*)newsh + hdrlen, s, len + 1);    // 拷贝原字符串内容
62        s_free(sh);                                    // 释放旧内存
63        s = (char*)newsh + hdrlen;                     // 定位到字符串区域
64        s[-1] = type;                                  // 设置类型
65        sdssetlen(s, len);                             // 设置长度
66    }
67
68    // Step 6: 更新SDS的可用空间信息
69    usable = bufsize - hdrlen - 1;  // 可用空间 = 总空间 - 头部 - 结束符\0
70    sdssetalloc(s, usable);         // 设置alloc字段为可用空间大小
71
72    return s;  // 返回新的SDS字符串
73}

步骤	功能
Step 1	检查是否有足够的剩余空间，避免不必要的扩容
Step 2	计算新字符串总长度
Step 3	使用贪婪策略决定是否预分配更多空间（提升性能）
Step 4	根据新长度选择合适的SDS结构类型（节省内存）
Step 5	判断是否可以就地扩容（realloc）或必须新建内存块（malloc+copy）
Step 6	更新SDS结构中的 alloc 字段

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总的来说sds的优点：

==①获取字符串长度的时间复杂度为0（1） ②持动态扩容 ③减少内存分配次数 ④二进制安全==

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