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GKD-BASE PL／SQL引擎實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)研究
摘要：在數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)GKD-BASE上設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了兼容Oracle PL／SQL V2．3語(yǔ)言規(guī)范的PL／SQL引擎，擴(kuò)展了GKD-BASE過程處理功能。關(guān)鍵詞：過程語(yǔ)言PL／SQL符號(hào)表 游標(biāo)
GKD-BASE數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，具有兼容SQL89標(biāo)準(zhǔn)的SQL引擎，能夠?yàn)橛脩籼峁┮粋�(gè)統(tǒng)一、有效的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的各種操作。但是SQL語(yǔ)言缺乏對(duì)算法的描述能力，難以勝任復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)。為了融合SQL語(yǔ)言強(qiáng)大的集合數(shù)據(jù)處理能力和第三代語(yǔ)言(3GL)靈活的過程處理能力，主流數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)產(chǎn)品都已提供了對(duì)過程式SQL語(yǔ)言的支持，如Oracle的PL／SQL［1］。為了使GKD-BASE適應(yīng)發(fā)展現(xiàn)狀，滿足管理人員和開發(fā)人員的需求，急需開發(fā)GKD-BASE自身的PL／SQL引擎。
本文在數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)GKD-BASE上設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了兼容Oracle PL／SQL V2．3語(yǔ)言規(guī)范的PL／SOL引擎，擴(kuò)展了GKD-BASE過程處理功能。
1 GKD-BASE PL／SQL引擎的體系結(jié)構(gòu)
GKD-BASE PL／SQL引擎的基本功能是將用戶用PL／SQL語(yǔ)言編寫的程序通過詞法分析程序、語(yǔ)法分析程序進(jìn)行解析，生成中間代碼并解釋執(zhí)行。如果在分析階段或解釋執(zhí)行階段發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則向用戶報(bào)告錯(cuò)誤號(hào)及相應(yīng)的錯(cuò)誤信息，以便用戶排錯(cuò)［2］。根據(jù)PL／SQL語(yǔ)言兼有過程式語(yǔ)句和SQL語(yǔ)句的特點(diǎn)，采取分治策略，把過程語(yǔ)句和SQL語(yǔ)句分開處理。PL／SQL引擎在對(duì)PL／SQL源程序編譯執(zhí)行時(shí)，首先進(jìn)行預(yù)處理，把SQL語(yǔ)句和過程語(yǔ)句分開；然后對(duì)SQL語(yǔ)句和過程語(yǔ)句分別解析，生成語(yǔ)法樹；最后通過執(zhí)行模塊對(duì)中間代碼進(jìn)行解釋執(zhí)行。
圖1
GKD-BASE PL／SQL引擎對(duì)源程序編譯生成中間代碼，不能直接在目標(biāo)機(jī)器上執(zhí)行，需要一個(gè)解釋中間代碼的環(huán)境，以提供對(duì)PL／SQL語(yǔ)言中的數(shù)據(jù)類型的支持，保證PL／SQL正確執(zhí)行。因此GKD-BASE PL／SQL引擎可分為編譯器和解釋器兩部分，如圖1。編譯器接收到PL／SQL語(yǔ)句塊后進(jìn)行預(yù)處理，將句子分為SQL語(yǔ)句和過程語(yǔ)句。對(duì)于SQL語(yǔ)句，編譯器建立SQL語(yǔ)句節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行相應(yīng)的變量綁定和語(yǔ)法檢查；檢查無誤后產(chǎn)生中間代碼。對(duì)于過程語(yǔ)句，編譯器對(duì)語(yǔ)句成分進(jìn)行語(yǔ)法分析并建立相應(yīng)的符號(hào)表，也生成中間代碼。因此，可以把編譯器劃分為SQL語(yǔ)言解析、過程語(yǔ)言解析、符號(hào)表生成與管理、中間代碼表示與管理等模塊。解釋器的作用是對(duì)編譯器生成的中間代碼進(jìn)行解釋執(zhí)行［3］，與編譯器對(duì)應(yīng)，具有獨(dú)立的SQL語(yǔ)句解釋模塊和過程語(yǔ)句解釋模塊。解釋器還包括執(zhí)行狀態(tài)堆棧的管理、與GKD-BASESQL引擎的調(diào)用接口。異常處理模塊主要實(shí)現(xiàn)程序運(yùn)行時(shí)的錯(cuò)誤檢查和報(bào)告，并支持用戶自定義異常和預(yù)定義異常的檢查和處理。
2 GKD-BASE PL／SQL編譯器實(shí)現(xiàn)中的一些關(guān)鍵問題
GKD-BASE PL／SQL編譯器主要是對(duì)PL／SQL源程序進(jìn)行詞法分析、語(yǔ)法分析和語(yǔ)義處理［4］。本文借助構(gòu)建詞法分析器的Lex和編譯程序自動(dòng)產(chǎn)生工具Yacc［5］，實(shí)現(xiàn)了對(duì)PL／SQL源程序的編譯。下面分別說明符號(hào)表的設(shè)計(jì)與管理、SQL語(yǔ)句解析以及游標(biāo)解析。
2．1 符號(hào)表的設(shè)計(jì)與管理
符號(hào)表是一個(gè)包含程序中的變量、自定義類型和函數(shù)信息的數(shù)據(jù)庫(kù)。通過索引對(duì)應(yīng)于庫(kù)中的一條記錄；每條記錄對(duì)應(yīng)著一個(gè)對(duì)象的信息，如變量的類型或函數(shù)的返回值等［2］。
考慮到PL／SQL語(yǔ)言的塊結(jié)構(gòu)和名字作用域，可以使用名字堆棧存放源程序中所使用的標(biāo)志符的索引、名字和類型。每個(gè)項(xiàng)目只包括名字本身和用來表明它的類型的標(biāo)志值，以及該名字在符號(hào)表中的項(xiàng)目索引。名字堆棧采用層次結(jié)構(gòu)，是鏈表型的堆棧，堆棧的每一層存放了解析的語(yǔ)句塊嵌套層內(nèi)的所有名字信息，如圖2。在進(jìn)入或退出一個(gè)嵌套層時(shí)調(diào)用相應(yīng)的壓棧和彈棧操作；查找符號(hào)時(shí)，從棧頂向棧底搜索。名字堆棧實(shí)現(xiàn)了標(biāo)志符名稱與相應(yīng)的符號(hào)表索引間的映射，解決了標(biāo)志符的作用域問題和可見性問題，滿足了對(duì)符號(hào)表管理和調(diào)用的要求。
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2．2 SQL語(yǔ)句的解析
為了避免SQL語(yǔ)句在執(zhí)行時(shí)出現(xiàn)語(yǔ)法錯(cuò)誤，需要提前檢查其語(yǔ)法的正確性。SQL語(yǔ)句是面向集合的數(shù)據(jù)操作語(yǔ)言，只能交由SQL引擎處理。但是PL／SQL語(yǔ)言為了增強(qiáng)SQL語(yǔ)句與過程式語(yǔ)句的交互能力，在SQL語(yǔ)句中引入變量，GKD-BASE的SQL引擎無法識(shí)別，必須在提交之前提取出變量，替換為SQL引擎可以識(shí)別的格式。如：SELECT empno，name INTO v_empno， v_name FROM empWHERE birthday=v_date；
這個(gè)SELECT語(yǔ)句首先把變量v_date綁定到列名birthday，然后根據(jù)條件查出相應(yīng)的結(jié)果 (empno，name)，并賦值給預(yù)先定義的變量(v_empno，v_name)。對(duì)于GKD-BASE的SQL引擎來說，只能識(shí)別出如下格式的SELECT語(yǔ)句：
SELECT empno，name INTO：v_empno，：v_nameFROM emp WHERE birthday=：1；
在把SQL語(yǔ)句交由GKD-BASE SQL引擎處理之前，識(shí)別出變量v_empno、v_name及v_date進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，在into之后的變量前面添加“：”，where后面的變量用帶有冒號(hào)的數(shù)字序號(hào)代替，構(gòu)造出符合SQL引擎要求的語(yǔ)句；完成這些處理之后，把新的語(yǔ)句作為字符串交由SQL引擎進(jìn)行語(yǔ)法分析，檢查這條語(yǔ)句的語(yǔ)法是否正確，以及語(yǔ)句中的變量與對(duì)應(yīng)的列是否匹配；最后返回結(jié)果，報(bào)錯(cuò)或者生成語(yǔ)法樹。
2．3 游標(biāo)的解析
游標(biāo)是指向內(nèi)存中上下文區(qū)的句柄或指針。借助于游標(biāo)，PL／SQL程序可以控制上下文區(qū)和語(yǔ)句處理過程中游標(biāo)的變化。PL／SQL游標(biāo)按使用方式可以分為顯式游標(biāo)和隱式游標(biāo)。
顯式游標(biāo)的使用包括聲明游標(biāo)、打開游標(biāo)、游標(biāo)檢索、關(guān)閉游標(biāo)四個(gè)步驟。編譯游標(biāo)聲明語(yǔ)句時(shí)，首先調(diào)用SQL引擎分析SQL語(yǔ)句成分，轉(zhuǎn)換為SQL引擎可以識(shí)別的格式，把游標(biāo)的索引信息加入名字堆棧和符號(hào)表中。游標(biāo)打開操作在名字堆棧中搜索游標(biāo)名字，獲取聲明階段在符號(hào)表保存的相關(guān)信息并加入到語(yǔ)法樹中。游標(biāo)檢索語(yǔ)句的編譯首先獲取游標(biāo)的符號(hào)表的信息；然后關(guān)聯(lián)游標(biāo)中SQL語(yǔ)句的信息和取值變量鏈表的信息，檢查游標(biāo)變量與游標(biāo)引用列是否匹配；最后保存相關(guān)信息，加入語(yǔ)法樹。游標(biāo)的關(guān)閉操作釋放資源并把游標(biāo)狀態(tài)初始化，把游標(biāo)在符號(hào)表中的信息保存并加入語(yǔ)法樹。
隱式游標(biāo)一般用于對(duì)DML語(yǔ)句的處理。每條DML語(yǔ)句對(duì)應(yīng)于一個(gè)隱式游標(biāo)，編譯時(shí)可以作為一般的SQL語(yǔ)句來處理，直接調(diào)用GKD-BASE的SQL引擎對(duì)其進(jìn)行編譯。這些語(yǔ)句的游標(biāo)處理是由SQL引擎自動(dòng)完成的，不需要PL/SQL引擎對(duì)干涉。
圖3
3 GKD-BASE PL/SQL解釋器實(shí)現(xiàn)中的一些關(guān)鍵問題
解釋器實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問題有語(yǔ)句的執(zhí)行、執(zhí)行狀態(tài)堆棧的設(shè)計(jì)以及返回值的處理。
對(duì)于語(yǔ)句的執(zhí)行，可分為SQL語(yǔ)句執(zhí)行和過程語(yǔ)句執(zhí)行兩部分，根據(jù)語(yǔ)法樹上相應(yīng)節(jié)點(diǎn)分別編寫函數(shù)來完成解釋任務(wù)。這些函數(shù)例程之間也是樹狀的層次調(diào)用結(jié)構(gòu)，樹根的解釋執(zhí)行依賴于其子樹上各個(gè)節(jié)點(diǎn)的解釋函數(shù)的成功運(yùn)行。
在GKD-BASE PL/SQL引擎的解釋執(zhí)行器中，設(shè)計(jì)了“執(zhí)行狀態(tài)”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來記載函數(shù)的執(zhí)行狀態(tài)信息。解釋器中所有的解釋函數(shù)都擁有一個(gè)指針參數(shù)指向這個(gè)結(jié)構(gòu)，需要在這些函數(shù)間傳遞的信息將被拷貝到這個(gè)結(jié)構(gòu)。PL／SQL引擎調(diào)用子程序的過程中，構(gòu)造“執(zhí)行狀態(tài)堆棧”。調(diào)用之前，保存現(xiàn)場(chǎng)，將執(zhí)行狀態(tài)壓棧；調(diào)用結(jié)束后恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，彈出當(dāng)前執(zhí)行狀態(tài)，回到上一層繼續(xù)，如圖3。
在語(yǔ)句塊執(zhí)行完畢后，解釋器會(huì)根據(jù)情況給出三種類型的返回狀態(tài)：ok、exit、return。當(dāng)正常執(zhí)行完一條過程語(yǔ)句或SQL語(yǔ)句后，返回ok；或者當(dāng)執(zhí)行狀態(tài)當(dāng)前層中所有語(yǔ)句都執(zhí)行正常，向上一層返回ok。當(dāng)執(zhí)行時(shí)遇到EXIT關(guān)鍵字，如果執(zhí)行狀態(tài)中的退出標(biāo)號(hào)與輸人參數(shù)中的退出標(biāo)號(hào)一致時(shí)，說明是正常退出，返回exit。當(dāng)執(zhí)行時(shí)遇到RETURN關(guān)鍵字，說明語(yǔ)句鏈中所有語(yǔ)句執(zhí)行完畢，返回return。直到到達(dá)執(zhí)行狀態(tài)頂層并給出返回值，結(jié)束整個(gè)解釋執(zhí)行過程。
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