TrivialDB-miskcooC++ 编写的 SQL 数据库引擎-技术圈

TrivialDB-miskcooC++ 编写的 SQL 数据库引擎

联合创作 · 2023-09-30

TrivialDB 是一个简单的数据库管理系统，实现了大部分常见的 SQL 语句和类型。同时支持多表连接、复杂表达式运算、多主键约束、外键约束、CHECK 约束、UNIQUE 和 DEFAULT 约束、聚集查询、利用 B+ 树索引的查询优化，同时，支持任意长度的 VARCHAR 类型。

系统功能

数据类型

数据库支持的基本类型有：

整型（INT）
浮点型（FLOAT）
字符串型（VARCHAR）
日期型（DATE），日期格式YYYY-MM-dd

日期类型的字面值和字符串相同，在实现中如果必要可以转换为字符串。

SQL语句

支持的 SQL 语句一共有如下几种

插入语句：INSERT INTO ... VALUES ...
删除语句：DELETE FROM ... WHERE ...
查询语句：SELECT ... FROM ... WHERE ...
更新语句：UPDATE ... SET ... WHERE ...
创建数据库：CREATE DATABASE ...
删除数据库：DROP DATABASE ...
切换数据库：USE ...
显示数据库信息：SHOW DATABASE ...
创建表：CREATE TABLE ...
删除表：DROP TABLE ...
显示表信息：SHOW TABLE ...
创建索引：CREATE INDEX ...
删除索引：DROP INDEX ...

复杂表达式处理

表达式大致可以分为两种：算术表达式和条件表达式。由于采用 Bison 进行解析，可以支持任意深度嵌套的复杂表达式。TrivialDB 支持的基本运算主要如下

四则运算，针对整数和浮点数进行。
比较运算符，即 <=、<、=、>、>= 与 <>。
模糊匹配运算符，即 LIKE，其实现采用 C++11 的正则表达式库。
范围匹配运算符，即 IN，可以在表的 CHECK 约束中以及 WHERE 子句中使用。
空值判定运算符，即 IS NULL 和 IS NOT NULL 两种。
逻辑运算，包含 NOT、AND 和 OR 三种。

以下是一些复杂表达式运算的例子

UPDATE customer SET age = age + 1 WHERE age < 18 AND gender = 'F';
SELECT * FROM customer WHERE name LIKE 'John %son';
SELECT * FROM students WHERE grades IN ('A', 'B', 'C');
SELECT * FROM students WHERE name IS NOT NULL;

聚集查询

实现了五种聚集查询函数 COUNT、SUM、AVG、MIN 和 MAX。其中 COUNT 不支持 DISTINCT 关键字。例如

SELECT COUNT(*) FROM customer WHERE age > 18;
SELECT AVG(age) FROM customer WHERE age <= 18;

属性完整性约束

支持多种属性完整性约束，分别是

主键约束。一个表可以有多个列联合起来作为主键，只有在所有主键都相同时才认为两条记录有冲突，即这种情况下主键是一个元组。
外键约束，每个域都可以有外键约束，引用另外一个表的主键。
UNIQUE 约束，该约束限制某一列的值不能重复。
NOT NULL 约束，该约束限制某一列不能有空值。
DEFAULT 约束，该约束可以在 INSERT 语句不指定值是给某列赋予一个默认值。
CHECK 约束，该约束可以对表中元素的值添加条件表达式的检查。

下面是一个简单的例子，注意如果在多个列都指定了 PRIMARY KEY，那么就认为主键是一个元组，而不是有多个主键。例如 Infos 表的主键为(PersonID, InfoID)。

CREATE TABLE Persons (
    PersonID int PRIMARY KEY NOT NULL,
    Name varchar(20),
    Age int DEFAULT 1,
    Gender varchar(1),
    CHECK (Age >= 1 AND Age <= 100),
    CHECK (Gender IN ('F', 'M'))
);

CREATE TABLE Infos (
    PersonID int PRIMARY KEY,
    InfoID int PRIMARY KEY,
    FOREIGN KEY (PersonID) REFERENCES Persons(PersonID)
);

多表连接查询

在 SELECT 语句中，我们支持任意多表的连接操作，例如

SELECT * FROM A, B, C WHERE A.ID = B.ID AND C.Name = A.Name

并且，对于多个表的连接中形如 A.Col1 = B.Col2 的条件，那么如果这两个列的某一个拥有索引，会利用索引进行查询优化。例如如下查询就可以优化

SELECT * FROM Persons, Infos WHERE Persons.PersonID = Infos.PersonID;
SELECT * FROM Persons, Infos, Datas WHERE Persons.PersonID = Infos.PersonID AND Datas.N IS NOT NULL;
SELECT * FROM Persons, Infos, Datas WHERE Persons.PersonID = Infos.PersonID AND Datas.ID = Infos.PersonID;

具体的优化方法以及何种查询可以优化见文档中"查询优化"部分。

表别名

我们在多表连接查询时支持通过别名（alias）的方式对一个表进行连接，例如

SELECT * FROM Persons AS P1, Persons AS P2 WHERE P1.PersonID = P2.PersonID;

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