字符串处理C函数库-sds
2024-11-02 20:48:39 
阿炯
SDS（Simple Dynamic Strings）是一个在 C 语言中用于处理字符串的强大库，它克服了 C 语言原生字符串处理的一些局限。由antirez编写开发并用于Redis，采用二类的BSD协议授权使用。
SDS was a C string I developed in the past for my everyday C programming needs, later it was moved into Redis where it is used extensively and where it was modified in order to be suitable for high performance operations. Now it was extracted from Redis and forked as a stand alone project.
The type of SDS strings is just the char pointer char *. However SDS defines an sds type as alias of char * in its header file: you should use the sds type in order to make sure you remember that a given variable in your program holds an SDS string and not a C string, however this is not mandatory.
C 语言的编程世界里，字符串处理一直是个核心议题。传统 C 风格字符串以 char 数组表示，虽简洁直观，却暗藏诸多不便与隐患。为化解这些难题，SDS 应运而生，为 C 开发者呈上一套高效、安全且易用的字符串处理方案。传统 C 字符串本质是字符数组，以空字符 '\0' 作为结束标记。这一设计带来了首当其冲的安全隐患——缓冲区溢出。由于开发者需自行把控数组大小，稍不留神，写入字符串内容超出数组边界时，便会覆写相邻内存区域，极有可能篡改关键数据、引发程序崩溃，甚至沦为黑客攻击的入口。再者，获取字符串长度这一看似寻常的操作，在传统 C 里效率堪忧，程序每次都得从头遍历字符数组，直至遇见'\0'，时间复杂度达 O(n)，频繁计算长度时，性能损耗不容小觑。另外，字符串拼接、截断这类常规操作，涉及繁琐的内存重分配与数据搬移，代码冗长不说，还极易出错。
SDS 为 C 语言字符串处理困境打破僵局，凭借动态扩容、快速取长、二进制安全等特性，从代码编写便捷性、程序运行性能到数据处理可靠性全方位赋能开发者。无论是着手小型命令行工具，或是投身大型系统软件项目，SDS 都堪当得力助手，让 C 语言字符串操作步入高效、稳健的新征程，助力开发者攻克复杂编程挑战，雕琢优质软件产品。在持续演进的 C 编程生态里，SDS 的价值将随更多实战打磨愈发凸显，有望成为 C 字符串处理的主流之选。其特性可做如何概括：
1. 动态扩容
SDS 的核心优势之一在于其出色的动态扩容机制。与静态分配内存的传统 C 字符串迥异，SDS 在内部精心维护了字符串长度及可用空间信息。当向 SDS 追加内容致使当前空间捉襟见肘时，它能自动且高效地扩容，寻觅适配的新内存区域，将原有数据完整拷贝过去，再从容接纳新增字符。这种动态调整能力让开发者彻底挣脱手工管理内存容量的桎梏，全心专注于业务逻辑，无惧字符串超长引发的溢出风险。
2. 常数时间复杂度获取长度
得益于内置的长度记录字段，SDS 可在常数时间 O(1) 内精准给出字符串长度。无论字符串长短，程序无需一次次逐个字符扫描，这在循环遍历、批量处理字符串场景里，极大缩减了运算开销，为程序性能飙升注入强劲动力。例如，需频繁比对一批字符串长度来做排序或筛选时，SDS 的这一特性尽显优势，大幅提升程序执行效率。
3. 二进制安全
传统 C 字符串因依赖'\0' 作结束符，在处理包含空字符的二进制数据时全然失效，空字符会被误认作字符串终结，致数据残缺不全。SDS 摒弃这种以特殊字符界定的模式，将字符串长度信息独立维护，从而能妥善容纳任意二进制数据，真正实现二进制安全，让多媒体文件处理、网络协议封包解析这类涉及原始二进制流的应用场景得以无缝对接，确保数据完整性与准确性。
典型的 SDS 结构体设计精巧，除实打实存储字符的字符数组外，还囊括当前字符串长度len、剩余可用空间free 等关键成员。例如：
len 字段实时追踪已用字符个数，free 字段明示还能容纳的字符量，buf 则是柔性数组，用以承载字符串内容。这一结构布局为动态扩容、长度快速查询筑牢根基。扩容之际，SDS 依据既定规则（像翻倍当前空间等策略）分配新内存，更新len、free 值；获取长度时，直接读取len 字段瞬间可得结果，无需低效遍历。
设想编写一个简易文本编辑器程序，频繁涉及字符串输入、编辑与显示操作。使用 SDS，代码编写将化繁为简：
上述代码先借sds_create 初始化含 “Hello” 的 SDS 字符串，再用sds_append 拼接 “, world!”，打印结果与长度。全程避开繁琐的内存手动调配，代码简洁明了，降低内存出错概率。
相较于其他热门 C 字符串库，SDS 别具一格。对比老牌的 string.h 库，string.h 中的函数虽基础实用，但大多未超脱传统 C 字符串局限，内存管理繁难、安全隐患犹存；新兴的一些第三方字符串库或许功能繁杂、接口花哨，却常因过度封装，致学习曲线陡峭，性能在特定场景还不及简洁高效的 SDS。SDS 精准拿捏实用性与性能间的平衡，功能聚焦字符串核心操作，拓展性佳，开发者既能按需定制功能，又得益于其底层高效设计，在多数日常及高性能需求场景游刃有余。
SDS 库中主要方法简述：
1. 创建和初始化
sdsnew：这个函数用于创建一个新的 SDS 字符串。它接受一个const char*类型的参数，该参数是一个以'\0'结尾的 C 风格字符串。例如，sds my_string = sdsnew("Hello, SDS!");，它会根据传入的字符串内容分配足够的内存来创建一个新的 SDS 字符串对象，并返回该对象的指针。
sdsempty：用于创建一个空的 SDS 字符串。它不接受任何参数，返回一个长度为 0 的 SDS 字符串指针。这在需要动态构建字符串时非常有用，例如sds empty_str = sdsempty();，之后可以使用其他方法向这个空字符串中添加内容。
2. 字符串操作
sdscat：此方法用于将一个 C 风格字符串连接到一个现有的 SDS 字符串末尾。例如，如果有一个SDS字符串my_sds = sdsnew("Hello");，可以使用sdscat(my_sds, " World");将" World"连接到"Hello"后面，得到"Hello World"。
sdscpy：类似于 C 语言中的strcpy函数，但用于 SDS 字符串。它将一个 C 风格字符串的内容复制到一个 SDS 字符串中，覆盖原有的内容。比如sdscpy(my_sds, "New Content");会把my_sds的内容替换为"New Content"。
sdstrim：用于去除 SDS 字符串两端的特定字符集。例如，如果有一个字符串sds my_sds = sdsnew(" Hello ");，使用sdstrim(my_sds, " ");可以去除字符串两端的空格，得到"Hello"。
3. 长度获取和比较
sdslen：这个函数返回一个 SDS 字符串的长度，不包括末尾的'\0'。例如，对于sds my_sds = sdsnew("Test");，sdslen(my_sds)会返回 4。
sdscmp：用于比较两个 SDS 字符串的大小。它的行为类似于 C 语言中的strcmp函数。如果两个字符串相等，则返回 0；如果第一个字符串小于第二个字符串，则返回负数；如果第一个字符串大于第二个字符串，则返回正数。例如，sds str1 = sdsnew("abc"); sds str2 = sdsnew("abd"); int result = sdscmp(str1, str2);，这里result会是一个负数。
4. 内存管理和释放
sdsfree：用于释放一个 SDS 字符串所占用的内存。当不再需要一个 SDS 字符串时，应该调用这个函数来避免内存泄漏。例如，sds my_sds = sdsnew("To be freed"); sdsfree(my_sds);，这样就释放了my_sds所占用的内存空间。
SDS 库通过这些主要方法为 C 程序员提供了一种更方便、更安全的字符串处理方式。它在内存管理方面的优化以及丰富的字符串操作功能，使得处理动态字符串的任务变得更加容易和高效，尤其适用于需要频繁修改字符串内容的应用场景，如网络编程、数据库操作等领域中的字符串处理部分。
最新版本：2.0
v2.0于2015年7月发布。
项目主页：https://github.com/antirez/sds
redis-sdk-internals-sds
SDS was a C string I developed in the past for my everyday C programming needs, later it was moved into Redis where it is used extensively and where it was modified in order to be suitable for high performance operations. Now it was extracted from Redis and forked as a stand alone project.
The type of SDS strings is just the char pointer char *. However SDS defines an sds type as alias of char * in its header file: you should use the sds type in order to make sure you remember that a given variable in your program holds an SDS string and not a C string, however this is not mandatory.
C 语言的编程世界里，字符串处理一直是个核心议题。传统 C 风格字符串以 char 数组表示，虽简洁直观，却暗藏诸多不便与隐患。为化解这些难题，SDS 应运而生，为 C 开发者呈上一套高效、安全且易用的字符串处理方案。传统 C 字符串本质是字符数组，以空字符 '\0' 作为结束标记。这一设计带来了首当其冲的安全隐患——缓冲区溢出。由于开发者需自行把控数组大小，稍不留神，写入字符串内容超出数组边界时，便会覆写相邻内存区域，极有可能篡改关键数据、引发程序崩溃，甚至沦为黑客攻击的入口。再者，获取字符串长度这一看似寻常的操作，在传统 C 里效率堪忧，程序每次都得从头遍历字符数组，直至遇见'\0'，时间复杂度达 O(n)，频繁计算长度时，性能损耗不容小觑。另外，字符串拼接、截断这类常规操作，涉及繁琐的内存重分配与数据搬移，代码冗长不说，还极易出错。
SDS 为 C 语言字符串处理困境打破僵局，凭借动态扩容、快速取长、二进制安全等特性，从代码编写便捷性、程序运行性能到数据处理可靠性全方位赋能开发者。无论是着手小型命令行工具，或是投身大型系统软件项目，SDS 都堪当得力助手，让 C 语言字符串操作步入高效、稳健的新征程，助力开发者攻克复杂编程挑战，雕琢优质软件产品。在持续演进的 C 编程生态里，SDS 的价值将随更多实战打磨愈发凸显，有望成为 C 字符串处理的主流之选。其特性可做如何概括：
1. 动态扩容
SDS 的核心优势之一在于其出色的动态扩容机制。与静态分配内存的传统 C 字符串迥异，SDS 在内部精心维护了字符串长度及可用空间信息。当向 SDS 追加内容致使当前空间捉襟见肘时，它能自动且高效地扩容，寻觅适配的新内存区域，将原有数据完整拷贝过去，再从容接纳新增字符。这种动态调整能力让开发者彻底挣脱手工管理内存容量的桎梏，全心专注于业务逻辑，无惧字符串超长引发的溢出风险。
2. 常数时间复杂度获取长度
得益于内置的长度记录字段，SDS 可在常数时间 O(1) 内精准给出字符串长度。无论字符串长短，程序无需一次次逐个字符扫描，这在循环遍历、批量处理字符串场景里，极大缩减了运算开销，为程序性能飙升注入强劲动力。例如，需频繁比对一批字符串长度来做排序或筛选时，SDS 的这一特性尽显优势，大幅提升程序执行效率。
3. 二进制安全
传统 C 字符串因依赖'\0' 作结束符，在处理包含空字符的二进制数据时全然失效，空字符会被误认作字符串终结，致数据残缺不全。SDS 摒弃这种以特殊字符界定的模式，将字符串长度信息独立维护，从而能妥善容纳任意二进制数据，真正实现二进制安全，让多媒体文件处理、网络协议封包解析这类涉及原始二进制流的应用场景得以无缝对接，确保数据完整性与准确性。
典型的 SDS 结构体设计精巧，除实打实存储字符的字符数组外，还囊括当前字符串长度len、剩余可用空间free 等关键成员。例如：
len 字段实时追踪已用字符个数，free 字段明示还能容纳的字符量，buf 则是柔性数组，用以承载字符串内容。这一结构布局为动态扩容、长度快速查询筑牢根基。扩容之际，SDS 依据既定规则（像翻倍当前空间等策略）分配新内存，更新len、free 值；获取长度时，直接读取len 字段瞬间可得结果，无需低效遍历。
设想编写一个简易文本编辑器程序，频繁涉及字符串输入、编辑与显示操作。使用 SDS，代码编写将化繁为简：
上述代码先借sds_create 初始化含 “Hello” 的 SDS 字符串，再用sds_append 拼接 “, world!”，打印结果与长度。全程避开繁琐的内存手动调配，代码简洁明了，降低内存出错概率。
相较于其他热门 C 字符串库，SDS 别具一格。对比老牌的 string.h 库，string.h 中的函数虽基础实用，但大多未超脱传统 C 字符串局限，内存管理繁难、安全隐患犹存；新兴的一些第三方字符串库或许功能繁杂、接口花哨，却常因过度封装，致学习曲线陡峭，性能在特定场景还不及简洁高效的 SDS。SDS 精准拿捏实用性与性能间的平衡，功能聚焦字符串核心操作，拓展性佳，开发者既能按需定制功能，又得益于其底层高效设计，在多数日常及高性能需求场景游刃有余。
SDS 库中主要方法简述：
1. 创建和初始化
sdsnew：这个函数用于创建一个新的 SDS 字符串。它接受一个const char*类型的参数，该参数是一个以'\0'结尾的 C 风格字符串。例如，sds my_string = sdsnew("Hello, SDS!");，它会根据传入的字符串内容分配足够的内存来创建一个新的 SDS 字符串对象，并返回该对象的指针。
sdsempty：用于创建一个空的 SDS 字符串。它不接受任何参数，返回一个长度为 0 的 SDS 字符串指针。这在需要动态构建字符串时非常有用，例如sds empty_str = sdsempty();，之后可以使用其他方法向这个空字符串中添加内容。
2. 字符串操作
sdscat：此方法用于将一个 C 风格字符串连接到一个现有的 SDS 字符串末尾。例如，如果有一个SDS字符串my_sds = sdsnew("Hello");，可以使用sdscat(my_sds, " World");将" World"连接到"Hello"后面，得到"Hello World"。
sdscpy：类似于 C 语言中的strcpy函数，但用于 SDS 字符串。它将一个 C 风格字符串的内容复制到一个 SDS 字符串中，覆盖原有的内容。比如sdscpy(my_sds, "New Content");会把my_sds的内容替换为"New Content"。
sdstrim：用于去除 SDS 字符串两端的特定字符集。例如，如果有一个字符串sds my_sds = sdsnew(" Hello ");，使用sdstrim(my_sds, " ");可以去除字符串两端的空格，得到"Hello"。
3. 长度获取和比较
sdslen：这个函数返回一个 SDS 字符串的长度，不包括末尾的'\0'。例如，对于sds my_sds = sdsnew("Test");，sdslen(my_sds)会返回 4。
sdscmp：用于比较两个 SDS 字符串的大小。它的行为类似于 C 语言中的strcmp函数。如果两个字符串相等，则返回 0；如果第一个字符串小于第二个字符串，则返回负数；如果第一个字符串大于第二个字符串，则返回正数。例如，sds str1 = sdsnew("abc"); sds str2 = sdsnew("abd"); int result = sdscmp(str1, str2);，这里result会是一个负数。
4. 内存管理和释放
sdsfree：用于释放一个 SDS 字符串所占用的内存。当不再需要一个 SDS 字符串时，应该调用这个函数来避免内存泄漏。例如，sds my_sds = sdsnew("To be freed"); sdsfree(my_sds);，这样就释放了my_sds所占用的内存空间。
SDS 库通过这些主要方法为 C 程序员提供了一种更方便、更安全的字符串处理方式。它在内存管理方面的优化以及丰富的字符串操作功能，使得处理动态字符串的任务变得更加容易和高效，尤其适用于需要频繁修改字符串内容的应用场景，如网络编程、数据库操作等领域中的字符串处理部分。
最新版本：2.0
v2.0于2015年7月发布。
项目主页：https://github.com/antirez/sds
redis-sdk-internals-sds