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GKD-BASE PL／SQL引擎實現(xiàn)關鍵技術研究
摘要：在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)GKD-BASE上設計并實現(xiàn)了兼容Oracle PL／SQL V2．3語言規(guī)范的PL／SQL引擎，擴展了GKD-BASE過程處理功能。關鍵詞：過程語言PL／SQL符號表 游標
GKD-BASE數(shù)據(jù)庫是一個具有自主知識產(chǎn)權的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，具有兼容SQL89標準的SQL引擎，能夠為用戶提供一個統(tǒng)一、有效的數(shù)據(jù)庫訪問接口，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的各種操作。但是SQL語言缺乏對算法的描述能力，難以勝任復雜的程序設計。為了融合SQL語言強大的集合數(shù)據(jù)處理能力和第三代語言(3GL)靈活的過程處理能力，主流數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)產(chǎn)品都已提供了對過程式SQL語言的支持，如Oracle的PL／SQL［1］。為了使GKD-BASE適應發(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)庫管理系統(tǒng)GKD-BASE上設計并實現(xiàn)了兼容Oracle PL／SQL V2．3語言規(guī)范的PL／SOL引擎，擴展了GKD-BASE過程處理功能。
1 GKD-BASE PL／SQL引擎的體系結構
GKD-BASE PL／SQL引擎的基本功能是將用戶用PL／SQL語言編寫的程序通過詞法分析程序、語法分析程序進行解析，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)錯誤，則向用戶報告錯誤號及相應的錯誤信息，以便用戶排錯［2］。根據(jù)PL／SQL語言兼有過程式語句和SQL語句的特點，采取分治策略，把過程語句和SQL語句分開處理。PL／SQL引擎在對PL／SQL源程序編譯執(zhí)行時，首先進行預處理，把SQL語句和過程語句分開；然后對SQL語句和過程語句分別解析，生成語法樹；最后通過執(zhí)行模塊對中間代碼進行解釋執(zhí)行。
圖1
GKD-BASE PL／SQL引擎對源程序編譯生成中間代碼，不能直接在目標機器上執(zhí)行，需要一個解釋中間代碼的環(huán)境，以提供對PL／SQL語言中的數(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語句塊后進行預處理，將句子分為SQL語句和過程語句。對于SQL語句，編譯器建立SQL語句節(jié)點，進行相應的變量綁定和語法檢查；檢查無誤后產(chǎn)生中間代碼。對于過程語句，編譯器對語句成分進行語法分析并建立相應的符號表，也生成中間代碼。因此，可以把編譯器劃分為SQL語言解析、過程語言解析、符號表生成與管理、中間代碼表示與管理等模塊。解釋器的作用是對編譯器生成的中間代碼進行解釋執(zhí)行［3］，與編譯器對應，具有獨立的SQL語句解釋模塊和過程語句解釋模塊。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現(xiàn)程序運行時的錯誤檢查和報告，并支持用戶自定義異常和預定義異常的檢查和處理。
2 GKD-BASE PL／SQL編譯器實現(xiàn)中的一些關鍵問題
GKD-BASE PL／SQL編譯器主要是對PL／SQL源程序進行詞法分析、語法分析和語義處理［4］。本文借助構建詞法分析器的Lex和編譯程序自動產(chǎn)生工具Yacc［5］，實現(xiàn)了對PL／SQL源程序的編譯。下面分別說明符號表的設計與管理、SQL語句解析以及游標解析。
2．1 符號表的設計與管理
符號表是一個包含程序中的變量、自定義類型和函數(shù)信息的數(shù)據(jù)庫。通過索引對應于庫中的一條記錄；每條記錄對應著一個對象的信息，如變量的類型或函數(shù)的返回值等［2］。
考慮到PL／SQL語言的塊結構和名字作用域，可以使用名字堆棧存放源程序中所使用的標志符的索引、名字和類型。每個項目只包括名字本身和用來表明它的類型的標志值，以及該名字在符號表中的項目索引。名字堆棧采用層次結構，是鏈表型的堆棧，堆棧的每一層存放了解析的語句塊嵌套層內(nèi)的所有名字信息，如圖2。在進入或退出一個嵌套層時調(diào)用相應的壓棧和彈棧操作；查找符號時，從棧頂向棧底搜索。名字堆棧實現(xiàn)了標志符名稱與相應的符號表索引間的映射，解決了標志符的作用域問題和可見性問題，滿足了對符號表管理和調(diào)用的要求。
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2．2 SQL語句的解析
為了避免SQL語句在執(zhí)行時出現(xiàn)語法錯誤，需要提前檢查其語法的正確性。SQL語句是面向集合的數(shù)據(jù)操作語言，只能交由SQL引擎處理。但是PL／SQL語言為了增強SQL語句與過程式語句的交互能力，在SQL語句中引入變量，GKD-BASE的SQL引擎無法識別，必須在提交之前提取出變量，替換為SQL引擎可以識別的格式。如：SELECT empno，name INTO v_empno， v_name FROM empWHERE birthday=v_date；
這個SELECT語句首先把變量v_date綁定到列名birthday，然后根據(jù)條件查出相應的結果 (empno，name)，并賦值給預先定義的變量(v_empno，v_name)。對于GKD-BASE的SQL引擎來說，只能識別出如下格式的SELECT語句：
SELECT empno，name INTO：v_empno，：v_nameFROM emp WHERE birthday=：1；
在把SQL語句交由GKD-BASE SQL引擎處理之前，識別出變量v_empno、v_name及v_date進行格式轉(zhuǎn)換，在into之后的變量前面添加“：”，where后面的變量用帶有冒號的數(shù)字序號代替，構造出符合SQL引擎要求的語句；完成這些處理之后，把新的語句作為字符串交由SQL引擎進行語法分析，檢查這條語句的語法是否正確，以及語句中的變量與對應的列是否匹配；最后返回結果，報錯或者生成語法樹。
2．3 游標的解析
游標是指向內(nèi)存中上下文區(qū)的句柄或指針。借助于游標，PL／SQL程序可以控制上下文區(qū)和語句處理過程中游標的變化。PL／SQL游標按使用方式可以分為顯式游標和隱式游標。
顯式游標的使用包括聲明游標、打開游標、游標檢索、關閉游標四個步驟。編譯游標聲明語句時，首先調(diào)用SQL引擎分析SQL語句成分，轉(zhuǎn)換為SQL引擎可以識別的格式，把游標的索引信息加入名字堆棧和符號表中。游標打開操作在名字堆棧中搜索游標名字，獲取聲明階段在符號表保存的相關信息并加入到語法樹中。游標檢索語句的編譯首先獲取游標的符號表的信息；然后關聯(lián)游標中SQL語句的信息和取值變量鏈表的信息，檢查游標變量與游標引用列是否匹配；最后保存相關信息，加入語法樹。游標的關閉操作釋放資源并把游標狀態(tài)初始化，把游標在符號表中的信息保存并加入語法樹。
隱式游標一般用于對DML語句的處理。每條DML語句對應于一個隱式游標，編譯時可以作為一般的SQL語句來處理，直接調(diào)用GKD-BASE的SQL引擎對其進行編譯。這些語句的游標處理是由SQL引擎自動完成的，不需要PL/SQL引擎對干涉。
圖3
3 GKD-BASE PL/SQL解釋器實現(xiàn)中的一些關鍵問題
解釋器實現(xiàn)中的關鍵問題有語句的執(zhí)行、執(zhí)行狀態(tài)堆棧的設計以及返回值的處理。
對于語句的執(zhí)行，可分為SQL語句執(zhí)行和過程語句執(zhí)行兩部分，根據(jù)語法樹上相應節(jié)點分別編寫函數(shù)來完成解釋任務。這些函數(shù)例程之間也是樹狀的層次調(diào)用結構，樹根的解釋執(zhí)行依賴于其子樹上各個節(jié)點的解釋函數(shù)的成功運行。
在GKD-BASE PL/SQL引擎的解釋執(zhí)行器中，設計了“執(zhí)行狀態(tài)”的數(shù)據(jù)結構來記載函數(shù)的執(zhí)行狀態(tài)信息。解釋器中所有的解釋函數(shù)都擁有一個指針參數(shù)指向這個結構，需要在這些函數(shù)間傳遞的信息將被拷貝到這個結構。PL／SQL引擎調(diào)用子程序的過程中，構造“執(zhí)行狀態(tài)堆棧”。調(diào)用之前，保存現(xiàn)場，將執(zhí)行狀態(tài)壓棧；調(diào)用結束后恢復現(xiàn)場，彈出當前執(zhí)行狀態(tài)，回到上一層繼續(xù)，如圖3。
在語句塊執(zhí)行完畢后，解釋器會根據(jù)情況給出三種類型的返回狀態(tài)：ok、exit、return。當正常執(zhí)行完一條過程語句或SQL語句后，返回ok；或者當執(zhí)行狀態(tài)當前層中所有語句都執(zhí)行正常，向上一層返回ok。當執(zhí)行時遇到EXIT關鍵字，如果執(zhí)行狀態(tài)中的退出標號與輸人參數(shù)中的退出標號一致時，說明是正常退出，返回exit。當執(zhí)行時遇到RETURN關鍵字，說明語句鏈中所有語句執(zhí)行完畢，返回return。直到到達執(zhí)行狀態(tài)頂層并給出返回值，結束整個解釋執(zhí)行過程。
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