redis中动态字符串sds相关的文件为：sds.h与sds.c
一、数据结构
redis中定义了自己的数据类型"sds"，用于描述 char*，与一些数据结构
1 typedef char *sds;
2
3 /* Note: sdshdr5 is never used, we just access the flags byte directly.
4 * However is here to document the layout of type 5 SDS strings. */
5 struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr5 {
6 unsigned char flags; /* 3 lsb of type, and 5 msb of string length */
7 char buf[];
8 };
9 struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr8 {
10 uint8_t len; /* used */
11 uint8_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
12 unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
13 char buf[];
14 };
15 struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr16 {
16 uint16_t len; /* used */
17 uint16_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
18 unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
19 char buf[];
20 };
21 struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr32 {
22 uint32_t len; /* used */
23 uint32_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
24 unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
25 char buf[];
26 };
27 struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr64 {
28 uint64_t len; /* used */
29 uint64_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
30 unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
31 char buf[];
32 };
定义结构体时，加上了 __attribute__ ((__packed__)) 关键字，用于取消字节对齐，使其按照紧凑排列的方式，占用内存。这样做的目的并不仅仅只是为了节约内存的使用。结构体最后有一个 char buf[]，查了资料之后了解到，其只是定义一个数组符号，并没有任何成员，不占用结构体的内存空间，其真实地址紧随结构体之后，可实现变长结构体。由此可以只根据sds字符串的真实地址，取到sds结构体的任意成员变量数据。如flags：
1 void func(const sds s)
2 {
3 unsigned char flags = s[-1];
4 }
这个flags，从源码的注释上看，其低三位用于表示sds类型，高五位是当sds类型为sdshdr5时，表明字符串长度的。对于非sdshdr5的类型，有专门的成员变量描述当前已使用的长度，及总buffer长度。
sds类型：
1 #define SDS_TYPE_5 0
2 #define SDS_TYPE_8 1
3 #define SDS_TYPE_16 2
4 #define SDS_TYPE_32 3
5 #define SDS_TYPE_64 4
sds定义了两个宏，用于获取sds结构体首地址：
1 #define SDS_HDR_VAR(T,s) struct sdshdr##T *sh = (void*)((s)-(sizeof(struct sdshdr##T)));
2 #define SDS_HDR(T,s) ((struct sdshdr##T *)((s)-(sizeof(struct sdshdr##T))))
由此可见sds结构体的大致结构为
1 /*
2 sdshdr5
3 +--------+----...---+
4 |00011000|abc |
5 +--------+----...---+
6 |flags |buf
7
8 sdshdr8
9 +--------+--------+--------+----...---+
10 |00000011|00000011|00000001|abc |
11 +--------+--------+--------+----...---+
12 |len |alloc |flags |buf
13 */
二、相关操作
2.1 字符串长度
sds的一些常规操作，如获取字符串长度、获取剩余buf长度等，都是其于以上操作，首先根据sds字符串地址获取其flags的值，根据flags低三位判断sds类型，接着使用宏SDS_HDR_VAR或SDS_HDR进行操作。如：
1 #define SDS_TYPE_MASK 7 //0000,0111
2
3 static inline size_t sdslen(const sds s) {
4 //获取flags
5 unsigned char flags = s[-1];
6 //根据flags低三位取类型，根据类型做不同处理
7 switch(flags&SDS_TYPE_MASK) {
8 case SDS_TYPE_5:
9 return SDS_TYPE_5_LEN(flags);
10 case SDS_TYPE_8:
11 return SDS_HDR(8,s)->len;
12 case SDS_TYPE_16:
13 return SDS_HDR(16,s)->len;
14 case SDS_TYPE_32:
15 return SDS_HDR(32,s)->len;
16 case SDS_TYPE_64:
17 return SDS_HDR(64,s)->len;
18 }
19 return 0;
20 }
关于sds结构体中的len与alloc，len表示的是sds字符串的当前长度，alloc表示的是buf的总长度。
2.2 字符串类型
首先是一个根据字符串长度来决定sds类型的方法
1 static inline char sdsReqType(size_t string_size) {
2 if (string_size < 1<<5) //flags高五位最大数字为 1<<5 - 1
3 return SDS_TYPE_5;
4 if (string_size < 1<<8) //uint8_t 最大数字为 1<<8 - 1
5 return SDS_TYPE_8;
6 if (string_size < 1<<16) //uint16_t 最大数字为 1<<16 - 1
7 return SDS_TYPE_16;
8 #if (LONG_MAX == LLONG_MAX) //区分32位/64位系统
9 if (string_size < 1ll<<32)
10 return SDS_TYPE_32;
11 return SDS_TYPE_64;
12 #else
13 return SDS_TYPE_32;
14 #endif
15 }
2.3 字符串创建
创建一个新的sds结构体：
1 sds sdsnewlen(const void *init, size_t initlen) {
2 void *sh;
3 sds s;
4 //根据长度获取sds类型
5 char type = sdsReqType(initlen);
6 /* Empty strings are usually created in order to append. Use type 8
7 * since type 5 is not good at this. */
8 /**
9 * 如果初始长度为0的情况下，并且类型为SDS_TYPE_5，则会被强制转为SDS_TYPE_8
10 */
11 if (type == SDS_TYPE_5 && initlen == 0)
12 type = SDS_TYPE_8;
13
14 //除了buf[]变量其它变量所占的空间
15 int hdrlen = sdsHdrSize(type);
16 unsigned char *fp; /* flags pointer. */
17
18 //sdshdrx(x:5、8、16、32、64)变量所占空间+字符串本身所占空间
19 sh = s_malloc(hdrlen+initlen+1);
20 if (init==SDS_NOINIT)
21 init = NULL;
22 else if (!init)
23 memset(sh, 0, hdrlen+initlen+1);
24 if (sh == NULL) return NULL;
25 //获取buf[]数组符号
26 s = (char*)sh+hdrlen;
27 //得到flags变量
28 fp = ((unsigned char*)s)-1;
29 switch(type) {//根据相应类型设置类型（flag前3位）以及len、alloc
30 case SDS_TYPE_5: {
31 *fp = type | (initlen << SDS_TYPE_BITS);
32 break;
33 }
34 case SDS_TYPE_8: {
35 SDS_HDR_VAR(8,s);
36 sh->len = initlen;
37 sh->alloc = initlen;
38 *fp = type;
39 break;
40 }
41 case SDS_TYPE_16: {
42 SDS_HDR_VAR(16,s);
43 sh->len = initlen;
44 sh->alloc = initlen;
45 *fp = type;
46 break;
47 }
48 case SDS_TYPE_32: {
49 SDS_HDR_VAR(32,s);
50 sh->len = initlen;
51 sh->alloc = initlen;
52 *fp = type;
53 break;
54 }
55 case SDS_TYPE_64: {
56 SDS_HDR_VAR(64,s);
57 sh->len = initlen;
58 sh->alloc = initlen;
59 *fp = type;
60 break;
61 }
62 }
63 if (initlen && init)
64 memcpy(s, init, initlen);//将字符串拷贝到buf[]中
65 //指针指向的字符串节位处理
66 s[initlen] = ' ';
67 return s;
68 }
由外部指定初始字符串与初始长度。先根据长度获取sds类型，然后根据不同类型，可以获得实际需要的总内存空间大小（包括sds结构体长度）。值得注意的是，如果初始长度为0的情况下，若为SDS_TYPE_5，则会被强制转为SDS_TYPE_8。根据源码的注释，空串的定义，通常是为了向后追加内容。SDS_TYPE_5并不适合这种场景。分配完内存空间之后，设置好sds结构体的值，再把初始字符串拷至sds字符串的实际初始位置上（如果有），就可以了。
2.4 字符串初始化
本方法做为最底层的sds字符串初始化接口，被其它接口所调用，如：
1 //空string
2 sds sdsempty(void) {
3 return sdsnewlen("",0);
4 }
5
6 //指定string
7 sds sdsnew(const char *init) {
8 size_t initlen = (init == NULL) ? 0 : strlen(init);
9 return sdsnewlen(init, initlen);
10 }
11
12 //从现有sds string拷贝
13 sds sdsdup(const sds s) {
14 return sdsnewlen(s, sdslen(s));
15 }
2.5 字符串释放
sds的释放也不是简单地free sds字符串，同样，它要先找到sds结构体的首地址，再进行free：
1 void sdsfree(sds s) {
2 if (s == NULL) return;
3 s_free((char*)s-sdsHdrSize(s[-1]));
4 }
2.6 字符串扩容
做为一个变长字符串，与传统c字符串，最大的区别，是可以动态扩展，就像c++ stl里的变长数组 vector一样。sds的扩容有自己的机制：
1 sds sdsMakeRoomFor(sds s, size_t addlen) {
2 void *sh, *newsh;
3
4 //获取剩余可用空间
5 size_t avail = sdsavail(s);
6 size_t len, newlen;
7 //获取原来的类型
8 char type, oldtype = s[-1] & SDS_TYPE_MASK;
9 int hdrlen;
10
11 /* Return ASAP if there is enough space left. 如果剩余空间大于等于新增加的长度*/
12 if (avail >= addlen) return s;
13
14 //得到原来的字符串的长度
15 len = sdslen(s);
16
17 //获取sdshdrx类型的变量
18 sh = (char*)s-sdsHdrSize(oldtype);
19 //计算新字符串的长度
20 newlen = (len+addlen);
21 if (newlen < SDS_MAX_PREALLOC) //1024*1024
22 newlen *= 2; //扩大两倍
23 else
24 newlen += SDS_MAX_PREALLOC;
25
26 //根据新长度获取字符串变量的新类型
27 type = sdsReqType(newlen);
28
29 /* Don't use type 5: the user is appending to the string and type 5 is
30 * not able to remember empty space, so sdsMakeRoomFor() must be called
31 * at every appending operation.
32 * 不要使用类型 5：用户附加到字符串并且类型 5 无法记住空格，因此必须在每次附加操作时调用 sdsMakeRoomFor()。
33 * */
34 if (type == SDS_TYPE_5) type = SDS_TYPE_8;
35
36 hdrlen = sdsHdrSize(type);
37 if (oldtype==type) {//如果前后类型相同
38 newsh = s_realloc(sh, hdrlen+newlen+1);
39 if (newsh == NULL) return NULL;
40 s = (char*)newsh+hdrlen;
41 } else {
42 /* Since the header size changes, need to move the string forward,
43 * and can't use realloc
44 * 由于头部大小发生变化，需要将字符串向前移动，不能使用realloc
45 */
46 newsh = s_malloc(hdrlen+newlen+1);
47 if (newsh == NULL) return NULL;
48 //拷贝内容
49 memcpy((char*)newsh+hdrlen, s, len+1);
50 s_free(sh);
51 //指向buf[]
52 s = (char*)newsh+hdrlen;
53 //设置类型，即flags
54 s[-1] = type;
55 //设置字符串长度
56 sdssetlen(s, len);
57 }
58 //设置总的容量，alloc
59 sdssetalloc(s, newlen);
60 return s;
61 }
2.6.1 获取当前字符串的剩余空间
本方法用于扩容sds，并可以指定长度。首先其先取出了当前还空闲的buf长度，方法如下：
1 /**
2 * 返回当前sds字符串剩余可用空间
3 */
4 static inline size_t sdsavail(const sds s) {
5 unsigned char flags = s[-1];
6 switch(flags&SDS_TYPE_MASK) {
7 case SDS_TYPE_5: {
8 return 0;
9 }
10 case SDS_TYPE_8: {
11 SDS_HDR_VAR(8,s);
12 return sh->alloc - sh->len;
13 }
14 case SDS_TYPE_16: {
15 SDS_HDR_VAR(16,s);
16 return sh->alloc - sh->len;
17 }
18 case SDS_TYPE_32: {
19 SDS_HDR_VAR(32,s);
20 return sh->alloc - sh->len;
21 }
22 case SDS_TYPE_64: {
23 SDS_HDR_VAR(64,s);
24 return sh->alloc - sh->len;//总长度-当前长度
25 }
26 }
27 return 0;
28 }
2.6.2 扩容判断
若当前空闲的长度，比需要的长度大，则认为不用再额外分配空间，直接return。否则就启用扩容操作。
扩容时，先根据当前已使用的长度len与需要增加的长度addlen，算出一个初始新长度newlen，然后对其进行判断，若newlen大于1M，则在newlen的基础上，继续增加1M，否则直接翻倍。然后再根据newlen的最终大小，获取sds的新类型。此时，若类型依然为SDS_TYPE_5，也要强行修正为SDS_TYPE_8。因为SDS_TYPE_5类型并不知道当前空闲空间的大小。此时，若sds的新类型与原来相同，则只需要调用realloc重新分配一下空间即可。此方法会分配出一块新空间的同时，把原来空间的内容拷过去，并释放原有空间。而sds类型发生改变的时候，就需要手动新造一个新的sds了。扩容完成之后，需要修正一下当前已使用的空间len与总buf大小 alloc。
2.7 字符串缩容
扩容完成之后，或者是其它什么操作，如人工修改了sds字符串，并更新的len的情况下，会存在空闲空间太大的情况。此时如果想释放这部分空间，sds也提供了相应的操作：
1 sds sdsRemoveFreeSpace(sds s) {
2 void *sh, *newsh;
3 char type, oldtype = s[-1] & SDS_TYPE_MASK;
4 int hdrlen, oldhdrlen = sdsHdrSize(oldtype);
5 size_t len = sdslen(s);
6 sh = (char*)s-oldhdrlen;
7
8 /* Check what would be the minimum SDS header that is just good enough to
9 * fit this string. */
10 type = sdsReqType(len);
11 hdrlen = sdsHdrSize(type);
12
13 /* If the type is the same, or at least a large enough type is still
14 * required, we just realloc(), letting the allocator to do the copy
15 * only if really needed. Otherwise if the change is huge, we manually
16 * reallocate the string to use the different header type. */
17 if (oldtype==type || type > SDS_TYPE_8) {
18 newsh = s_realloc(sh, oldhdrlen+len+1);
19 if (newsh == NULL) return NULL;
20 s = (char*)newsh+oldhdrlen;
21 } else {
22 newsh = s_malloc(hdrlen+len+1);
23 if (newsh == NULL) return NULL;
24 memcpy((char*)newsh+hdrlen, s, len+1);
25 s_free(sh);
26 s = (char*)newsh+hdrlen;
27 s[-1] = type;
28 sdssetlen(s, len);
29 }
30 sdssetalloc(s, len);
31 return s;
32 }
操作与扩容类似，同样是会根据sds类型是否发生变化 ，来决定是使用realloc还是重新造一个sds。
2.7 其他操作
除此之外，sds还实现了一些转义、数据类型转换、一些类似c风格的字符串操作等。如：strcpy、strcat、strlen、strcmp等。只是其更加多样化，如sds的strcat实现，就可以支持类似printf的方式。如：
1 /* Like sdscatprintf() but gets va_list instead of being variadic. */
2 sds sdscatvprintf(sds s, const char *fmt, va_list ap) {
3 va_list cpy;
4 char staticbuf[1024], *buf = staticbuf, *t;
5 size_t buflen = strlen(fmt)*2;
6
7 /* We try to start using a static buffer for speed.
8 * If not possible we revert to heap allocation. */
9 if (buflen > sizeof(staticbuf)) {
10 buf = s_malloc(buflen);
11 if (buf == NULL) return NULL;
12 } else {
13 buflen = sizeof(staticbuf);
14 }
15
16 /* Try with buffers two times bigger every time we fail to
17 * fit the string in the current buffer size. */
18 while(1) {
19 buf[buflen-2] = ' ';
20 va_copy(cpy,ap);
21 vsnprintf(buf, buflen, fmt, cpy);
22 va_end(cpy);
23 if (buf[buflen-2] != ' ') {
24 if (buf != staticbuf) s_free(buf);
25 buflen *= 2;
26 buf = s_malloc(buflen);
27 if (buf == NULL) return NULL;
28 continue;
29 }
30 break;
31 }
32
33 /* Finally concat the obtained string to the SDS string and return it. */
34 t = sdscat(s, buf);
35 if (buf != staticbuf) s_free(buf);
36 return t;
37 }
38
39 /* Append to the sds string 's' a string obtained using printf-alike format
40 * specifier.
41 *
42 * After the call, the modified sds string is no longer valid and all the
43 * references must be substituted with the new pointer returned by the call.
44 *
45 * Example:
46 *
47 * s = sdsnew("Sum is: ");
48 * s = sdscatprintf(s,"%d+%d = %d",a,b,a+b).
49 *
50 * Often you need to create a string from scratch with the printf-alike
51 * format. When this is the need, just use sdsempty() as the target string:
52 *
53 * s = sdscatprintf(sdsempty(), "... your format ...", args);
54 */
55 sds sdscatprintf(sds s, const char *fmt, ...) {
56 va_list ap;
57 char *t;
58 va_start(ap, fmt);
59 t = sdscatvprintf(s,fmt,ap);
60 va_end(ap);
61 return t;
62 }
这类函数其实就是仿照标准函数printf、strcmp等对sds的一个具体实现，理解的时候按照标准函数的执行方式去理解就好
三、sds相比c的标准库优势
1、相比于c标准库，获取字符串的len复杂读从O(N)降低到O(1)，sds结构中存储了字符串的长度，所以类似strlen(str)的操作不会成为redis的性能瓶颈。
2、在内存分配策略上，redis总是会尝试多分配一些空间，比如小于1MB的字符串，总是分配2倍内存空间，对于大于1MB的空间追加1MB冗余空间，这对于字符串操作（如strcat等）能减少重新内存分配的几率，提升运行性能。
3、SDS总是安全的，sds总是会自动追加字符串结尾符号’ ’，有效防止溢出发生。
4、惰性释放内存，改变原字符串时，标准库需要重新分配内存的复杂度为O(N)，SDS最大为O(N)，最优情况下无需重新分配内存空间。
四、redis 5.0.2 下载链接
http://download.redis.io/releases/redis-5.0.2.tar.gz
五、源码阅读顺序参考
https://blog.huangz.me/diary/2014/how-to-read-redis-source-code.html
参考文章
https://www.cnblogs.com/chinxi/p/12231940.html