实现一个简单的Database2(译文）

2023-02-23 11:18:55 浏览数 (1)

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前文回顾：实现一个简单的Database1(译文）

译注：cstsck在github维护了一个简单的、类似SQLite的数据库实现，通过这个简单的项目，可以很好的理解数据库是如何运行的。本文是第二篇，主要是实现数据库的前端组件，编译器与虚拟机部分的功能。

Part 2 世界上最简单的SQL编译器与虚拟机

我们正在实现一个SQLite的克隆版本。SQLite的前端是SQL编译器，编译器用来解析字符串并输出一个内部的表示，叫做字节码。

这些字节码被传到虚拟机（virtual machine），在虚拟机中，字节码将被执行。

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

像这样把事情分成两个步骤（SQL编译和虚拟机）有以下两个优点：

  • 减少各个部分的复杂性（例如：虚拟机不用关心输入语句语法错误）
  • 允许只编译一次通用查询，然后对生成的字节码进行缓存，以此来提升性能

有了这些想法，让我们来重构主函数，在程序中支持了两个新的关键字：

译注：下面代码中行开头加减号是相对与第一部分（part 1）的实现，增加或者删除的代码。代码对main()重构以适合识别新关键字，在第一部分中，main()函数只能识别“.exit”关键字，也就是程序退出命令。

代码语言：javascript复制
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语句，像“.exit”这样的命令被称为“meta-commands”。它们都是以“.”开头，所以我们在一个独立的函数中检查并且处理它们。

译注：在上边代码中使用了单独的if switch来处理了以“.”开头的“meta-commands”。

接下来，增加一个步骤，将输入行命令转换成内部表示的语句。这是SQLite前端的一个破解版本。

最后，我门将预编译语句传递到execute_statement()函数，这个函数将最终变成我们的虚拟机。

注意我们的两个新函数返回enum（枚举）类型的来表示成功或者失败：

代码语言：javascript复制
typedef enum {
  META_COMMAND_SUCCESS,
  META_COMMAND_UNRECOGNIZED_COMMAND
} MetaCommandResult;

typedef enum { PREPARE_SUCCESS, PREPARE_UNRECOGNIZED_STATEMENT } PrepareResult;

在输入命令行语句无法识别时，打印“Unrecognized statement”输出？这个看起来像是异常（exception）。我不喜欢使用exception（并且C语言甚至不支持exception），所以我在任何可行的地方都是用enum结果码做返回。如果我的switch语句没有处理enum成员，C编译器会报错，所以我们能感到小有信心，我们能处理所有函数结果。预计将来会有更多的结果代码被加入。

do_meta_command()函数只是对已有的功能的一个封装，为更多的命令留出空间：

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

我们的“prepared statement”现在只包含一个enum（有两个可能值）。在语句中将会包含更多的我们允许的参数数据：

代码语言：javascript复制
typedef enum { STATEMENT_INSERT, STATEMENT_SELECT } StatementType;

typedef struct {
  StatementType type;
} Statement;

prepare_statement()函数（我们的SQL编译器）现在还不能理解SQL。事实上，它现在只能理解两个单词：

译注：下面的代码实现了对insert和select关键的解析。

代码语言：javascript复制
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;
}

注意，因为“insert”关键字后面有跟随数据，所以为“insert”使用了strncmp()库函数来比对输入值。(例如输入语句为：insert 1 cstack foo@bar.com)

译注：C 库函数 int strncmp(const char *str1, const char *str2, size_t n) 是把输入参数 str1 和 str2 进行比较，最多比较入参的前 n 个字节。

最后，execute_statement()函数中包含了一些桩（stubs）：

译注：stubs(一小块代码)，是为了实现测试代码进行，会硬编码一些输入和输出，即在execute_statement()函数中对prepare_statement()函数处理结果进行了引用并处理。

代码语言：javascript复制
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;
  }
}

注意这里没有返回任何错误码，这是因为在这里还不会有任何报错发生。

译注：目前为止，程序可解析“.exit”、“insert xxx”、"select xxx"命令，其余不会识别，只输出“Unrecognized command 'xxx'”，所以不会有什么报错输出。参考下面的演示。

做了这些重构后，我们的程序就能识别两个新的关键字了。

代码语言：javascript复制
~ ./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
~

我们的数据库骨架正在形成...如果它能存储数据不是很好吗？在下一部分（part3），我们会实现insert和select，创建世界上最差劲的数据存储（因为作者使用了array来组织数据页）。

同时，下面是这部分重构的整个代码不同之处（对比part1）：

代码语言：javascript复制
@@ -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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