TrivialDB - 一个简单的SQL引擎

TrivialDB是一个简单的数据库管理系统，我们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，我们支持任意长度的VARCHAR类型。

项目地址是 https://github.com/miskcoo/TrivialDB ，这是这学期一门课程的大作业。

Contents

编译及运行

你需要有支持C++11特性的编译器，以及Bison和Flex两个库。本项目通过CMake来构建，在根目录运行

ccmake .

进行编译选项的设置，之后运行

cmake .
make -j8

进行项目的编译，编译后的可执行程序在 build/trivial_db 目录下。

编译后可以选择在 testcase 目录下运行 python3 run_test.py 运行测试程序。

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

我们支持的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。我们所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<=, <, =, >, >=, <>。
• 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

我们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

我们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;