本文所引用的原始碼全部來自Redis2.8.2版本。

Redis中簡單動態字串sds資料結構與API相關檔案是：sds.h, sds.c。

預備知識

下面介紹有關sizeof計算引數所佔位元組數的部分例項，方便下面對sds資料結構地址的計算理解

typedef struct Node{
    int len;
    char str[5];
}Node;
typedef struct Node2{
    int len;
    char str[];
}Node2;
sizeof(char*) = 4
sizeof(Node*) = 4
sizeof(Node) = 12
sizeof(Node2) = 4
 

簡單解釋下上述sizeof的結果值，前兩個等於4是因為指標；第三個值等於12是因為len佔4個位元組，char str[5]實際應該佔5個位元組，但是由於計算機記憶體對齊的原因其實際佔8個位元組；最後一個等於4，因為char str[]沒有實際長度，不被分配記憶體。

瞭解sizeof之後還需要了解stdarg.h中的va_list, va_start,va_end,va_copy的知識，這個在網上有很多就不多解釋了。

簡單動態字串sds與char*對比

sds在Redis中是實現字串物件的工具，並且完全取代char*.

char*的功能比較單一，不能實現Redis對字串高效處理的需求，char*的效能瓶頸主要在：計算字串長度需要使用strlen函式，該函式的時間複雜度是O(N)，而在Redis中計算字串長度的操作十分頻繁，O(N)的時間複雜度完全不能接受，sds實現能在O(1)時間內得到字串的長度值；同時，在處理字串追加append操作時，如果使用char*則需要多次重新分配記憶體操作。

簡單動態字串sds資料結構

typedef char *sds;

struct sdshdr {
    int len;     //buf已佔用的長度，即當前字串長度值
    int free;    //buf空餘可用的長度，append時使用
    char buf[];  //實際儲存字串資料
};

通過增加len欄位，就可以實現在O(1)時間複雜度內得到字串的長度，增加free欄位，在需要append字串時，如果free的值大於等於需要append的字串長度，那麼直接追加即可，不需要重新分配記憶體。sizeof(sdshdr) = 8. 

簡單動態字串sds中函式API

Redis中sds實現的細節解析

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;
}

上述兩個函式sdslen, sdsavail分別用來計算給定的sds的字串長度和給定的sds空餘的位元組數。仔細觀察會發現函式的引數是sds即char *，接著通過一行程式碼就能得到給定sds所對應的sdshdr資料結構，貌似很神奇的樣子啊！

看Redis中初始化一個sds的程式碼

/*init: C字串，initlen：C字串的長度*/
sds sdsnewlen(const void *init, size_t initlen) {
    struct sdshdr *sh;

    if (init) {
        sh = zmalloc(sizeof(struct sdshdr)+initlen+1);
    } else {
        sh = zcalloc(sizeof(struct sdshdr)+initlen+1);
    }
    if (sh == NULL) return NULL;
    sh->len = initlen;
    sh->free = 0;
    if (initlen && init)
        memcpy(sh->buf, init, initlen);
    sh->buf[initlen] = '\0';
    return (char*)sh->buf;
}

/* Create a new sds string starting from a null termined C string. */
sds sdsnew(const char *init) {
    size_t initlen = (init == NULL) ? 0 : strlen(init);
    return sdsnewlen(init, initlen);
}

核心函式是sdsnewlen，sh = zmalloc(sizeof(struct sdshdr)+initlen+1)為sdshdr資料結構分配記憶體，該段記憶體分為兩個部分：sdshdr資料結構所佔的記憶體數sizeof(sdshdr)，我們知道其值為8；initlen+1為sdshdr資料結構中buf的記憶體。而sdsnewlen函式的返回值是buf的首地址，這樣在看sdslen函式，通過給定的sds首地址減去sizeof(sdshdr)，那麼就應該是該sds所對應的sdshdr資料結構首地址，自然就能得到sh->len與sh->free。這種操作真的很神奇，這就是C語言指標的妙用，而且使用這種方式，很好的隱藏了sdshdr資料結構，對外介面全部同C字串類似，卻達到了求取sds字串長度時間複雜度O(1)與降低append操作頻繁申請記憶體的效果。

簡單動態字串sds空間擴充套件操作解析

sds模組的函式都比較簡單，不一一介紹，主要講解sds如何對空間進行擴充套件的，擴充套件操作主要在append操作的時候使用。

/* 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. */
//對sdshdr的buf進行擴充套件
sds sdsMakeRoomFor(sds s, size_t addlen) {
    struct sdshdr *sh, *newsh;
    size_t free = sdsavail(s); //檢視當前sds空餘的長度
    size_t len, newlen;

    if (free >= addlen) return s; //不需要擴充套件
    len = sdslen(s); //得到當前sds字串的長度
    sh = (void*) (s-(sizeof(struct sdshdr))); //得到sdshdr首地址
    newlen = (len+addlen); //追加之後sds新的長度
    if (newlen < SDS_MAX_PREALLOC) //SDS_MAX_PREALLOC (1024*1024)，擴充套件的具體方法
        newlen *= 2;
    else
        newlen += SDS_MAX_PREALLOC;
    newsh = zrealloc(sh, sizeof(struct sdshdr)+newlen+1); //重新分配記憶體
    if (newsh == NULL) return NULL;//分配記憶體失敗

    newsh->free = newlen - len; //新的sds空餘長度
    return newsh->buf;
}

小結

Redis的簡單動態字串sds對比C語言的字串char*，有以下特性：

1) 可以在O(1)的時間複雜度得到字串的長度

2) 可以高效的執行append追加字串操作

3) 二進位制安全

sds通過判斷當前字串空餘的長度與需要追加的字串長度，如果空餘長度大於等於需要追加的字串長度，那麼直接追加即可，這樣就減少了重新分配記憶體操作；否則，先用sdsMakeRoomFor函式先對sds進行擴充套件，按照一定的機制來決定擴充套件的記憶體大小，然後再執行追加操作，擴充套件後多餘的空間不釋放，方便下次再次追加字串，這樣做的代價就是浪費了一些記憶體，但是在Redis字串追加操作很頻繁的情況下，這種機制能很高效的完成追加字串的操作。

由於sds其他的函式比較簡單，如果有問題的可以在回覆中提出。

指出一點2.8原始碼中sds作者作出的註釋有一處是錯誤的，具體就不列出了。

最後感謝黃健巨集（huangz1990）的Redis設計與實現及其他對Redis2.6原始碼的相關注釋對我在研究Redis2.8原始碼方面的幫助。