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字符串使我們在編程過程中使用最為廣泛的對象了，在 Redis 中同樣如此。我們知道 Redis 是 C 語言實現的，但是 Redis 放棄了 C 語言傳統(tǒng)的字符串而是自己創(chuàng)建了一種名為簡單動態(tài)字符串 SDS（Simple Dynamic String）的抽象類型，并將 SDS 用作 Redis 的默認字符串表示，其主要原因就是傳統(tǒng)的字符串表示方式并不能滿足 Redis 對字符串在安全性、效率、以及功能方面的要求。所以這篇文章就來說說 SDS。

在 Redis 里面，只會將 C 語言字符串當做字符串字面量，用于一些無須對字符串進行修改的地方，比如打印日志。在大多數場景下，Redis 都是使用 SDS 來作為字符串的表示。

對比 C 語言字符串，SDS 具有如下優(yōu)點：

常數復雜度獲取字符串長度。
杜絕緩沖區(qū)溢出。
減少修改字符串長度時所需的內存重分配次數。
二進制安全。
兼容部分 C 字符串函數。

SDS 的定義

SDS 的源碼主要實現在 sds.c 和 sds.h 兩個文件中。其定義為：

struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr5 {
    unsigned char flags; /* 3 lsb of type, and 5 msb of string length */
    char buf[];
};

struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr8 {
    uint8_t len; /* used */
    uint8_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
    unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
    char buf[];
};

struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr16 {
    uint16_t len; /* used */
    uint16_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
    unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
    char buf[];
};

struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr32 {
    uint32_t len; /* used */
    uint32_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
    unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
    char buf[];
};

struct __attribute__ ((__packed__)) sdshdr64 {
    uint64_t len; /* used */
    uint64_t alloc; /* excluding the header and null terminator */
    unsigned char flags; /* 3 lsb of type, 5 unused bits */
    char buf[];
};

從上述代碼可以看出，每一個 sdshdr 都是由以下幾個部分組成（sdshdr5除外）：

len：SDS 字符串已使用的空間
alloc：申請的空間，減去len就是未使用的空間，初始時和len一致。
flag：只使用了低三位表示類型，細化了SDS的分類，根據字符串的長度的不同選擇不同的 SDS 結構體，而結構體的主要區(qū)別是 len 和 alloc 的類型，這樣做可以節(jié)省一部分空間大小，畢竟在 Redis 字符串非常多，進一步的可以節(jié)省空間。
buf：char 類型數組，表示不定長字符串。

SDS 采用一段連續(xù)的內存空間來存儲字符串，下圖是字符串 “Redis” 在內存中的示例圖：

SDS 與 C 字符串的區(qū)別

SDS相比C字符串，在安全性、性能、功能性具有優(yōu)勢：

安全性：防止緩沖區(qū)溢出、二進制安全
性能：獲取字符串長度、空間預分配、惰性釋放
功能性：二進制安全、兼容部分C字符串函數

緩沖區(qū)溢出

緩沖區(qū)溢出（buffer overflow）：是這樣的一種異常，當程序將數據寫入緩沖區(qū)時，會超過緩沖區(qū)的邊界，并覆蓋相鄰的內存位置。

C 字符串不記錄自身長度，不會自動進行邊界檢查，所以會增加溢出的風險。如下面函數

char* strcat(char* dest, const char* src);

該函數是將 src 字符串內容拼接到 dest 字符串的末尾。假如有 s1 = “Redis”，s2 = "MongoDB"，如下：

當執(zhí)行 strcat(s1,'Cluster') 時，未給 s1 分配足夠的內存空間，s1 的數據將會溢出到 s2 所在的內存空間，導致 s2 保存的內容被修改，如下：

與 C 字符串不同，SDS 杜絕了發(fā)生緩存溢出的可能性，他會按照如下步驟進行：

先檢查 SDS 的空間是否滿足修改所需的要求
如果不滿足要求的話，API 會自動將 SDS 的空間擴展到執(zhí)行修改所需的大小
最后才是執(zhí)行實際的修改操作

例子可見：sds.c/sdscat：

sds sdscatlen(sds s, const void *t, size_t len) {
    size_t curlen = sdslen(s);

    s = sdsMakeRoomFor(s,len);
    if (s == NULL) return NULL;
    memcpy(s+curlen, t, len);
    sdssetlen(s, curlen+len);
    s[curlen+len] = '\0';
    return s;
}

常數復雜度獲取字符串長度

我們知道 C 字符串是不會記錄自身的長度信息，因此我們要獲取一個 C 字符串的長度，需要變臉整個字符串，直到遇到第一個 '\0'，復雜度為 O(n)。但是 SDS 記錄了自身長度 len，因此其復雜度降為 O(1) 就能獲取字符串的長度。

空間預分配

當 SDS 的 API 要對一個 SDS 進行修改，并且需要對 SDS 進行空間擴展的時候，程序不僅會為 SDS 分配修改所必須要的空間，還會為 SDS 分配額外的未使用的空間，具體策略見 sds.c/sdsMakeRoomFor，如下：

sds sdsMakeRoomFor(sds s, size_t addlen) {
    void *sh, *newsh;
    size_t avail = sdsavail(s);
    size_t len, newlen;
    char type, oldtype = s[-1] & SDS_TYPE_MASK;
    int hdrlen;

    /* Return ASAP if there is enough space left. */
    if (avail >= addlen) return s;

    len = sdslen(s);
    sh = (char*)s-sdsHdrSize(oldtype);
    newlen = (len+addlen);
    if (newlen < SDS_MAX_PREALLOC)
        newlen *= 2;
    else
        newlen += SDS_MAX_PREALLOC;

    type = sdsReqType(newlen);

    /* Don't use type 5: the user is appending to the string and type 5 is
     * not able to remember empty space, so sdsMakeRoomFor() must be called
     * at every appending operation. */
    if (type == SDS_TYPE_5) type = SDS_TYPE_8;

    hdrlen = sdsHdrSize(type);
    if (oldtype==type) {
        newsh = s_realloc(sh, hdrlen+newlen+1);
        if (newsh == NULL) return NULL;
        s = (char*)newsh+hdrlen;
    } else {
        /* Since the header size changes, need to move the string forward,
         * and can't use realloc */
        newsh = s_malloc(hdrlen+newlen+1);
        if (newsh == NULL) return NULL;
        memcpy((char*)newsh+hdrlen, s, len+1);
        s_free(sh);
        s = (char*)newsh+hdrlen;
        s[-1] = type;
        sdssetlen(s, len);
    }
    sdssetalloc(s, newlen);
    return s;
}