bitfield 概述

bitfields（位域）：位域是计算机中的术语，也称 位段，它是指信息在存储时，并不需要占用一个完整的字节，而只需占用一个或几个二进制位，这样做的目的是为了节约存储空间。

在 C 编程语言中，除了基本的数据类型（char、short、int、、long、float、double）外，还有一些特殊的数据类型，如下图所示：

Q：结构体是什么？

因为基本的数据类型没办法和现实生活中的对象一 一对应。比如说 student 这个对象，在没有结构体之前，你需要这样定义这个对象的属性：

char name[20];
int age;
float score;

在代码层面，无法知道它们之间的关联性，于是，C 语言提供了一种解决办法——用户自定义需要的任何类型并结合起来的一个整体，即结构体，定义结构体的代码如下：

struct Student
{
        char name[20];
        int age;
        float score;
};

struct 是关键字；Student 是标志（标签），可自定义；包含的则是结构体的三个成员。

数组：相同数据类型的元素按一定顺序排列的集合。在内存当中，数组的元素被保存在一块连续的内存当中。
结构体：不同数据类型的成员组合成的一个整体。理论上来说，结构体的成员被保存在一块连续的内存当中，但是由于编译器的实现不同，为了内存对齐（字节对齐），各个成员之间在内存当中可能会存在「缝隙」。

位域属于一种特殊的结构体，在成员名称后面加上冒号，代码层面形如这样的：

struct Bit
{
        char a:2;
        char b:4;
        char c:2;
};

冒号后面定义成员所占的 bit 数。

众所周知，char 在 C 语言当中需要占用 1 Byte，而在位域当中，成员只需要占用一个或几个 bit。

|<-----     1Byte         ----->|

 --- --- --- --- --- --- --- ---
|   |   |   |   |   |   |   |   |
 --- --- --- --- --- --- --- ---

|<- a ->|

        | <---- b ----> |

                        |<- c ->|

Redis 中的位域

这种数据类型是 string 数据类型的拓展，你可以将一个字符串看作是由 bit 组成的数组，并对数组中的任意偏移进行访问，从而高效地使用内存。

# 比如说，使用 string 数据类型：
192.168.100.3:6379> select 7
OK
192.168.100.3:6379[7]> keys *
(empty array)
192.168.100.3:6379[7]> set k1 hello

Q：如果我要修改 k1 的 value，应该怎么操作？

很简单啊！直接用 set 命令更新已经存在的 key 的值；或者使用 setrange 命令。

192.168.100.3:6379[7]> exists  k1
(integer) 1
192.168.100.3:6379[7]> set k1 HELLO XX
OK
192.168.100.3:6379[7]> get k1
"HELLO"

192.168.100.3:6379[7]> setrange k1 0 hello
(integer) 5
192.168.100.3:6379[7]> get k1
"hello"

string 数据类型的修改是基于字符串或字符这个级别，但是 bitfield 可以将这个级别下调到 bit 级别。

比如我要将 hello 字符串变更为 HELLO，只需要修改相应的 bit 即可：

相关命令

只有一个 bitfiled 命令，但是相关的参数非常多，用法为：

查看

192.168.100.3:6379[7]> get k1
"hello"

# i8 表示有符号的 8 bit，偏移量为 0
## 返回104， 即字符 h
192.168.100.3:6379[7]> bitfield k1 get i8 0
1) (integer) 104

# 返回101， 即字符 e
192.168.100.3:6379[7]> bitfield k1 get i8 8
1) (integer) 101

修改单个字符

# 将 e 字符修改为大写的 E
## 69 即 ASCII 的 E
## 返回的是旧 ASCII 
192.168.100.3:6379[7]> bitfield k1 set i8 8 69
1) (integer) 101
192.168.100.3:6379[7]> get k1
"hEllo"

自增/自减

# 从第二个 bit 开始，兑接下来的 3 个 bit 自增 1，u 表示是无符号的
## 3 bit 无符号，意味着它的范围为 [0,7]
192.168.100.3:6379[7]> bitfield k1 incrby u3 2 1
1) (integer) 6
192.168.100.3:6379[7]> bitfield k1 incrby u3 2 1
1) (integer) 7

# 超过了范围并返回 0，即碰到了向上溢出，默认执行 WARP 行为
192.168.100.3:6379[7]> bitfield k1 incrby u3 2 1
1) (integer) 0
192.168.100.3:6379[7]> get k1
"@Ello"

# 还原为 h
192.168.100.3:6379[7]>  bitfield k1 set i8 0 104
1) (integer) 64
192.168.100.3:6379[7]> get k1
"hEllo"

当碰到向上溢出（overflow）或者向下溢出（underflow）情况时会采取一些行为，也就是所谓的 溢出控制：

• WARP（默认）
• SAT
• FAIL

这个 bitfield 基本了解就可以了，因为实际情况下也使用得极少。

赞赏