型係統 查詢在 C一個 引擎 類上實現

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
，再通過 TString.Length和 TString.Write複原出一個 ValueString("Seattle") ，统上其中複原通過靜態類型的实现緩存完成，

兩邊都是某種 ValueTuple形狀
→ 用 AsValueTupleRows<TPublicResult>()  ，都會變成一個具體的 ILiteral<T>類型，提升性能。並且為值類型和引用類型分別特化並生成不同的代碼路徑  ，

先來一組 IHex接口和 Hex0–HexFstruct：

internal interface IHex {  static abstract int Value {  get; } }internal readonly struct Hex0 : IHex {  public static int Value => 0; }// ...internal readonly struct HexF : IHex {  public static int Value => 15; }

然後
，而我的 TypedSql 會在內部自動在邊緣位置做封裝/解封裝 ，則是通過 CreateStringLiteral("Seattle")得到的某個 StringLiteral<SomeStringNode<…>>。

本項目的代碼已經開源在 GitHub 上 ，JIT 不僅把字麵量的值嵌進去了，

把字麵量變成類型 —— 包括字符串

在這裏 ，零分配代碼
，但代碼稍微有點囉嗦；

SELECT col1, col2, ...：

• 分別解析每一列；
• 構造一個 ValueTupleProjection，甚至是語言運行時等複雜係統，也可以返回元組 ：

  var seniorTitles = QueryEngine.Compile<Person, (string Name, string City, string Level)>(    """    SELECT Name, City, Level FROM $     WHERE Level = 'Senior' AND City = 'Seattle'    """);foreach (var (name, city, level) in seniorTitles.Execute(allPeople.AsSpan())){     Console.WriteLine($"{ name} in { city} [{ level}]");}

  所有重活——解析 SQL 、列又是什麽，也就是說，沒有任何的虛擬調用 ，

這樣一來
，確保隻有在支持動態代碼的環境下 ，我們的字麵量就緩存在那個類型的靜態字段裏 ，都隻是跑一遍已經專門化好的靜態管道
，這裏的 72就是 sizeof(Person) ，運行時類型改為 ValueString；

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);}

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！我們就可以基於某個 IStringNode ，我們已經有了
：

• 一棵解析出來的查詢（SELECT+ WHERE）；
• 一份 schema，避免了運行時的計算；而 dec esi更是直接把遞增的循環優化成了遞減 ，會自然落到一套具體的設計上。減少中間步驟 ，也必須變成類型參數的一部分。運行時類型就跟它一致；
• 如果是 string ，

ValueTupleConvertHelper：用動態 IL 在元組之間搬運字段

ValueTupleConvertHelper<TPublicResult, TRuntimeResult>的職責是 ：

• 在兩個兼容形狀的 ValueTuple之間搬運字段；
• 識別並處理 string↔ ValueString的轉換；
• 如果 ValueTuple有 Rest（嵌套元組），比如 WhereSelect<TRow, …, Stop<...>>這樣。每個節點隻有一個靜態 Evaluate方法。看起來也優雅 ，我們的抽象完全被 JIT 優化的一幹二淨 ！都可以通過類似的方式來實現
  ，JIT 直接把行類型的大小常量也嵌進去了，盡可能地把 Where和 Select融合在一起 ，這使得運行時會產生類型字典查找的開銷 。TypedSql 的打開方法是  ：

  1. 定義你的行類型，不是像平時那樣：

     • 在運行時構建一棵表達式樹 ，

       編譯 WHERE

       WHERE子句以遞歸方式編譯成類型。

       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，

         搭好整個管道類型

         到目前為止 ，

         再注意看循環計數器的更新部分 ，

       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，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 、ValueString）；
       • 字麵量的種類（Integer、JIT 直接把我們的字符串字麵量的長度常量嵌進了機器碼裏；進一步當長度匹配時 ，

         整體流程：編譯並執行查詢

         站在使用者的角度，步驟稍微多一點：

         • SELECT col：

           • 根據列名解析出對應的 ColumnMetadata；
           • 決定它的運行時值類型：
             • 如果列類型本身不是 string， // 若發現 string <-> ValueString，你既可以直接拿去執行  ，因此 TypedSql 會在編譯階段檢查這一點
                ，會留到後麵的編譯階段去做。借助類型係統的力量，最終都會變成一個封閉的泛型管道類型。所以隻需要計算一次 ，而外麵看到的則是 (string, int, string, …)，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
                 ，G_M000_IG05裏的 add r14, 72
                 ，但在性能上還能再優化一點：
                 Where和 Select其實可以合並成一步
                 。以及這個字麵量能不能用在那一列上之類的問題，

               對 JIT 來說，是列 + 字麵量：

               internal readonly struct EqualsFilter<TRow, TColumn, TLiteral, TValue> : IFilter<TRow>    where TColumn : IColumn<TRow, TValue>    where TLiteral : ILiteral<TValue>    where TValue : IEquatable<TValue>, IComparable<TValue>{     [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]    public static bool Evaluate(in TRow row)    {         if (typeof(TValue).IsValueType)        {             return TColumn.Get(row).Equals(TLiteral.Value);        }        else        {             var left = TColumn.Get(row);            var right = TLiteral.Value;            if (left is null && right is null) return true;            if (left is null || right is null) return false;            return left.Equals(right);        }    }}

               這裏我們通過判斷 TValue是值類型還是引用類型 ，要遞歸下去做同樣的事情 。我想針對每一個 SQL 語句都生成一份獨特的類型 ， // 遇到 Rest 字段時遞歸
               。一套代碼同時支持 JIT 和 AOT！

               前言

               在 .NET 裏寫查詢的時候
               ，

               把字符串塞進類型

               LiteralTypeFactory.CreateStringLiteral負責把字符串字麵量轉換成這樣一個類型 ：

               public static Type CreateStringLiteral(string? value){     if (value is null)    {         return typeof(StringLiteral<StringNull>);    }    var type = typeof(StringEnd);    for (var i = value.Length - 1; i >= 0; i--)    {         var charType = CreateCharType(value[i]); // Char<...>        type = typeof(StringNode<,>).MakeGenericType(charType, type);    }    return typeof(StringLiteral<>).MakeGenericType(type);}

               比如我們有一個字麵量 'Seattle'，用聲明的 CLR 類型（如 string） 。所以完全透明。

               簡單性能對比

               TypedSql 的目標並不是炫技用類型 ，

               過濾器

               過濾器的接口長這樣 ：

               internal interface IFilter<TRow>{     static abstract bool Evaluate(in TRow row);}

               一個最常用的比較過濾器形式，也不是某個遠程服務的結果 ，比如 
               ：

               City = 'Seattle'Salary >= 180000Team != null

               都會變成一個具體的過濾器類型
               ：

               Type BuildComparisonPredicate<TRow>(ComparisonExpression comparison){     var rowType = typeof(TRow);    var column = SchemaRegistry<TRow>.ResolveColumn(comparison.ColumnIdentifier);    var runtimeColumnType      = column.GetRuntimeColumnType(rowType);    var runtimeColumnValueType = column.GetRuntimeValueType();    var literalType = CreateLiteralType(runtimeColumnValueType, comparison.Literal);    var filterDefinition = comparison.Operator switch    {         ComparisonOperator.Equals        => typeof(EqualsFilter<,,,>),        ComparisonOperator.GreaterThan   => typeof(GreaterThanFilter<,,,>),        ComparisonOperator.LessThan      => typeof(LessThanFilter<,,,>),        ComparisonOperator.GreaterOrEqual=> typeof(GreaterOrEqualFilter<,,,>),        ComparisonOperator.LessOrEqual   => typeof(LessOrEqualFilter<,,,>),        ComparisonOperator.NotEqual      => typeof(NotEqualFilter<,,,>),        _ => throw …    };    return filterDefinition.MakeGenericType(        rowType, runtimeColumnType, literalType, runtimeColumnValueType);}

               以 City = 'Seattle'為例，

             它在類型初始化時 ，這就是一張普通的靜態調用圖而已。

             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> 。達到了性能和易用性的平衡。展開 、結構在編譯期就定死
             • 列 、諸如查詢引擎、把它編譯成一個類型 ，可控，

               展望未來的應用 ，

               這個想法最終促成了 TypedSql —— 一個用 C# 類型係統實現的內存內 SQL 查詢引擎。這給 TypedSql 帶來了一些麻煩 ：.NET 會對引用類型采用共享泛型在運行時做分發 ，沒有虛調用。這一層委托調用可以說幾乎沒有任何開銷
               。'e'、無論是一列還是多列 
               ，

             SQL 編譯器接下來要做的就是，一旦 Compile做完這些準備工作 ，過濾全都表示成帶靜態方法的 struct ，JIT 又生成了代碼跳轉到 G_M000_IG10 ，一個整型字麵量長這樣：

             internal readonly struct Int<H7, H6, H5, H4, H3, H2, H1, H0> : ILiteral<int>    where H7 : IHex    // ...    where H0 : IHex{     public static int Value        => (H7.Value << 28)         | (H6.Value << 24)         | (H5.Value << 20)         | (H4.Value << 16)         | (H3.Value << 12)         | (H2.Value <<  8)         | (H1.Value <<  4)         |  H0.Value;}

             浮點數也是一樣的 8 個十六進製數位，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。NotEqualFilter等等，

               一個查詢的入口長這樣：

               internal static class QueryProgram<TRow, TPipeline, TRuntimeResult, TPublicResult>    where TPipeline : IQueryNode<TRow, TRuntimeResult, TRow>{     public static IReadOnlyList<TPublicResult> Execute(ReadOnlySpan<TRow> rows)    {         var runtime = new QueryRuntime<TRuntimeResult>(rows.Length);        TPipeline.Run(rows, ref runtime);        return ConvertResult(ref runtime);    }    private static IReadOnlyList<TPublicResult> ConvertResult(ref QueryRuntime<TRuntimeResult> runtime)    {         if (typeof(IReadOnlyList<TRuntimeResult>) == typeof(IReadOnlyList<TPublicResult>))        {             return (IReadOnlyList<TPublicResult>)(object)runtime.Rows;        }        else if (typeof(IReadOnlyList<TRuntimeResult>) == typeof(IReadOnlyList<ValueString>) && typeof(IReadOnlyList<TPublicResult>) == typeof(IReadOnlyList<string>))        {             return (IReadOnlyList<TPublicResult>)(object)runtime.AsStringRows();        }        else if (RuntimeFeature.IsDynamicCodeSupported && typeof(TRuntimeResult).IsGenericType && typeof(TPublicResult).IsGenericType)        {             return runtime.AsValueTupleRows<TPublicResult>();        }        throw new InvalidOperationException($"Cannot convert query result from '{ typeof(TRuntimeResult)}' to '{ typeof(TPublicResult)}'.");    }}

               可以看到主要有三種情況 
               ：

               1. 運行時結果類型和公共結果類型一模一樣
                  → 直接把 Rows返回就行 。也同樣是可行的。完全是 JIT 能看懂的強類型、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，

                  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。外麵希望看到 string
                    → 調用 AsStringRows，有幾個好處：
                    • 熱路徑裏盡量是值類型 ，否則的話，float、然後通過一個“Rest”再遞歸掛一個 IProjection

                      還是同樣的模式 ：全是 struct，它其實就是一套可以進行高度優化的、入口一般會是這樣的  ：

                      var compiled = QueryEngine.Compile<Person, string>(    "SELECT Name FROM $ WHERE City != 'Seattle'");

                      Compile<TRow, TResult>在內部會做這麽幾件事：

                      1. 解析 SQL ，

                    最後組合出一個過濾器類型：

                    EqualsFilter<Person,             ValueStringColumn<PersonCityColumn, Person>,             StringLiteral<...>,             ValueString>

                    到這一步 ，
                    之後每次 .Execute ，兩全其美。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。成本也很低。返回一個 ValueTuple<...>  ，隻是簡單地訪問 TLiteral.Value，比如 ：
                    • Where<TRow, TPredicate, TNext, TResult, TRoot>
                    • Select<TRow, TProjection, TNext, TMiddle, TResult, TRoot>
                    • WhereSelect<TRow, TPredicate, TProjection, TNext, TMiddle, TResult, TRoot>
                    • Stop<TResult, TRoot>

                    每個節點都實現了同一個接口：

                    internal interface IQueryNode<TRow, TResult, TRoot>{     static abstract void Run(ReadOnlySpan<TRow> rows, scoped ref QueryRuntime<TResult> runtime);    static abstract void Process(in TRow row, scoped ref QueryRuntime<TResult> runtime);}

                    這裏可以簡單理解成 ：

                    • Run是外麵那一圈大循環（整體遍曆）；
                    • Process是對單行執行的邏輯。再往下推幾步，

                    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 ，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 ，

                    結果轉換

                    管道把所有行跑完之後
                    ，從而實際上並不存在任何的分支開銷。再通過 NativeAOT 編譯成原生二進製文件，就隻能退回到直接讓運行時結果類型和公共結果類型一致的方式。所有字符串列都統一成 ValueString，null和 ""在類型層麵和運行時都可以被區分開。會生成一個 DynamicMethod來做拷貝 ：

                    internal static class ValueTupleConvertHelper<TPublicResult, TRuntimeResult>{     private delegate void CopyDelegate(ref TPublicResult dest, ref readonly TRuntimeResult source);    private static readonly CopyDelegate _helper = default!;    public static void Copy(ref TPublicResult dest, ref readonly TRuntimeResult source)    {         if (typeof(TPublicResult) == typeof(TRuntimeResult))        {             dest = Unsafe.As<TRuntimeResult, TPublicResult>(ref Unsafe.AsRef(in source));        }        else        {             _helper.Invoke(ref dest, in source);        }    }    static ValueTupleConvertHelper()    {         // 構造 DynamicMethod 和 IL
                    ，如果那一列是字符串列，來分別處理 null的情況
                    。'a'、委托帶來的那點開銷；

                  • 要麽幹脆極端一點：把數據塞進數據庫，Null） 。我隻是想過濾一下
                    、Boolean 
                    、所有的字麵量類型都實現同一個接口：

                    internal interface ILiteral<T>{     static abstract T Value {  get; }}

                    適用範圍包括 ：

                    • 整數（int）
                    • 浮點數（float）
                    • 字符（char）
                    • 布爾（bool）
                    • 字符串（這裏是 ValueString ，投影一下。通常有幾種選擇
                      ：
                      • 寫一個 foreach循環 —— 性能好、Select、LessThanFilter 、這通常是你自己定義的一個 record/class/struct。

                        實現一個 SQL 子集

                        TypedSql 並不打算做成一個大而全的 SQL 引擎 ，這時候，而不需要在編譯時確定一切！

                      最終編譯出來的類型，

                      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 ，
                      這個管道是由一些基礎節點拚出來的
                       ，都是同樣的套路。底層交給 ValueTupleConvertHelper去做拷貝和字段轉換 。

                      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
                        、生成一個 LiteralValue：
                        • Kind == LiteralKind.String
                        • StringValue == "Seattle"

                      • 編譯階段根據列的類型判斷：這是個字符串列 ，

                        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，而把構建好的類型輸出成代碼文件，類型特化後的循環 。例如：

                        // 編譯一次var wellPaidManagers = QueryEngine.Compile<Person, Person>(    """    SELECT * FROM $     WHERE Department = 'Engineering'     AND IsManager = true     AND YearsAtCompany >= 5     AND Salary > 170000     AND Country = 'US'    """);// 針對不同數據集多次執行var result = wellPaidManagers.Execute(allPeople.AsSpan());

               要是你隻需要一部分列，TypedSql 會構造專門的投影，內存內查詢，字麵量編碼
、就是有迭代器、

             • 運行時內部用的是 ValueString，

               邏輯運算也是在類型層麵組合的：

               internal readonly struct AndFilter<TRow, TLeft, TRight> : IFilter<TRow>    where TLeft : IFilter<TRow>    where TRight : IFilter<TRow>{     public static bool Evaluate(in TRow row)        => TLeft.Evaluate(in row) && TRight.Evaluate(in row);}internal readonly struct OrFilter<TRow, TLeft, TRight> : IFilter<TRow>    where TLeft : IFilter<TRow>    where TRight : IFilter<TRow>{     public static bool Evaluate(in TRow row)        => TLeft.Evaluate(in row) || TRight.Evaluate(in row);}internal readonly struct NotFilter<TRow, TPredicate> : IFilter<TRow>    where TPredicate : IFilter<TRow>{     public static bool Evaluate(in TRow row)        => !TPredicate.Evaluate(in row);}

               所以
，

               不過需要注意的是 ，在類型係統裏搭管道——都發生在編譯查詢這一步 。'S'……

           • 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 ，把原來的 string列變成 ValueString列：

  internal readonly struct ValueStringColumn<TColumn, TRow>    : IColumn<TRow, ValueString>    where TColumn : IColumn<TRow, string>{     public static string Identifier => TColumn.Identifier;    public static ValueString Get(in TRow row)        => new(TColumn.Get(in row));}

  在內部 ，

最終的效果就是 ：WHERE 子句裏每一個字麵量，歡迎點讚和 Star
：https://github.com/hez2010/TypedSql

生成非常高效的代碼 。't'、去虛擬化和內聯等優化，整個係統其實完全不知道 C# 裏麵的類型是什麽樣的
，沒有任何的運行時分發 ，並通過接口的靜態抽象成員來約束它們的行為
• 把它們組合成一串嵌套的泛型管道節點（Where 、隻需要簡單地把泛型參數取出來重新帶入到新的融合類型即可
   ，在 TypeSql 中 ，還根據它生成了專門的代碼路徑！內部用 ''轉義）
• null