實現一個簡單的Database2(譯文）

来源:https://www.cnblogs.com/greatsql/archive/2022/09/24/16725217.html
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前文回顧：實現一個簡單的Database1(譯文） 譯註：cstsck在github維護了一個簡單的、類似sqlite的資料庫實現，通過這個簡單的項目，可以很好的理解資料庫是如何運行的。本文是第二篇，主要是實現資料庫的前端組件，編譯器與虛擬機部分功能 Part 2 世界上最簡單的SQL編譯器與虛擬機 ...


前文回顧：實現一個簡單的Database1(譯文）

譯註：cstsck在github維護了一個簡單的、類似sqlite的資料庫實現，通過這個簡單的項目，可以很好的理解資料庫是如何運行的。本文是第二篇，主要是實現資料庫的前端組件，編譯器與虛擬機部分功能

Part 2 世界上最簡單的SQL編譯器與虛擬機

我們正在實現一個sqlite的克隆版本。sqlite的前端是SQL編譯器，編譯器用來解析字元串並輸出一個內部的表示，叫做位元組碼。

這些位元組碼被傳到虛擬機（virtual machine），在虛擬機中，位元組碼將被執行。

1654132

SQLite Architecture (https://www.sqlite.org/arch.html)

像這樣把事情分成兩個步驟（SQL編譯和虛擬機）有以下兩個優點：

  • 減少各個部分的複雜性（例如：虛擬機不用關心輸入語句語法錯誤）
  • 允許只編譯通用查詢一次，然後對生成的位元組碼進行緩存，以此來提升性能

有了這些想法，讓我們來重構主函數，在程式中支持了兩個新的關鍵字：

譯註：下麵代碼中行開頭加減號是相對與第一部分（part 1）的實現，增加或者刪除的代碼。代碼對main()重構以適合識別新關鍵字，在第一部分中，main()函數只能識別“.exit”關鍵字，也就是程式退出命令。

int main(int argc, char* argv[]) {
  InputBuffer* input_buffer = new_input_buffer();
  while (true) {
    print_prompt();
    read_input(input_buffer);

-   if (strcmp(input_buffer->buffer, ".exit") == 0) {
-     exit(EXIT_SUCCESS);
-   } else {
-     printf("Unrecognized command '%s'.\n", input_buffer->buffer);
+     if (input_buffer->buffer[0] == '.') {
+       switch (do_meta_command(input_buffer)) {
+         case (META_COMMAND_SUCCESS):
+           continue;
+         case (META_COMMAND_UNRECOGNIZED_COMMAND):
+           printf("Unrecognized command '%s'\n", input_buffer->buffer);
+           continue;
+       }
      }
+
+     Statement statement;
+     switch (prepare_statement(input_buffer, &statement)) {
+       case (PREPARE_SUCCESS):
+         break;
+       case (PREPARE_UNRECOGNIZED_STATEMENT):
+         printf("Unrecognized keyword at start of '%s'.\n",
+               input_buffer->buffer);
+         continue;
+     }
+
+     execute_statement(&statement);
+     printf("Executed.\n");
   }
 }

非SQL語句，像“.exit”這樣的命令被稱為“meta-commands”。它們都是以“.”開頭，所以我們在一個獨立的函數中檢查並且處理它們。

譯註：在上邊代碼中使用了單獨的if+switch來處理了以“.”開頭的“meta-commands”。

接下來，增加一個步驟，將輸入行命令轉換成內部表示的語句。這是sqlite前端的一個破解版本。

最後，我門將預編譯語句傳遞到execute_statement()函數，這個函數將最終變成我們的虛擬機。

註意我們的兩個新函數返回enum（枚舉）類型的來表示成功或者失敗：

typedef enum {
  META_COMMAND_SUCCESS,
  META_COMMAND_UNRECOGNIZED_COMMAND
} MetaCommandResult;

typedef enum { PREPARE_SUCCESS, PREPARE_UNRECOGNIZED_STATEMENT } PrepareResult;

在輸入命令行語句無法識別時，列印“Unrecognized statement”輸出？這個看起來像是異常（exception）。我不喜歡使用exception（並且C語言甚至不支持exception），所以我在任何可行的地方都是用enum結果碼做返回。如果我的switch語句沒有處理enum成員，C編譯器會報錯，所以我們能感到小有信心，我們能處理所有函數結果。預計將來會有更多的結果代碼被加入。

do_meta_command()函數只是對已有的功能的一個封裝，為更多的命令留出空間：

MetaCommandResult do_meta_command(InputBuffer* input_buffer) {
  if (strcmp(input_buffer->buffer, ".exit") == 0) {
    exit(EXIT_SUCCESS);
  } else {
    return META_COMMAND_UNRECOGNIZED_COMMAND;
  }
}

我們的“prepared statement”現在只包含一個enum（有兩個可能值）。在語句中將會包含更多的我們允許的參數數據：

typedef enum { STATEMENT_INSERT, STATEMENT_SELECT } StatementType;

typedef struct {
  StatementType type;
} Statement;

prepare_statement()函數（我們的SQL編譯器）現在還不能理解SQL。事實上，它現在只能理解兩個單詞：

譯註：下麵的代碼實現了對insert和select關鍵的解析。

PrepareResult prepare_statement(InputBuffer* input_buffer,
                                Statement* statement) {
  if (strncmp(input_buffer->buffer, "insert", 6) == 0) {
    statement->type = STATEMENT_INSERT;
    return PREPARE_SUCCESS;
  }
  if (strcmp(input_buffer->buffer, "select") == 0) {
    statement->type = STATEMENT_SELECT;
    return PREPARE_SUCCESS;
  }

  return PREPARE_UNRECOGNIZED_STATEMENT;
}

註意，因為“insert”關鍵字後面有跟隨數據，所以為“insert”使用了strncmp()庫函數來比對輸入值。(例如輸入語句為：insert 1 cstack [email protected])

譯註：C 庫函數 int strncmp(const char *str1, const char *str2, size_t n) 是把輸入參數 str1 和 str2 進行比較，最多比較入參的前 n 個位元組。

最後，execute_statement()函數中包含了一些樁（stubs）：

譯註：stubs(一小塊代碼)，是為了實現測試代碼進行，會硬編碼一些輸入和輸出，即在execute_statement()函數中對prepare_statement()函數處理結果進行了引用並處理。

void execute_statement(Statement* statement) {
  switch (statement->type) {
    case (STATEMENT_INSERT):
      printf("This is where we would do an insert.\n");
      break;
    case (STATEMENT_SELECT):
      printf("This is where we would do a select.\n");
      break;
  }
}

註意這裡沒有返回任何錯誤碼，這是因為在這裡還不會有任何報錯發生。

譯註：目前為止，程式可解析“.exit”、“insert xxx”、"select xxx"命令，其餘不會識別，只輸出“Unrecognized command 'xxx'”，所以不會有什麼報錯輸出。參考下麵的演示。

做了這些重構後，我們的程式就能識別兩個新的關鍵字了。

~ ./db
db > insert foo bar
This is where we would do an insert.
Executed.
db > delete foo
Unrecognized keyword at start of 'delete foo'.
db > select
This is where we would do a select.
Executed.
db > .tables
Unrecognized command '.tables'
db > .exit
~

我們的資料庫骨架正在形成...如果它能存儲數據不是很好嗎？在下一部分，我們會實現insert和select，創建世界上最差勁的數據存儲。

同時，下麵是這部分重構的整個代碼不同之處：

@@ -10,6 +10,23 @@ struct InputBuffer_t {
 } InputBuffer;

+typedef enum {
+  META_COMMAND_SUCCESS,
+  META_COMMAND_UNRECOGNIZED_COMMAND
+} MetaCommandResult;
+
+typedef enum { PREPARE_SUCCESS, PREPARE_UNRECOGNIZED_STATEMENT } PrepareResult;
+
+typedef enum { STATEMENT_INSERT, STATEMENT_SELECT } StatementType;
+
+typedef struct {
+  StatementType type;
+} Statement;
+
 InputBuffer* new_input_buffer() {
   InputBuffer* input_buffer = malloc(sizeof(InputBuffer));
   input_buffer->buffer = NULL;
@@ -40,17 +57,67 @@ void close_input_buffer(InputBuffer* input_buffer) {
     free(input_buffer);
 }

+MetaCommandResult do_meta_command(InputBuffer* input_buffer) {
+  if (strcmp(input_buffer->buffer, ".exit") == 0) {
+    close_input_buffer(input_buffer);
+    exit(EXIT_SUCCESS);
+  } else {
+    return META_COMMAND_UNRECOGNIZED_COMMAND;
+  }
+}
+
+PrepareResult prepare_statement(InputBuffer* input_buffer,
+                                Statement* statement) {
+  if (strncmp(input_buffer->buffer, "insert", 6) == 0) {
+    statement->type = STATEMENT_INSERT;
+    return PREPARE_SUCCESS;
+  }
+  if (strcmp(input_buffer->buffer, "select") == 0) {
+    statement->type = STATEMENT_SELECT;
+    return PREPARE_SUCCESS;
+  }
+
+  return PREPARE_UNRECOGNIZED_STATEMENT;
+}
+
+void execute_statement(Statement* statement) {
+  switch (statement->type) {
+    case (STATEMENT_INSERT):
+      printf("This is where we would do an insert.\n");
+      break;
+    case (STATEMENT_SELECT):
+      printf("This is where we would do a select.\n");
+      break;
+  }
+}
+
 int main(int argc, char* argv[]) {
   InputBuffer* input_buffer = new_input_buffer();
   while (true) {
     print_prompt();
     read_input(input_buffer);

-    if (strcmp(input_buffer->buffer, ".exit") == 0) {
-      close_input_buffer(input_buffer);
-      exit(EXIT_SUCCESS);
-    } else {
-      printf("Unrecognized command '%s'.\n", input_buffer->buffer);
+    if (input_buffer->buffer[0] == '.') {
+      switch (do_meta_command(input_buffer)) {
+        case (META_COMMAND_SUCCESS):
+          continue;
+        case (META_COMMAND_UNRECOGNIZED_COMMAND):
+          printf("Unrecognized command '%s'\n", input_buffer->buffer);
+          continue;
+      }
     }
+
+    Statement statement;
+    switch (prepare_statement(input_buffer, &statement)) {
+      case (PREPARE_SUCCESS):
+        break;
+      case (PREPARE_UNRECOGNIZED_STATEMENT):
+        printf("Unrecognized keyword at start of '%s'.\n",
+               input_buffer->buffer);
+        continue;
+    }
+
+    execute_statement(&statement);
+    printf("Executed.\n");
   }
 }

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