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:

  1. 长度小于等于 632^{6}-1)字节的字节数组;

  2. 长度小于等于 163832^{14}-1) 字节的字节数组;

  3. 长度小于等于 42949672952^{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:

  1. 4 位长,介于 012 之间的无符号整数;

  2. 1 字节长的有符号整数;

  3. 3 字节长的有符号整数;

  4. int16_t 类型整数;

  5. int32_t 类型整数;

  6. 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

00bbbbbb

1 字节

长度小于等于 63 字节的字节数组。

01bbbbbb xxxxxxxx

2 字节

长度小于等于 16383 字节的字节数组。

10______ aaaaaaaa bbbbbbbb cccccccc dddddddd

5 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

11000000

1 字节

int16_t 类型的整数。

11010000

1 字节

int32_t 类型的整数。

11100000

1 字节

int64_t 类型的整数。

11110000

1 字节

24 位有符号整数。

11111110

1 字节

8 位有符号整数。

1111xxxx

1 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 "];

}