压缩列表节点的构成

每个压缩列表节点可以保存一个字节数组或者一个整数值,其中,字节数组可以是以下三种长度的其中一种:

  • 长度小于等于 63 (2^{6}-1)字节的字节数组;
  • 长度小于等于 16383 (2^{14}-1) 字节的字节数组;
  • 长度小于等于 4294967295 (2^{32}-1)字节的字节数组;而整数值则可以是以下六种长度的其中一种:

  • 4 位长,介于 012 之间的无符号整数;

  • 1 字节长的有符号整数;
  • 3 字节长的有符号整数;
  • int16_t 类型整数;
  • int32_t 类型整数;
  • int64_t 类型整数。每个压缩列表节点都由 previous_entry_lengthencodingcontent 三个部分组成,如图 7-4 所示。

digraph { label = "\n 图 7-4 压缩列表节点的各个组成部分"; node [shape = record]; n [label = " previous_entry_length | encoding | content "];}

接下来的内容将分别介绍这三个组成部分。

previous_entry_length

节点的 previous_entry_length 属性以字节为单位,记录了压缩列表中前一个节点的长度。

previous_entry_length 属性的长度可以是 1 字节或者 5 字节:

  • 如果前一节点的长度小于 254 字节,那么 previous_entry_length 属性的长度为 1 字节:前一节点的长度就保存在这一个字节里面。
  • 如果前一节点的长度大于等于 254 字节,那么 previous_entry_length 属性的长度为 5 字节:其中属性的第一字节会被设置为 0xFE (十进制值 254),而之后的四个字节则用于保存前一节点的长度。

图 7-5 展示了一个包含一字节长 previous_entry_length 属性的压缩列表节点,属性的值为 0x05 ,表示前一节点的长度为 5 字节。

digraph { label = "\n 图 7-5 当前节点的前一节点的长度为 5 字节"; node [shape = record]; n [label = " previous_entry_length \n 0x05 | encoding \n ... | content \n ... "];}

图 7-6 展示了一个包含五字节长 previous_entry_length 属性的压缩节点,属性的值为 0xFE00002766 ,其中值的最高位字节 0xFE 表示这是一个五字节长的 previous_entry_length 属性,而之后的四字节 0x00002766 (十进制值 10086 )才是前一节点的实际长度。

digraph { label = "\n 图 7-6 当前节点的前一节点的长度为 10086 字节"; node [shape = record]; n [label = " previous_entry_length \n 0xFE00002766 | encoding \n ... | content \n ... "];}

因为节点的 previous_entry_length 属性记录了前一个节点的长度,所以程序可以通过指针运算,根据当前节点的起始地址来计算出前一个节点的起始地址。

举个例子,如果我们有一个指向当前节点起始地址的指针 c ,那么我们只要用指针 c 减去当前节点 previous_entry_length 属性的值,就可以得出一个指向前一个节点起始地址的指针 p ,如图 7-7 所示。

digraph { label = "\n 图 7-7 通过指针运算计算出前一个节点的地址"; rankdir = BT; node [shape = record]; entry [label = " ... | <previous_entry> previous_entry | <current_entry> current_entry | ... "]; c [label = "c", shape = plaintext]; c -> entry:current_entry; p [label = "p = c - current_entry.previous_entry_length", shape = plaintext]; p -> entry:previous_entry [minlen = 2.0];}

压缩列表的从表尾向表头遍历操作就是使用这一原理实现的:只要我们拥有了一个指向某个节点起始地址的指针,那么通过这个指针以及这个节点的 previous_entry_length 属性,程序就可以一直向前一个节点回溯,最终到达压缩列表的表头节点。

图 7-8 展示了一个从表尾节点向表头节点进行遍历的完整过程:

  • 首先,我们拥有指向压缩列表表尾节点 entry4 起始地址的指针 p1(指向表尾节点的指针可以通过指向压缩列表起始地址的指针加上 zltail 属性的值得出);
  • 通过用 p1 减去 entry4 节点 previous_entry_length 属性的值,我们得到一个指向 entry4 前一节点 entry3 起始地址的指针 p2
  • 通过用 p2 减去 entry3 节点 previous_entry_length 属性的值,我们得到一个指向 entry3 前一节点 entry2 起始地址的指针 p3
  • 通过用 p3 减去 entry2 节点 previous_entry_length 属性的值,我们得到一个指向 entry2 前一节点 entry1 起始地址的指针 p4entry1 为压缩列表的表头节点;
  • 最终,我们从表尾节点向表头节点遍历了整个列表。

digraph { rankdir = BT; node [shape = record]; entry1 [label = " zlbytes | zltail | zllen | <e1> entry1 | <e2> entry2 | <e3> entry3 | <e4> entry4 | zlend "]; node [shape = plaintext]; p1 -> entry1:e4;}

digraph { rankdir = BT; node [shape = record]; entry2 [label = " zlbytes | zltail | zllen | <e1> entry1 | <e2> entry2 | <e3> entry3 | <e4> entry4 | zlend "]; node [shape = plaintext]; p2 [label = "p2 = p1 - entry4.previous_entry_length"]; p2 -> entry2:e3;}

digraph { rankdir = BT; node [shape = record]; entry3 [label = " zlbytes | zltail | zllen | <e1> entry1 | <e2> entry2 | <e3> entry3 | <e4> entry4 | zlend "]; node [shape = plaintext]; p3 [label = "p3 = p2 - entry3.previous_entry_length"]; p3 -> entry3:e2;}

digraph { label = "\n 图 7-8 一个从表尾向表头遍历的例子"; rankdir = BT; node [shape = record]; entry4 [label = " zlbytes | zltail | zllen | <e1> entry1 | <e2> entry2 | <e3> entry3 | <e4> entry4 | zlend "]; node [shape = plaintext]; p4 [label = "p4 = p3 - entry2.previous_entry_length"]; p4 -> entry4:e1;}

encoding

节点的 encoding 属性记录了节点的 content 属性所保存数据的类型以及长度:

  • 一字节、两字节或者五字节长,值的最高位为 0001 或者 10 的是字节数组编码:这种编码表示节点的 content 属性保存着字节数组,数组的长度由编码除去最高两位之后的其他位记录;
  • 一字节长,值的最高位以 11 开头的是整数编码:这种编码表示节点的 content 属性保存着整数值,整数值的类型和长度由编码除去最高两位之后的其他位记录;

表 7-2 记录了所有可用的字节数组编码,而表 7-3 则记录了所有可用的整数编码。表格中的下划线 _ 表示留空,而 bx 等变量则代表实际的二进制数据,为了方便阅读,多个字节之间用空格隔开。


表 7-2 字节数组编码

编码编码长度content 属性保存的值
00bbbbbb1 字节长度小于等于 63 字节的字节数组。
01bbbbbb xxxxxxxx2 字节长度小于等于 16383 字节的字节数组。
10__ aaaaaaaa bbbbbbbb cccccccc dddddddd5 字节长度小于等于 4294967295 的字节数组。

表 7-3 整数编码

编码编码长度content 属性保存的值
110000001 字节int16_t 类型的整数。
110100001 字节int32_t 类型的整数。
111000001 字节int64_t 类型的整数。
111100001 字节24 位有符号整数。
111111101 字节8 位有符号整数。
1111xxxx1 字节使用这一编码的节点没有相应的 content 属性,因为编码本身的 xxxx 四个位已经保存了一个介于 012 之间的值,所以它无须 content 属性。

content

节点的 content 属性负责保存节点的值,节点值可以是一个字节数组或者整数,值的类型和长度由节点的 encoding 属性决定。

图 7-9 展示了一个保存字节数组的节点示例:

  • 编码的最高两位 00 表示节点保存的是一个字节数组;
  • 编码的后六位 001011 记录了字节数组的长度 11
  • content 属性保存着节点的值 "hello world"

digraph { label = "\n 图 7-9 保存着字节数组 \"hello world\" 的节点"; node [shape = record]; entry [label = " previous_entry_length \n ... | encoding \n 00001011 | content \n \"hello world\" "];}

图 7-10 展示了一个保存整数值的节点示例:

  • 编码 11000000 表示节点保存的是一个 int16_t 类型的整数值;
  • content 属性保存着节点的值 10086

digraph { label = "\n 图 7-10 保存着整数值 10086 的节点"; node [shape = record]; entry [label = " previous_entry_length \n ... | encoding \n 11000000 | content \n 10086 "];}