redis源码分析 -- redis对象系统

redis 中使用的主要数据结构有简单动态字符串(sds)、双向链表(linkedlist)、字典(dict)、压缩列表(ziplist)、整数集合(set)等，但是 redis 并没有直接使用这些结构，而是通过这些数据结构创建了一个对象系统，这个系统包含字符串对象、列表对象、哈希对象、集合对象和有序集合对象，而每种对象都使用了至少一种数据结构。

对象结构

/* A redis object, that is a type able to hold a string / list / set */

/* The actual Redis Object */
#define REDIS_LRU_BITS 24
#define REDIS_LRU_CLOCK_MAX ((1<lru */
#define REDIS_LRU_CLOCK_RESOLUTION 1000 /* LRU clock resolution in ms */
typedef struct redisObject {
    unsigned type:4;
    unsigned encoding:4;
    unsigned lru:REDIS_LRU_BITS; /* lru time (relative to server.lruclock) */
    int refcount;
    void *ptr;
} robj;

redis 使用对象来表示数据库中的键和值，也就是说，每一个键值对，都至少有两个对象，一个对象表示键，一个表示值。这个结构体大小 sizeof (robj) 为12，因为前三个元素是位域，共32位，4个字节可以表示。

redis 对象的结构如上所示，有五个成员：
type： 表示对象的类型，对应的是 redis 中的 TYPE 命令，在 redis 中，键总是一个字符串对象，而值可以是字符串对象、列表对象、哈希对象、集合对象或者有序集合对象中一种。

encoding： redis 的编码，这个属性，决定 ptr 指向对象的底层实现数据结构是什么数据结构。

lru： 可以理解为 last recently used，用于记录 redis 对象最后一次被命令程序访问的时间信息，可以用于计算数据库键的空转时长，即当前时间减去 lru 就是空转时长， redis 可以将空转时长大的键值对优先删除。

refcount： 对象的引用计数，redis 舒勇引用计数器的方法对对象进行管理，如果该值为0，就释放当前对象。

ptr： 对象指向的值，该值的数据结构由 encoding 编码决定。

对象的类型 (TYPE)

对象的 TYPE 属性记录了对象的类型。在 redis 客户端中，当使用 TYPE 命令查看某个键的类型时，服务器会根据对象的类型返回相应的值。

那代码中， TYPE 命令有几个值呢

/* Object types */
#define REDIS_STRING 0      /* 字符串对象，返回 "string" */
#define REDIS_LIST 1        /* 列表对象，返回 "list" */
#define REDIS_SET 2         /* 集合对象，返回 "set" */
#define REDIS_ZSET 3        /* 有序集合对象，返回 "zset" */
#define REDIS_HASH 4        /* 哈希对象，返回 "hash" */

上面列出了对象的所有类型

对象的编码(encoding)

encoding 属性决定了对象的 ptr 指向的底层数据结构的实现，也就是说这个对象使用了什么数据结构作为底层实现。 redis 中的宏常量为

/* Objects encoding. Some kind of objects like Strings and Hashes can be
 * internally represented in multiple ways. The 'encoding' field of the object
 * is set to one of this fields for this object. */
#define REDIS_ENCODING_RAW 0     /* Raw representation */
#define REDIS_ENCODING_INT 1     /* Encoded as integer */
#define REDIS_ENCODING_HT 2      /* Encoded as hash table */
#define REDIS_ENCODING_ZIPMAP 3  /* Encoded as zipmap */
#define REDIS_ENCODING_LINKEDLIST 4 /* Encoded as regular linked list */
#define REDIS_ENCODING_ZIPLIST 5 /* Encoded as ziplist */
#define REDIS_ENCODING_INTSET 6  /* Encoded as intset */
#define REDIS_ENCODING_SKIPLIST 7  /* Encoded as skiplist */
#define REDIS_ENCODING_EMBSTR 8  /* Embedded sds string encoding */

每种类型的对象都至少使用了两种不同的编码。其中，字符串编码有 REDIS_ENCODING_RAW 和 REDIS_ENCODING_EMBSTR 两种，前者是普通的 sds 字符串对象，但是当字符串长度不超过39时， redis 为了节约内存，使用的是后面的字符串编码方式。

在 redis 中，可以通过使用 OBJECT ENCODING 命令来查看键的编码方式

/* results of "object encoding" command */
char *strEncoding(int encoding) {
    switch(encoding) {
    case REDIS_ENCODING_RAW: return "raw";
    case REDIS_ENCODING_INT: return "int";
    case REDIS_ENCODING_HT: return "hashtable";
    case REDIS_ENCODING_LINKEDLIST: return "linkedlist";
    case REDIS_ENCODING_ZIPLIST: return "ziplist";
    case REDIS_ENCODING_INTSET: return "intset";
    case REDIS_ENCODING_SKIPLIST: return "skiplist";
    case REDIS_ENCODING_EMBSTR: return "embstr";
    default: return "unknown";
    }
}

strEncoding 函数返回了 OBJECT ENCODING 命令时的结果。

通过 encoding 属性来设定对象所使用的编码，而不是为特定类型的对象关联一种固定的编码，极大的提升了 redis 的灵活性和效率。 redis 可以根据不同的使用场景来为对象设置不同的编码，从而可以优化对象在某一场景下的效率。因为列表的编码之间是可以转换的（不是任意转换）。比如：
当哈希对象所保存的元素比较少时，redis 使用压缩列表作为哈希对象的底层实现：

• 压缩列表比字典哈希更节约内存(字典通过拉链表解决冲突，一部分是通过单链表实现的)，且在内存中是以连续块的方式保存的，可以更快的加载到缓存中；
• 随着哈希对象元素的不断增加，使用压缩列表的方式保存元素的优势逐逐渐消失时，对象就将底层实现从压缩列表转向功能更强、更合适的字典哈希上。

其他类型的对象也会使用多种不同的编码来进行类似的优化。

redis中不同的对象

redis 中根据不同数据类型创建不同的对象，设置对象的类型，编码和ptr 指针，同时，将引用计数器 refcount 的值设置为1

字符串对象

字符串对象的类型 TYPE 为 REDIS_STRING，而编码可以为 int (REDIS_ENCODING_INT)、 raw (REDIS_ENCODING_RAW)和 embstr (REDIS_ENCODING_EMBSTR)。

robj *createObject(int type, void *ptr) {
    robj *o = zmalloc(sizeof(*o));  // sizeof (robj) is 12 bytes
    o->type = type;
    o->encoding = REDIS_ENCODING_RAW;
    o->ptr = ptr;
    o->refcount = 1;

    /* Set the LRU to the current lruclock (minutes resolution). */
    o->lru = LRU_CLOCK();
    return o;
}

createObject 函数就是创建一个字符串对象。如果对象保存的是一个字符串的值，同时这个字符串的长度大于39，那么对象将通过一个简单动态字符串(SDS)来保存这个值，并将编码设置为 raw。

/* Create a string object with encoding REDIS_ENCODING_RAW, that is a plain
 * string object where o->ptr points to a proper sds string. */
robj *createRawStringObject(char *ptr, size_t len) {
    return createObject(REDIS_STRING,sdsnewlen(ptr,len));
}

其结构如下所示:

当对象保存的值是整数时，将字符串的编码设置为REDIS_ENCODING_INT，同时将整数值保存在字符串对象结构的 ptr 里面

robj *createStringObjectFromLongLong(long long value) {
    robj *o;
    if (value >= 0 && value < REDIS_SHARED_INTEGERS) {
        incrRefCount(shared.integers[value]);   // 引用计数器，如果整数在 0 - 10000范围内，不需要再创建对象，只需要将对应的引用计数器加1，后面在详细讨论
        o = shared.integers[value];
    } else {
        if (value >= LONG_MIN && value <= LONG_MAX) 
            o = createObject(REDIS_STRING, NULL);
            o->encoding = REDIS_ENCODING_INT;
            o->ptr = (void*)((long)value);  //转成 void*
        } else {    // 超出范围，将数字转成字符串存储
            o = createObject(REDIS_STRING,sdsfromlonglong(value));  //convert long long to string
        }
    }
    return o;
}

如果对象保存的是字符串，且字符串的长度小于39时， redis 为了节约内存，使用另一种字符串的存储方式 embstr，创建字符串对象。

embstr 编码是专门用于保存短字符串的一种优化编码结构，这种编码与 raw 一样，都是用 redisObject 结构和 sdshdr 结构来表示字符串对象，但是 raw 编码在通过调用 createRawStringObject 函数时，需要调用两次内存分配，先通过 sdsnew 创建 sds ，然后在通过 createObject 创建字符串对象 redisObject，而 embstr 编码只需要一次内存分配。

/* Create a string object with encoding REDIS_ENCODING_EMBSTR, that is
 * an object where the sds string is actually an unmodifiable string
 * allocated in the same chunk as the object itself. */
robj *createEmbeddedStringObject(char *ptr, size_t len) {
    robj *o = zmalloc(sizeof(robj)+sizeof(struct sdshdr)+len+1);
    struct sdshdr *sh = (void*)(o+1);   //申请的是连续空间，sh指向了sdshdr，跳过了robj

    o->type = REDIS_STRING;
    o->encoding = REDIS_ENCODING_EMBSTR;
    o->ptr = sh+1;  // sdshdr 中 buf 是可变长数组，sizeof (sdshdr) is 8 bytes，此时，ptr 刚好指向的就是 buf,申请的连续内存，后面对buf赋值
    o->refcount = 1;
    o->lru = LRU_CLOCK();

    sh->len = len;
    sh->free = 0;
    if (ptr) {
        memcpy(sh->buf,ptr,len);
        sh->buf[len] = '\0';
    } else {
        memset(sh->buf,0,len+1);
    }
    return o;
}

embstr 编码通过一次内存分配申请一块连续的内存空间，包括 redisObject 和 sdshdr

robj *o = zmalloc(sizeof(robj)+sizeof(struct sdshdr)+len+1);

然后获取 sdshdr 在这个连续空间出的位置

struct sdshdr *sh = (void*)(o+1);

将 TYPE 设置为 REDIS_STRING，encoding 设置为 REDIS_ENCODING_EMBSTR，因为是连续的内存块，通过 sdshdr 结构体的说明可知， sizeof (sdshdr) 的大小为8，成员 buf 是可变长数组，是不能通过sizeof 计算长度的，所以获取 sdshdr 的地址 sh 后，往后便宜 sizeof (sdshdr) 的大小就是 buf 字符串的值。

o->ptr = sh+1;

其结构如下所示

使用 embstr 编码保存字符串的优点：

• embstr 创建字符串对象时比 raw 编码创建对象少分进行一次内存分配
• 释放时，同样，embstr 只需释放一次，raw 需要释放两次
• embstr 编码将字符串对象保存在一块连续的内存空间中，它比 raw 编码的字符串能够更快的加载到缓存，能够更好的利用缓存带来的优势。

long double 类型的浮点数，在 redis 中也是作为字符串的值来保存的。

/* Create a string object from a long double. If humanfriendly is non-zero
 * it does not use exponential format and trims trailing zeroes at the end,
 * however this results in loss of precision. Otherwise exp format is used
 * and the output of snprintf() is not modified.
 *
 * The 'humanfriendly' option is used for INCRBYFLOAT and HINCRBYFLOAT. */
robj *createStringObjectFromLongDouble(long double value, int humanfriendly) {
    char buf[256];
    int len;

    if (isinf(value)) {
        /* Libc in odd systems (Hi Solaris!) will format infinite in a
         * different way, so better to handle it in an explicit way. */
        if (value > 0) {
            memcpy(buf,"inf",3);
            len = 3;
        } else {
            memcpy(buf,"-inf",4);
            len = 4;
        }
    } else if (humanfriendly) {
        /* We use 17 digits precision since with 128 bit floats that precision
         * after rounding is able to represent most small decimal numbers in a
         * way that is "non surprising" for the user (that is, most small
         * decimal numbers will be represented in a way that when converted
         * back into a string are exactly the same as what the user typed.) */
        len = snprintf(buf,sizeof(buf),"%.17Lf", value);
        /* Now remove trailing zeroes after the '.' */
        if (strchr(buf,'.') != NULL) {
            char *p = buf+len-1;
            while(*p == '0') {
                p--;
                len--;
            }
            if (*p == '.') len--;
        }
    } else {
        len = snprintf(buf,sizeof(buf),"%.17Lg", value);    //将浮点数转变成字符串，保留17位小数
    }
    return createStringObject(buf,len);
}

将浮点数通过 snprintf 的方法转成字符串，保留17为小数，如果需要可读性好，将小数点后的最后一个非0数字后的0全部去掉，但是这样会降低精度。

如果需要对保存到 redis 中的浮点数进行操作，比如加上或者减去某个值， redis 会先将字符串转成浮点数，计算后再转成字符串保存在 redis 中

int getLongDoubleFromObject(robj *o, long double *target) {
    long double value;
    char *eptr;

    if (o == NULL) {
        value = 0;
    } else {
        redisAssertWithInfo(NULL,o,o->type == REDIS_STRING);
        if (sdsEncodedObject(o)) {
            errno = 0;
            value = strtold(o->ptr, &eptr); // convert string to long double
            if (isspace(((char*)o->ptr)[0]) || eptr[0] != '\0' ||
                errno == ERANGE || isnan(value))
                return REDIS_ERR;
        } else if (o->encoding == REDIS_ENCODING_INT) {
            value = (long)o->ptr;
        } else {
            redisPanic("Unknown string encoding");
        }
    }
    *target = value;
    return REDIS_OK;
}

编码的转换

字符串对象中，int 编码和 embstr 编码在一定条件下可以转换成 raw 编码。

对于 int 编码对象，如果在 redis 中，对该对象进行操作，比如 append 一个字符串，是的该对象的值不在保存的是整数值，而是字符串时，该对象的编码将变成的 raw (REDIS_ENCODING_RAW)

对与 embstr 编码对象，因为 redis 没有为 embstr 编码的字符串编写任何相应的修改程序(只有 int 编码和 raw 编码的字符串对象才有)，所以 embstr　编码的字符串对象实际上是只读的。当需要修改　embstr 编码的对象时， redis 首先将该对象的编码从 embstr 转换成 raw，然后再进行修改。所以，embstr 编码的字符串对象，在修改之后，总是编程 raw 编码的字符串对象。

其他对象

下面分别是创建双向链表对象、压缩列表对象、集合对象、整数集合对象、有序集合对象、哈希对象和有序集合压缩列表对象。后续在深入分析这些代码时，在分别对这些对象的结构、编码转换等做详细的分析。

robj *createListObject(void) {
    list *l = listCreate();
    robj *o = createObject(REDIS_LIST,l);
    listSetFreeMethod(l,decrRefCountVoid);
    o->encoding = REDIS_ENCODING_LINKEDLIST;
    return o;
}

robj *createZiplistObject(void) {
    unsigned char *zl = ziplistNew();
    robj *o = createObject(REDIS_LIST,zl);
    o->encoding = REDIS_ENCODING_ZIPLIST;
    return o;
}

robj *createSetObject(void) {
    dict *d = dictCreate(&setDictType,NULL);
    robj *o = createObject(REDIS_SET,d);
    o->encoding = REDIS_ENCODING_HT;
    return o;
}

robj *createIntsetObject(void) {
    intset *is = intsetNew();
    robj *o = createObject(REDIS_SET,is);
    o->encoding = REDIS_ENCODING_INTSET;
    return o;
}

robj *createHashObject(void) {
    unsigned char *zl = ziplistNew();
    robj *o = createObject(REDIS_HASH, zl);
    o->encoding = REDIS_ENCODING_ZIPLIST;
    return o;
}

robj *createZsetObject(void) {
    zset *zs = zmalloc(sizeof(*zs));
    robj *o;

    zs->dict = dictCreate(&zsetDictType,NULL);
    zs->zsl = zslCreate();
    o = createObject(REDIS_ZSET,zs);
    o->encoding = REDIS_ENCODING_SKIPLIST;
    return o;
}

robj *createZsetZiplistObject(void) {
    unsigned char *zl = ziplistNew();
    robj *o = createObject(REDIS_ZSET,zl);
    o->encoding = REDIS_ENCODING_ZIPLIST;
    return o;
}

类型检查

redis 中用于操作键的命令可分为两种，一种可以对任何类型的键进行操作，比如 DEL、EXPIRE、RENAME、TYPE、OBJECT 等，另一种只能对特定类型的键执行，比如 SET、GET、APPEND、STRLEN 只能对字符串键执行，而 RPUSH、HSET、HGET、HLEN 只能对列表键执行，如果用 SET 对列表键执行，redis 将返回一个错误。

为了确保指定的键能够执行某些特定的命令，redis 在执行命令前会先检查输入键的类型是否正确，然后再决定是否执行给定的命令。

int checkType(redisClient *c, robj *o, int type) {
    if (o->type != type) {
        addReply(c,shared.wrongtypeerr);    //wrong_type_err
        return 1;
    }
    return 0;
}

通过 redisObject 的 TYPE 属性来判断类型是否正确：

• 在执行一个特定的命令之前，服务器会先检查输入数据库键的值对象是否为执行命令所需的类型，如果是，才会执行指定的命令
• 否则，服务器将拒绝执行命令，并返回一个错误

多态命令的实现

redis 除了根据对象的 TYPE 属性判断键能否执行指定的命令之外，还需要根据编码属性 encoding 来选择正确的命令实现代码执行命令（因为通常一种对象因为优化的原因可以有不同的编码方式）。

比如列表对象，可以有 linkedlist(REDIS_ENCODING_LINEDLIST) 和 ziplist(REDIS_ENCODING_ZIPLIST) 两个编码方式，但是，在执行 LLEN 命令时，redis 除了需要判断 TYPE 是否是 REDIS_LIST 外，还需要根据编码判断是 linkedlist 还是 ziplist，然后才能使用双向链表的 API 还是 ziplist 的 API 执行相应的函数获取长度。

void llenCommand(redisClient *c) {
    robj *o = lookupKeyReadOrReply(c,c->argv[1],shared.czero);
    if (o == NULL || checkType(c,o,REDIS_LIST)) return;
    addReplyLongLong(c,listTypeLength(o));
}

unsigned long listTypeLength(robj *subject) {
    if (subject->encoding == REDIS_ENCODING_ZIPLIST) {
        return ziplistLen(subject->ptr);
    } else if (subject->encoding == REDIS_ENCODING_LINKEDLIST) {
        return listLength((list*)subject->ptr);
    } else {
        redisPanic("Unknown list encoding");
    }
}

上面两个函数展示了 LLEN 的求取过程。

借用面向对象的术语，我们可以认为 LLEN 命令是多态的，只要执行 LLEN，不管对象的编码方式是 linkedlist 还是 ziplist ，都可以得到列表对象的长度。
(就像 the pragmatic programmer 中所说，思想的“异花授粉”(cross-pollination)，当你熟悉面向对象时，可以使用不同的方式编写纯c，加入面向对象的思想)。

而相对于特征类型的特定命令，DEL、EXPIRE、TYPE、OBJECT等这些命令可以同时处理多种不同类型的键，前者是基于编码的多态，后者是基于类型的多态。

内存技术器 refcount

C语言没有内存回收功能，所以 redis 在自己的对象系统中，构建了一个内存计数器 (reference counting) 技术实现内存回收功能。通过这一机制，程序可以通过跟踪对象的引用计数信息，当 refcount 为 0 时释放对象回收内存。

在 redisObject 对象中有一个 refcount 属性，该属性记录的就是对象的引用计数信息。对象的引用计数信息会随着对象的状态变化而不断变化。

• 创建新对象时，引用计数器设置为1
• 当对象被新程序使用时，引用计数值加1 (incrRefCount)
• 当对象不再被新程序使用时，引用计数减1 (decrRefCount)
• 当对象的引用计数为0时，释放对象

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void decrRefCount(robj *o) {
    if (o->refcount <= 0) redisPanic("decrRefCount against refcount <= 0");
    if (o->refcount == 1) {
        switch(o->type) {
        case REDIS_STRING: freeStringObject(o); break;
        case REDIS_LIST: freeListObject(o); break;
        case REDIS_SET: freeSetObject(o); break;
        case REDIS_ZSET: freeZsetObject(o); break;
        case REDIS_HASH: freeHashObject(o); break;
        default: redisPanic("Unknown object type"); break;
        }
        zfree(o);
    } else {
        o->refcount--;
    }
}

对象共享

不知道大家还记不记得，上面的字符串对象中，当编码方式为int (REDIS_ENCODING_INT)时，对象的创建函数 createStringObjectFromLongLong，当整数值在 0 - 10000的范围内时，不会新创建一个字符串对象，而是将 shared 这个共享对象中的 intergers 这个 redisObject 对象数组中对应的元素添加一个指向该元素的引用，同时将该元素的引用计数加1。

shared 是一个全局变量，用于共享

* Our shared "common" objects */

struct sharedObjectsStruct shared;

在 createSharedObject 函数中创建和初始化，其中，对 intergers 数组初始化如下

for (j = 0; j < REDIS_SHARED_INTEGERS; j++) {
        shared.integers[j] = createObject(REDIS_STRING,(void*)(long)j);
        shared.integers[j]->encoding = REDIS_ENCODING_INT;
}

其中，REDIS_SHARED_INTEGERS 这个常量为 10000，可以通过修改这个值，来改变共享整数对象的范围。

redis 的引用计数机制，实现的共享对象的方法，能够极大的节约内存，所引用的对象，出了引用计数进行了加1之外，其他属性都没有发生改变。数据库中保存的相同值对象越多，就越能节约内存。

在 redis 中，不仅只有字符串对象能够使用这些共享对象，在数据结构中嵌套了字符串对象的其他对象，都可以使用这些共享对象（redis 中目前只能嵌套字符串对象）。

在 redis 中，考虑到时间复杂度和CPU时间的限制，只共享保存整数值的字符串对象，这是因为，在决定共享对象能够被其他对象直接使用时，redis 需要保证共享对象与目标对象时完全相同的，只有保存整数值的字符串对象才是最简单的，复杂度最低，而保存的值越复杂，验证共享对象和目标对象是否相同所需的复杂度就越高，消耗CPU的时间就越多。

对象的空转时长

redisObject 中 lru 属性，记录的就是对象的访问时间信息，根据该信息就能够计算出对象的空转时长。

OBJECT IDLETIME 命令可以打印兑现的空转时长，这是通过将当前时间减去键的值对象的 lru 的时间计算得出的。

/* Given an object returns the min number of milliseconds the object was never
 * requested, using an approximated LRU algorithm. */
unsigned long long estimateObjectIdleTime(robj *o) {
    unsigned long long lruclock = LRU_CLOCK();
    if (lruclock >= o->lru) {
        return (lruclock - o->lru) * REDIS_LRU_CLOCK_RESOLUTION;
    } else {
        return (lruclock + (REDIS_LRU_CLOCK_MAX - o->lru)) *
                    REDIS_LRU_CLOCK_RESOLUTION;
    }
}

OBJECT IDLTTIME 这个命令不会改变对象的 lru 属性，像 GET、SET等命令都会改变对象的 lru 属性

键的空转时长还有另外一个作用，就是如果服务器打开了 maxmemory 选项，并且服务器的回收内存算法为 volatile-lru 或者 allkeys-lru，那么当服务器的内存数超过 maxmemory 时，空转时长较高的那部分键会被服务器优先释放，回收内存。

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其他

OBJECT的命令实现

OBJECT 的三种命令

/* Object command allows to inspect the internals of an Redis Object.
 * Usage: OBJECT   */
void objectCommand(redisClient *c) {
    robj *o;

    if (!strcasecmp(c->argv[1]->ptr,"refcount") && c->argc == 3) {
        if ((o = objectCommandLookupOrReply(c,c->argv[2],shared.nullbulk))
                == NULL) return;
        addReplyLongLong(c,o->refcount);
    } else if (!strcasecmp(c->argv[1]->ptr,"encoding") && c->argc == 3) {
        if ((o = objectCommandLookupOrReply(c,c->argv[2],shared.nullbulk))
                == NULL) return;
        addReplyBulkCString(c,strEncoding(o->encoding));
    } else if (!strcasecmp(c->argv[1]->ptr,"idletime") && c->argc == 3) {
        if ((o = objectCommandLookupOrReply(c,c->argv[2],shared.nullbulk))
                == NULL) return;
        addReplyLongLong(c,estimateObjectIdleTime(o)/1000);
    } else {
        addReplyError(c,"Syntax error. Try OBJECT (refcount|encoding|idletime)");
    }
}

redis中将字符串转与long long的巧妙转换

/* Convert a long long into a string. Returns the number of
 * characters needed to represent the number.
 * If the buffer is not big enough to store the string, 0 is returned.
 *
 * Based on the following article (that apparently does not provide a
 * novel approach but only publicizes an already used technique):
 *
 * https://www.facebook.com/notes/facebook-engineering/three-optimization-tips-for-c/10151361643253920
 *
 * Modified in order to handle signed integers since the original code was
 * designed for unsigned integers. */
int ll2string(char* dst, size_t dstlen, long long svalue) {
    static const char digits[201] =
        "0001020304050607080910111213141516171819"
        "2021222324252627282930313233343536373839"
        "4041424344454647484950515253545556575859"
        "6061626364656667686970717273747576777879"
        "8081828384858687888990919293949596979899";
    /* digits 数组保存的是0-99这100个数字的字符串数组，每一个数字由两个字符组成 */
    int negative;
    unsigned long long value;

    /* The main loop works with 64bit unsigned integers for simplicity, so
     * we convert the number here and remember if it is negative. */
    if (svalue < 0) {
        if (svalue != LLONG_MIN) {
            value = -svalue;
        } else {
            value = ((unsigned long long) LLONG_MAX)+1;
        }
        negative = 1;
    } else {
        value = svalue;
        negative = 0;
    }

    /* Check length. */
    uint32_t const length = digits10(value)+negative;
    if (length >= dstlen) return 0;

    /* Null term. */
    uint32_t next = length;
    dst[next] = '\0';
    next--;

    /* 每次取100的模数，相当于取最后两位数字，在 digits 数组中查找，因为数组中记录的就是0-99的数字，对应的下标是数字*2 */
    while (value >= 100) {
        int const i = (value % 100) * 2;
        value /= 100;
        dst[next] = digits[i + 1];
        dst[next - 1] = digits[i];
        next -= 2;
    }

    /* Handle last 1-2 digits. */
    if (value < 10) {
        dst[next] = '0' + (uint32_t) value;
    } else {
        int i = (uint32_t) value * 2;
        dst[next] = digits[i + 1];
        dst[next - 1] = digits[i];
    }

    /* Add sign. */
    if (negative) dst[0] = '-';
    return length;
}

在上述算法中，通过使用一个字符串数组，数组中保存的是0-99数字的字符串，每一个数字由两个字符组成，一共200个字符，包括结尾的 NULL TERM字符，一共是201的长度。求某个数字的字符串形式，每次对数字对100取模，得到的是最后两位数字，0-99的范围内，根据数字在数组中查找，直接获取这个0-99范围内的模数的字符串形式，保存到对应的结果中，循环，就能得到 long long 数字的字符串形式了。

/* Convert a string into a long long. Returns 1 if the string could be parsed
 * into a (non-overflowing) long long, 0 otherwise. The value will be set to
 * the parsed value when appropriate. */
int string2ll(const char *s, size_t slen, long long *value) {
    const char *p = s;
    size_t plen = 0;
    int negative = 0;
    unsigned long long v;

    if (plen == slen)
        return 0;

    /* Special case: first and only digit is 0. */
    if (slen == 1 && p[0] == '0') {
        if (value != NULL) *value = 0;
        return 1;
    }

    if (p[0] == '-') {
        negative = 1;
        p++; plen++;

        /* Abort on only a negative sign. */
        if (plen == slen)
            return 0;
    }

    /* First digit should be 1-9, otherwise the string should just be 0. */
    if (p[0] >= '1' && p[0] <= '9') {
        v = p[0]-'0';
        p++; plen++;
    } else if (p[0] == '0' && slen == 1) {
        *value = 0;
        return 1;
    } else {
        return 0;
    }

    while (plen < slen && p[0] >= '0' && p[0] <= '9') {
        if (v > (ULLONG_MAX / 10)) /* Overflow. */
            return 0;
        v *= 10;

        if (v > (ULLONG_MAX - (p[0]-'0'))) /* Overflow. */
            return 0;
        v += p[0]-'0';

        p++; plen++;
    }

    /* Return if not all bytes were used. */
    /* non digit exist */
    if (plen < slen)
        return 0;

    if (negative) {
        if (v > ((unsigned long long)(-(LLONG_MIN+1))+1)) /* Overflow. */
            return 0;
        if (value != NULL) *value = -v;
    } else {
        if (v > LLONG_MAX) /* Overflow. */
            return 0;
        if (value != NULL) *value = v;
    }
    return 1;
}

参考文献：
Redis 设计与实现，黄健宏著。