[手寫系列]Go手寫db — — 第二版

[手寫系列]Go手寫db — — 第二版

第一版文章：[手寫系列]Go手寫db — — 完整教程

  • 整體項目Github地址：https://github.com/ziyifast/ZiyiDB
  • 請大家多多支持，也歡迎大家star??和共同維護這個項目~

本文主要介紹如何在 ZiyiDB 第一版的基礎上，實現更多新功能，給大家提供更多的實現思路，以及實現的流程，后續更多關鍵字以及字段類型的支持，大家可以參考著實現。

一、功能列表

  1. 新增對 FLOAT 和 DATETIME 字段類型的支持
  2. 新增對 BETWEEN AND 關鍵字的支持
  3. 新增對注釋符的支持
  4. 新增對 >=、<=、!= 操作符的支持

二、實現細節

1. 新增對 FLOAT 和 DATETIME 字段類型的支持

實現思路

為了支持 FLOAT 和 DATETIME 類型，我們需要在詞法分析器、語法分析器和存儲引擎中進行相應修改。

token.go新增常量 -> lexer.go詞法分析器新增對Float、時間的解析 -> ast.go抽象語法樹新增FloatLiteral、DatetimeLiteral -> parser.go語法解析器中新增對Float、時間類型數據的解析，并構建為語法樹 -> memory.go存儲引擎新增對Float、時間類型的insert、update操作(解析語法樹)

  1. lexer/token.go中新增FLOAT、DATETIME const常量
    在這里插入圖片描述
  2. lexer/lexer.go的NextToken中新增對時間、數字的解析
  • 對時間的解析：是字符串，且能被轉換為時間格式
    在這里插入圖片描述
  • 對浮點數數字的解析：是數字，且包含.
    在這里插入圖片描述
  1. internal/lexer/lexer.go的lookupIdentifier方法中新增標識符類型，用于解析關鍵字
    在這里插入圖片描述
  2. internal/ast/ast.go中為后續構建抽象語法樹，新增FloatLiteral、DateTimeLiteral以及在Cell結構體中新增FloatValue和TimeValue存儲該類型值
    在這里插入圖片描述
    在這里插入圖片描述
  3. internal/parser/parser.go解析器中新增對Float浮點數、DATETIME時間的解析，將解析出來的數據構建為抽象語法樹的結構
    在這里插入圖片描述
  4. internal/storage/memory.go存儲引擎中新增對*ast.FloatLiteral、*ast.DateTimeLiteral的解析，將其轉換為原始類型
  • 更新evaluateExpression函數：
    在這里插入圖片描述
  • 更新Update函數：將抽象語法樹中的datetime、float Literal字面量解析至原始類型并更新至Cell中
    在這里插入圖片描述
  • 更新Insert函數：將抽象語法樹中的datetime、float Literal字面量解析至原始類型并添加至Cell中。
    在這里插入圖片描述

PS：
①ast.Literal 是用戶輸入的表達，ast.Cell 是實際存儲的數據，將Cell struct放在ast.go中不合理，后續會進行優化
②各類Literal，比如：FloatLiteral這里的Value可以存儲原本的值，而非統一用String存儲，避免重復轉換，增加開銷

  • 大家可以自己嘗試在原代碼的基礎上進行優化，當做練手

代碼實現

①在詞法分析器中添加新類型
// internal/lexer/token.go
const (// ... 其他標記類型FLOAT    TokenType = "FLOAT"DATETIME TokenType = "DATETIME"// ... 其他標記類型
)// internal/lexer/lexer.go
func (l *Lexer) NextToken() Token {var tok Tokenl.skipWhitespace()// ... 其他代碼switch l.ch {// ... 其他casecase '\'':tok.Type = STRINGtok.Literal = l.readString()// 檢查是否為時間格式if _, err := time.Parse("2006-01-02 15:04:05", tok.Literal); err == nil {tok.Type = DATETIME}return tok// ... 其他case}// 處理數字（包括浮點數）if isDigit(l.ch) || l.ch == '.' {num := l.readNumber()if strings.Contains(num, ".") {tok.Type = FLOAT} else {tok.Type = INT}tok.Literal = numreturn tok}// ... 其他代碼
}// internal/lexer/lexer.go
func (l *Lexer) readNumber() string {var num bytes.BufferhasDecimal := falsefor (isDigit(l.ch) || (l.ch == '.' && !hasDecimal)) && l.ch != 0 {if l.ch == '.' {hasDecimal = true}num.WriteRune(l.ch)l.readChar()}return num.String()
}// internal/lexer/lexer.go
func (l *Lexer) lookupIdentifier(ident string) TokenType {switch strings.ToUpper(ident) {// ... 其他casecase "FLOAT":return FLOATcase "DATETIME":return DATETIME// ... 其他case}return IDENT
}
②在 AST 中添加新表達式類型
// internal/ast/ast.go
// 新增FloatLiteral表達式類型
type FloatLiteral struct {BaseExpressionToken lexer.TokenValue string
}// 新增DateTimeLiteral表達式類型
type DateTimeLiteral struct {BaseExpressionToken lexer.TokenValue string
}// 在 Cell 結構體中添加新字段
type Cell struct {Type       CellTypeIntValue   int32TextValue  stringFloatValue float32TimeValue  string
}const (CellTypeInt CellType = iotaCellTypeTextCellTypeFloatCellTypeDateTime
)
③在解析器中處理新類型
// internal/parser/parser.go
func (p *Parser) parseExpression() (ast.Expression, error) {switch p.curToken.Type {// ... 其他casecase lexer.FLOAT:return &ast.FloatLiteral{Token: p.curToken,Value: p.curToken.Literal,}, nilcase lexer.DATETIME:return &ast.DateTimeLiteral{Token: p.curToken,Value: p.curToken.Literal,}, nil// ... 其他case}
}
④在存儲引擎中處理新數據類型
// internal/storage/memory.go
// 修改 evaluateExpression 函數以處理新類型
func evaluateExpression(expr ast.Expression) (interface{}, error) {switch e := expr.(type) {// ... 其他casecase *ast.FloatLiteral:val, err := strconv.ParseFloat(e.Value, 32)if err != nil {return nil, fmt.Errorf("Incorrect float value: '%s'", e.Value)}return float32(val), nilcase *ast.DateTimeLiteral:t, err := time.Parse("2006-01-02 15:04:05", e.Value)if err != nil {return nil, fmt.Errorf("Incorrect datetime value: '%s'", e.Value)}return t, nil// ... 其他case}
}// 在 Insert 方法中處理新類型
func (b *MemoryBackend) Insert(stmt *ast.InsertStatement) error {// ... 其他代碼// 類型轉換（保持原有邏輯）switch v := value.(type) {// ... 其他casecase float32:row[tableColIdx] = ast.Cell{Type: ast.CellTypeFloat, FloatValue: v}case time.Time:row[tableColIdx] = ast.Cell{Type: ast.CellTypeDateTime, TimeValue: v.Format("2006-01-02 15:04:05")}// ... 其他case}// ... 其他代碼
}// 在 getColumnValue 中處理新類型
func getColumnValue(expr ast.Expression, row []ast.Cell, columns []ast.ColumnDefinition) (interface{}, error) {switch e := expr.(type) {// ... 其他casecase *ast.FloatLiteral:val, err := strconv.ParseFloat(e.Value, 32)if err != nil {return nil, fmt.Errorf("Incorrect float value: '%s'", e.Value)}return float32(val), nilcase *ast.DateTimeLiteral:val, err := time.Parse("2006-01-02 15:04:05", e.Value)if err != nil {return nil, fmt.Errorf("Incorrect datetime value: '%s'", e.Value)}return val, nil// ... 其他case}
}

測試

測試SQL：

CREATE TABLE users (id INT PRIMARY KEY,name text,age INT,score FLOAT, ctime DATETIME ); 
INSERT INTO users VALUES (1, 'Alice', 20,89.0, '2023-07-01 12:00:00');
INSERT INTO users VALUES (2, 'Bob', 25,98.3, '2023-07-04 12:00:00');select * from users where score < 90.0;
select * from users where ctime >  '2023-07-02 12:00:00';
drop table users;

效果：
在這里插入圖片描述

2. 新增對 BETWEEN AND 關鍵字的支持

實現思路

BETWEEN AND 是一個用于范圍查詢的操作符。我們需要在詞法分析器中識別這兩個關鍵字，在 AST 中添加新的表達式類型，在解析器中處理這種語法結構，并在存儲引擎中實現相應的查詢邏輯。

  1. lexer/token.go中新增BETWEEN、AND的TokenType常量
    在這里插入圖片描述
  2. lexer/lexer.go中的lookupIdentifier方法新增對BETWEEN、AND關鍵字的讀取，將用戶的字符輸入轉換為TokenType
    在這里插入圖片描述
  3. ast/ast.go抽象語法樹中新增BetweenExpression struct，用于將between and內容構建到語法樹中
    在這里插入圖片描述
  4. parser/parser.go語法解析器：
  • 新增parseBetweenExpression函數，用于將用戶輸入的between and部分解析為ast.BetweenExpression
    在這里插入圖片描述
  • 各語法的Statement部分新增對between and的處理（比如select、delete、update語句…）
    例：parseSelectStatement部分（構建select的抽象語法樹）新增對between and關鍵字的處理，將其轉換為where條件部分
    在這里插入圖片描述
  1. storage/memory.go中新增對*ast.BetweenExpression的處理，判斷當前數據是否滿足between and過濾條件
    在這里插入圖片描述

代碼實現

①在詞法分析器中添加關鍵字
// internal/lexer/token.go
const (// ... 其他標記類型BETWEEN TokenType = "BETWEEN"AND     TokenType = "AND"// ... 其他標記類型
)// internal/lexer/lexer.go
func (l *Lexer) lookupIdentifier(ident string) TokenType {switch strings.ToUpper(ident) {// ... 其他casecase "BETWEEN":return BETWEENcase "AND":return AND// ... 其他case}return IDENT
}
②在 AST 中添加 BETWEEN 表達式
// internal/ast/ast.go
// BetweenExpression 表示 BETWEEN AND 表達式
type BetweenExpression struct {Token lexer.Token // BETWEEN 標記Left  Expression  // 左操作數（列名或表達式）Low   Expression  // 下限值High  Expression  // 上限值
}func (be *BetweenExpression) expressionNode()      {}
func (be *BetweenExpression) TokenLiteral() string { return be.Token.Literal }
③在解析器中處理 BETWEEN 語法
// internal/parser/parser.go
// 在 parseSelectStatement、parseUpdateStatement 和 parseDeleteStatement 中添加處理邏輯
func (p *Parser) parseSelectStatement() (*ast.SelectStatement, error) {// ... 其他代碼// 解析WHERE子句if p.peekTokenIs(lexer.WHERE) {p.nextToken()p.nextToken()// 解析左操作數（列名）if !p.curTokenIs(lexer.IDENT) {return nil, fmt.Errorf("You have an error in your SQL syntax; check the manual that corresponds to your db server version for the right syntax to use near '%s'", p.curToken.Literal)}left := &ast.Identifier{Token: p.curToken,Value: p.curToken.Literal,}// 解析操作符p.nextToken()operator := p.curToken// 處理BETWEEN操作符if p.curTokenIs(lexer.BETWEEN) {expr, err := p.parseBetweenExpression(left)if err != nil {return nil, err}stmt.Where = exprreturn stmt, nil}// ... 其他代碼}// ... 其他代碼
}// 解析BETWEEN表達式
func (p *Parser) parseBetweenExpression(left ast.Expression) (ast.Expression, error) {expr := &ast.BetweenExpression{Token: p.curToken,Left:  left,}p.nextToken() // 跳過BETWEEN// 解析下限值lower, err := p.parseExpression()if err != nil {return nil, err}expr.Low = lowerif !p.expectPeek(lexer.AND) {return nil, fmt.Errorf("expected AND after BETWEEN expression")}p.nextToken() // 跳過AND// 解析上限值upper, err := p.parseExpression()if err != nil {return nil, err}expr.High = upperreturn expr, nil
}
④在存儲引擎中實現 BETWEEN 查詢邏輯
// internal/storage/memory.go
// 在 evaluateWhereCondition 中處理 BETWEEN 表達式
func evaluateWhereCondition(expr ast.Expression, row []ast.Cell, columns []ast.ColumnDefinition) (bool, error) {switch e := expr.(type) {// ... 其他casecase *ast.BetweenExpression:// 獲取列值colIndex, err := getColumnIndex(e.Left.(*ast.Identifier).Value, columns)if err != nil {return false, err}left := row[colIndex]lower, err := evaluateExpression(e.Low)if err != nil {return false, err}upper, err := evaluateExpression(e.High)if err != nil {return false, err}switch left.Type {case ast.CellTypeInt:leftVal := left.IntValuelowerVal, lok := lower.(int32)upperVal, uok := upper.(int32)if !lok || !uok {return false, fmt.Errorf("type mismatch in BETWEEN expression")}return leftVal >= lowerVal && leftVal <= upperVal, nilcase ast.CellTypeFloat:leftVal := left.FloatValuelowerVal, lok := lower.(float32)upperVal, uok := upper.(float32)if !lok || !uok {return false, fmt.Errorf("type mismatch in BETWEEN expression")}return leftVal >= lowerVal && leftVal <= upperVal, nilcase ast.CellTypeDateTime:val := left.TimeValueleftVal, err := time.Parse("2006-01-02 15:04:05", val)if err != nil {return false, err}lowerVal, lok := lower.(time.Time)upperVal, uok := upper.(time.Time)if !lok || !uok {return false, fmt.Errorf("type mismatch in BETWEEN expression")}return (leftVal.After(lowerVal) || leftVal.Equal(lowerVal)) &&(leftVal.Before(upperVal) || leftVal.Equal(upperVal)), nildefault:return false, fmt.Errorf("unsupported type in BETWEEN expression")}// ... 其他case}
}

測試

測試SQL：

CREATE TABLE users (id INT PRIMARY KEY,name text,age INT,score FLOAT, ctime DATETIME ); INSERT INTO users VALUES (1, 'Alice', 20,89.0, '2023-07-01 12:00:00');
INSERT INTO users VALUES (2, 'Bob', 25,98.3, '2023-07-04 12:00:00');select * from users where age between 21 and 28;
select * from users where ctime between '2021-07-02 12:00:00' and '2023-07-05 12:00:00';
select * from users where ctime between '2023-07-02 12:00:00' and '2023-07-05 12:00:00';
drop table users;

效果：
在這里插入圖片描述

3. 新增對注釋符的支持

實現思路

SQL 注釋以--開頭，直到行尾。我們需要在詞法分析器中識別注釋并跳過它們，在解析器中忽略注釋標記。

  1. lexer/token.go中新增注釋符標識--，用于匹配用戶輸入。
    在這里插入圖片描述
  2. lexer/lexer.go詞法分析器中，讀取注釋即注釋后的內容
    在這里插入圖片描述
    在這里插入圖片描述
    效果：
    在這里插入圖片描述
  3. parser/parser.go語法解析器中的ParseProgram、parseStatement忽略注釋符之后的內容，遇到注釋符即跳過
    在這里插入圖片描述
    在這里插入圖片描述

代碼實現

①在詞法分析器中添加注釋支持
// internal/lexer/token.go
const (// ... 其他標記類型COMMENT TokenType = "--"// ... 其他標記類型
)// internal/lexer/lexer.go
func (l *Lexer) NextToken() Token {var tok Tokenl.skipWhitespace()// 檢查是否為注釋if l.ch == '-' && l.peekChar() == '-' {return l.readComment()}// ... 其他代碼
}// 讀取注釋內容
func (l *Lexer) readComment() Token {var comment bytes.Bufferl.readChar() // 跳過第一個 '-'l.readChar() // 跳過第二個 '-'// 讀取直到行尾for l.ch != '\n' && l.ch != 0 && l.ch != '\r' {comment.WriteRune(l.ch)l.readChar()}return Token{Type: COMMENT, Literal: comment.String()}
}
②在解析器中忽略注釋
// internal/parser/parser.go
func (p *Parser) ParseProgram() (*ast.Program, error) {program := &ast.Program{Statements: []ast.Statement{},}for p.curToken.Type != lexer.EOF {// 跳過注釋if p.curToken.Type == lexer.COMMENT {p.nextToken()continue}stmt, err := p.parseStatement()if err != nil {return nil, err}if stmt != nil {program.Statements = append(program.Statements, stmt)}p.nextToken()}return program, nil
}// parseStatement 中也跳過注釋
func (p *Parser) parseStatement() (ast.Statement, error) {// 跳過注釋for p.curToken.Type == lexer.COMMENT {p.nextToken()}// ... 其他代碼
}

測試

測試SQL：

CREATE TABLE users (id INT PRIMARY KEY,name TEXT,age INT); -- 建表
INSERT INTO users VALUES (1, 'Alice', 20); -- 插入用戶數據
SELECT * FROM users; -- 查詢數據
drop table users; -- 刪除表

效果：
在這里插入圖片描述

4. 新增對 >=、<=、!= 操作符的支持

實現思路

我們需要在詞法分析器中識別這些新的操作符，在解析器中處理它們，并在存儲引擎中實現相應的比較邏輯。

  1. lexer/token.go中新增>=、<=、!=
    在這里插入圖片描述
  2. lexer/lexer.go詞法分析器中新增對!=、>=、<=操作符的識別，將字符映射為對應的token
    在這里插入圖片描述
  3. parser/parser.go語法解析器中isBasicOperator操作符判斷中新增<=、>=、!=，用于檢查是否屬于SQL操作符
    在這里插入圖片描述
  4. storage/memory.go存儲引擎中的evaluateWhereCondition、compareValues方法中實現對>=、<=、!=的底層邏輯
    在這里插入圖片描述
    在這里插入圖片描述

代碼實現

①在詞法分析器中添加新操作符
// internal/lexer/token.go
const (// ... 其他標記類型GTE TokenType = ">="  // >=LTE TokenType = "<="  // <=NEQ TokenType = "!="  // !=// ... 其他標記類型
)// internal/lexer/lexer.go
var operatorMap = map[string]TokenType{"=":  EQ,">":  GT,"<":  LT,">=": GTE,"<=": LTE,"!=": NEQ,
}func (l *Lexer) readOperator() Token {var op bytes.Bufferop.WriteRune(l.ch)// 檢查是否為雙字符操作符if l.peekChar() == '=' {op.WriteRune(l.peekChar())l.readChar() // 消費 '='}literal := op.String()if tokenType, exists := operatorMap[literal]; exists {l.readChar() // 消費當前字符return Token{Type: tokenType, Literal: literal}}// 如果不是有效的操作符，回退并返回錯誤l.readChar()return Token{Type: ERROR, Literal: literal}
}
②在解析器中處理新操作符
// internal/parser/parser.go
// isBasicOperator 檢查是否為操作符，比如 =、>、<、>=、<=、!=、like等
func (p *Parser) isBasicOperator() bool {return p.curTokenIs(lexer.EQ) ||p.curTokenIs(lexer.GT) ||p.curTokenIs(lexer.LT) ||p.curTokenIs(lexer.GTE) ||p.curTokenIs(lexer.LTE) ||p.curTokenIs(lexer.NEQ) ||p.curTokenIs(lexer.LIKE)
}
③在存儲引擎中實現新操作符的比較邏輯
// internal/storage/memory.go
// 在 evaluateWhereCondition 中處理新操作符
func evaluateWhereCondition(expr ast.Expression, row []ast.Cell, columns []ast.ColumnDefinition) (bool, error) {switch e := expr.(type) {case *ast.BinaryExpression:// 獲取左操作數的值leftValue, err := getColumnValue(e.Left, row, columns)if err != nil {return false, err}// 獲取右操作數的值rightValue, err := getColumnValue(e.Right, row, columns)if err != nil {return false, err}// 根據操作符比較值switch e.Operator {case "=":return compareValues(leftValue, rightValue, "=")case ">":return compareValues(leftValue, rightValue, ">")case "<":return compareValues(leftValue, rightValue, "<")case ">=":return compareValues(leftValue, rightValue, ">=")case "<=":return compareValues(leftValue, rightValue, "<=")case "!=":result, err := compareValues(leftValue, rightValue, "=")if err != nil {return false, err}return !result, nil // 返回相反的結果default:return false, fmt.Errorf("Unknown operator: '%s'", e.Operator)}// ... 其他case}
}// 在 compareValues 中處理新操作符
func compareValues(left, right interface{}, operator string) (bool, error) {// ... 其他代碼switch operator {case "=":return isEqual(left, right)case ">":return isGreater(left, right)case "<":return isLess(left, right)case ">=":equal, _ := isEqual(left, right)greater, _ := isGreater(left, right)return equal || greater, nilcase "<=":equal, _ := isEqual(left, right)less, _ := isLess(left, right)return equal || less, nilcase "!=":equal, err := isEqual(left, right)if err != nil {return false, err}return !equal, nildefault:return false, fmt.Errorf("Unknown operator: '%s'", operator)}
}

測試

測試SQL：

CREATE TABLE users (id INT PRIMARY KEY,name TEXT,age INT);INSERT INTO users VALUES (1, 'Alice', 20);
INSERT INTO users VALUES (2, 'Bob', 25);
INSERT INTO users VALUES (3, 'Charlie', 30);select name, age from users where age >= 24;
select name, age from users where age <= 20;
select name, age from users where name != 'Charlie';drop table users;

效果：
在這里插入圖片描述

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五自由度磁懸浮軸承同頻振動抑制：從機理拆解到傳遞函數驗證的核心方案

五自由度磁懸浮軸承同頻振動抑制：從機理拆解到傳遞函數驗證的核心方案

摘要 五自由度磁懸浮軸承憑借無摩擦、高轉速的優勢，在航空航天、透平機械等領域應用廣泛，但轉子不平衡質量引發的同頻振動（頻率與轉子轉速一致）始終是制約其精度的核心痛點。本文從轉子不平衡振動的物理機理出發，詳細推導不平衡力的數學模型，分析位移輸出中擾動信號的疊…
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CSS 優先級：公司組織架構模型

CSS 優先級：公司組織架構模型

為什么我的CSS樣式不生效&#xff1f; 在網頁開發中&#xff0c;你可能經常會遇到一個令人困惑的問題&#xff1a;你明明寫了CSS代碼&#xff0c;但是樣式卻不生效&#xff0c;或者出現了意想不到的沖突。你可能會反復檢查代碼&#xff0c;卻找不到任何語法錯誤。這背后隱藏的原…
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Go語言循環語句全解析

Go語言循環語句全解析

循環語句概述循環語句在編程中的作用循環語句是編程中控制程序流程的重要結構&#xff0c;它允許我們重復執行特定代碼塊&#xff0c;直到滿足終止條件。在數據處理、算法實現、系統監控等場景中&#xff0c;循環都發揮著關鍵作用。典型應用場景&#xff1a;數據處理&#xff1…
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基于NXP iMXRT600音頻算法開發方法

基于NXP iMXRT600音頻算法開發方法

iMXRT600 是一款高性能的微控制器&#xff0c;在開發音頻算法時可按以下步驟和方法進行&#xff1a;1. 開發環境搭建硬件平臺準備好 iMXRT600 開發板&#xff0c;確保開發板上具備音頻輸入輸出接口&#xff0c;如 I2S&#xff08;Inter - IC Sound&#xff09;接口用于音頻數據…
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怎么理解API？

怎么理解API？

想象一下你去一家餐廳吃飯。你&#xff08;用戶&#xff09;不會直接走進廚房告訴廚師怎么做菜&#xff0c;對吧&#xff1f;你會怎么做&#xff1f;你會拿起菜單&#xff0c;查看上面列出的菜品&#xff08;例如“意大利面”&#xff09;、它們的描述和價格。然后&#xff0c;…
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