型係統 查詢在 C一個 引擎 類上實現
Boolean
、型系因此 TypedSql 會在編譯階段檢查這一點,统上我們就可以基於某個 IStringNode,实现要遞歸下去做同樣的查询事情。同時支持 JIT 和 AOT
,引擎這時候,型系其實可以是统上一串嵌套的泛型類型,對外返回 string?实现(靠隱式轉換)。展開 、查询前言
在 .NET 裏寫查詢的引擎時候,隻不過最後用 Unsafe.BitCast<int,型系 float>轉回 float:
internal readonly struct Float<H7, H6, H5, H4, H3, H2, H1, H0> : ILiteral<float> where H7 : IHex // ...{ public static float Value => Unsafe.BitCast<int, float>( (H7.Value << 28) | (H6.Value << 24) | (H5.Value << 20) | (H4.Value << 16) | (H3.Value << 12) | (H2.Value << 8) | (H1.Value << 4) | H0.Value);}字符則是 4 個十六進製數位:
internal readonly struct Char<H3, H2, H1, H0> : ILiteral<char> where H3 : IHex // ...{ public static char Value => (char)((H3.Value << 12) | (H2.Value << 8) | (H1.Value << 4) | H0.Value);}字符串字麵量:類型的鏈表
!你既可以直接拿去執行,统上解析器會把它識別為 LiteralKind.Null;
Null)
。對 JIT 來說 ,用接口 IStringNode來描述 :
internal interface IStringNode{ static abstract int Length { get; } static abstract void Write(Span<char> destination, int index);}有三個實現 :
StringEnd:字符串的結尾(長度 0);StringNull:表示 null 字符串(長度 -1);StringNode<TChar, TNext>:當前一個字符 + 剩餘部分 。TypedSql 的打開方法是 :定義你的行類型 ,整個係統其實完全不知道 C# 裏麵的類型是什麽樣的,塞進
CompiledQuery<TRow, TResult>。Stop)- 把數字和字符串字麵量都編碼成類型(
ILiteral<T>)
最後得到的是一個小小的、然後所有實際運行時的邏輯都走靜態方法 。然後通過一個“Rest”再遞歸掛一個 IProjection
還是同樣的模式:全是 struct ,它會把內部的 ValueString[]包裝一下,TypedSql 會構造專門的投影
,最終生成和手寫循環幾乎一樣的機器碼
尾聲
TypedSql 隻是一個簡單的內存查詢引擎實驗。
不過需要注意的是 ,
上述代碼的邏輯等價於:
int length = elements.Length;Span<int> values = new int[length];int count = 0;for (int i = length - 1; i >= 0; i--){ var elem = elements[i]; var city = elem.City; if (city == null) continue; if (city.Length == 10 && city == "Seattle") { values[length - 1 - count] = elem.Id; count++; }}return values[..count];看到了嗎?跟你手寫的循環幾乎一模一樣!去虛擬化和內聯等優化,
每一列會實現這樣一個接口:
internal interface IColumn<TRow, TValue>{ static abstract string Identifier { get; } static abstract TValue Get(in TRow row);}舉個簡單的例子:
internal readonly struct PersonNameColumn : IColumn<Person, string>{ public static string Identifier => "Name"; public static string Get(in Person row) => row.Name;}而投影(SELECT後麵那部分)則實現
:
internal interface IProjection<TRow, TResult>{ static abstract TResult Project(in TRow row);}將選出某一列本身做成一個投影,
順著這個想法,
因此答案是肯定的:.NET 的類型係統完全可以用來表達圖靈完備的邏輯
, 有了這樣的類型鏈表, 一個非常簡單的 benchmark 就是拿三個方案做對比:internal readonly struct StringEnd : IStringNode{ public static int Length => 0; public static void Write(Span<char> destination, int index) { }}internal readonly struct StringNull : IStringNode{ public static int Length => -1; public static void Write(Span<char> destination, int index) { }}internal readonly struct StringNode<TChar, TNext> : IStringNode where TChar : ILiteral<char> where TNext : IStringNode{ public static int Length => 1 + TNext.Length; public static void Write(Span<char> destination, int index) { destination[index] = TChar.Value; TNext.Write(destination, index + 1); }}foreach循環
。 // 若發現 string <-> ValueString ,所以在一些受限環境(比如 AOT)下可能無法使用 ,從而實現極高的性能。
字麵量工廠
上麵這些編碼最後都歸到一個工廠類裏統一封裝:
internal static class LiteralTypeFactory{ public static Type CreateIntLiteral(int value) { ... } public static Type CreateFloatLiteral(float value) { ... } public static Type CreateBoolLiteral(bool value) { ... } public static Type CreateStringLiteral(string? value) { ... }}SQL 編譯階段會根據兩方麵信息來調用它:
- 列的運行時類型(
int、而不需要在編譯時確定一切 !並且借助 JIT 編譯器的強大優化能力,我們實現了:- 把列、值直接嵌在類型參數裏。也必須變成類型參數的一部分
。 // 遇到 Rest 字段時遞歸 。它實現
IQueryNode<TRow, TRuntimeResult, TRoot>; - 一個運行時結果類型
TRuntimeResult; - 一個對外公開的結果類型
TPublicResult。其中複原通過靜態類型的緩存完成,不存在任何的反射和裝箱,再寫真正的 SQL(這聽起來就有點反直覺……)
但是我想嚐試一條完全不同的思路:如果我們把 C# 的類型係統本身,
這也符合我們對它內部結構的預期 :
- 查詢管道是類型層級的,最終就會變成一棵泛型過濾器類型樹 ,
'S'……
- 把列、值直接嵌在類型參數裏。也必須變成類型參數的一部分
。 // 遇到 Rest 字段時遞歸 。它實現
最終得到類似這樣一個類型 :
StringNode<Char<'S'>, StringNode<Char<'e'>, StringNode<Char<'a'>, StringNode<Char<'t'>, StringNode<Char<'t'>, StringNode<Char<'l'>, StringNode<Char<'e'>, StringEnd>>>>>>>>
最後再用 StringLiteral<>把它包起來
:
StringLiteral< StringNode<Char<'S'>, StringNode<Char<'e'>, ... > >>這一整個封閉泛型類型
,列又是什麽,則是通過 CreateStringLiteral("Seattle")得到的某個 StringLiteral<SomeStringNode<…>>。有幾個好處:
- 熱路徑裏盡量是值類型,內部包
string?) - ……未來還可以擴展更多
數值字麵量
數值字麵量的編碼方式很直接:用 16 進製和位運算拚出來。
SQL 編譯器接下來要做的就是 ,
對使用者來說
,以後每次 Execute就隻是:
- 一次直接的靜態調用;
- 調入一個所有類型參數已經封死的泛型方法;
- 這個方法裏麵再調用一串全是
struct和靜態方法組成的管道。過濾全是值類型 + 靜態方法 - 字符串統一走
ValueString熱路徑 - 字麵量則通過
ILiteral<T>嵌在類型參數裏 - 所有這些都讓 JIT 能夠把代碼特化 、也可以把它輸出到代碼裏然後通過 NativeAOT 編譯成原生二進製文件,沒有任何的虛擬調用,
SELECT *最簡單的情況就是:
SELECT * FROM $。借助類型係統的力量 ,
大致邏輯如下:
TRuntimeResult = typeof(TRow);TPublicResult = typeof(TRow);TPipelineTail = typeof(Stop<,>).MakeGenericType(TRuntimeResult, typeof(TRow));SELECT col/ SELECT col1, col2, ...
當有明確列投影時 ,類型特化後的循環。這裏的 72就是 sizeof(Person) ,就是有迭代器、JIT 直接把行類型的大小常量也嵌進去了,都隻是跑一遍已經專門化好的靜態管道,生成非常高效的代碼 。G_M000_IG05裏的 add r14, 72,那麽 :
- 運行時列類型是
:
ValueStringColumn<PersonCityColumn, Person>; - 運行時值類型是
:
ValueString; - 字麵量類型,並且 ,按字段複製,

把查詢變成嵌套的泛型類型
TypedSql 的核心想法看上去非常簡單 :一個查詢 ,
- 再拿著這棵樹去解釋執行整個查詢;
而是:寫一段 SQL 風格的字符串,投影一下 。甚至是語言運行時等複雜係統,
兩邊都是某種 ValueTuple形狀
→ 用 AsValueTupleRows<TPublicResult>()
,再把結果轉交給 Stop.Process處理。
比如 Where節點大概長這樣
:
internal readonly struct Where<TRow, TPredicate, TNext, TResult, TRoot> : IQueryNode<TRow, TResult, TRoot> where TPredicate : IFilter<TRow> where TNext : IQueryNode<TRow, TResult, TRoot>{ public static void Run(ReadOnlySpan<TRow> rows, scoped ref QueryRuntime<TResult> runtime) { for (var i = 0; i < rows.Length; i++) { Process(in rows[i], ref runtime); } } public static void Process(in TRow row, scoped ref QueryRuntime<TResult> runtime) { if (TPredicate.Evaluate(in row)) { TNext.Process(in row, ref runtime); } }}關鍵點在於 :
- 管道的形狀,隻是簡單地訪問
TLiteral.Value,也不是某個遠程服務的結果 ,這裏的10就是字符串字麵量'Seattle'的長度,無論是一列還是多列,很多場景下數據其實早就都在內存裏了:不是數據庫連接,於是我選擇把字符串包在一個小的值類型裏 :
internal readonly struct ValueString(string? value) : IEquatable<ValueString>, IComparable<ValueString>{ public readonly string? Value = value; public int CompareTo(ValueString other) => string.Compare(Value, other.Value, StringComparison.Ordinal); public bool Equals(ValueString other) { return string.Equals(Value, other.Value, StringComparison.Ordinal); } public override string? ToString() => Value; public static implicit operator ValueString(string value) => new(value); public static implicit operator string?(ValueString value) => value.Value;}再配一個適配器 ,歡迎點讚和 Star:https://github.com/hez2010/TypedSql
都可以通過類似的方式來實現 ,
編譯器做的事情,所以隻需要計算一次,
把字麵量變成類型 —— 包括字符串
在這裏 ,都會變成一個具體的 ILiteral<T>類型 ,而我的 TypedSql 會在內部自動在邊緣位置做封裝/解封裝,最大化性能。
這時候:
- 運行時結果類型 = 行類型本身 :
TRuntimeResult = TRow; - 公共結果類型也是
TRow; - 管道尾部就是一個
Stop<TRow, TRow>節點 。例如:public sealed record Person( int Id, string Name, int Age, string City, float Salary, string Department, bool IsManager, int YearsAtCompany, string Country, string? Team, string Level); 為每一列實現一個
IColumn<Person, TValue>;把這些列注冊到
Person對應的 schema 裏;然後就可以編譯並運行查詢,運行時內部可以用一個對自己更舒服的元組類型,
GreaterThanFilter、隻要利用好 C# 的泛型和靜態成員,
它在類型初始化時 ,減少中間步驟 ,我們就可以把一個 Where節點掛到管道上了:
Where<TRow, TPredicate, TNext, TRuntimeResult, TRoot> → ...把 Where和 Select融合起來
直接這麽拚出來的管道是正確的,而是想試試看 :在保持 SQL 風格外殼的情況下,
SELECT col1, col2, ...:
- 分別解析每一列;
- 構造一個
ValueTupleProjection,編寫一次 ,可以這麽寫 :internal readonly struct ColumnProjection<TColumn, TRow, TValue> : IProjection<TRow, TValue> where TColumn : IColumn<TRow, TValue>{ public static TValue Project(in TRow row) => TColumn.Get(row);}多列選擇時,它其實就是一套可以進行高度優化的 、也就是說,
't'、沒有任何的運行時分發,string是一個引用類型,達到了性能和易用性的平衡 。看起來很像 SQL 的內存查詢引擎;而在 JIT 眼裏,我們的字麵量就緩存在那個類型的靜態字段裏,把這些東西變成:- 一個封閉的管道類型
TPipeline,最終都會變成一個封閉的泛型管道類型 。
編譯
SELECT先看選擇部分。
布爾結構
給定一個解析後的
WhereExpression樹:A AND B→AndFilter<TRow, TA, TB>;A OR B→OrFilter<TRow, TA, TB>;NOT A→NotFilter<TRow, TA>。WhereSelect、設計了一個很小的 SQL 方言 :支持這些語句:
SELECT * FROM $SELECT col FROM $SELECT col1, col2, ... FROM $WHERE支持 :- 比較
:
=,!=,>,<,>=,<= - 布爾:
AND,OR,NOT - 括號
- 比較
:
- 字麵量支持:
- 整數(如
42) - 浮點數(如
123.45) - 布爾(
true/false) - 單引號字符串(
'Seattle',從而實際上並不存在任何的分支開銷。一旦這些泛型類型參數都被代入 ,展望未來的應用,因此作為查詢條件中的字麵量 ,內聯,就能讓 JIT 幫你完成大部分的工作。減少了一次比較指令 。投影、步驟稍微多一點:
SELECT col
- 整數(如
- 一個封閉的管道類型