Linux C/C++下使用Lex/Yacc构建实现DBMS（Minisql）

news2024/11/18 4:23:58

DBMS（数据库管理系统）是一种用于管理和组织数据库的软件系统。它的重要性在于提供了一种有效地存储、管理和访问大量数据的方式。本文将深入探讨如何使用C语言、Lex（词法分析器生成器）和Yacc（语法分析器生成器）来构建一个数据库管理系统（DBMS）。

了解DBMS的几个重要方面

数据的组织和存储：DBMS能够将数据以逻辑和物理的方式组织存储，使得数据可以高效地存储和检索。它使用了各种数据结构和算法来支持快速的数据操作。
数据的安全性和一致性：DBMS提供了安全措施来保护数据免受未经授权的访问和意外损坏。它还实施了一致性约束，确保数据在操作和更新过程中保持一致性。
数据的共享和并发控制：多个用户可以共享数据库，DBMS负责协调用户对数据库的访问和修改，以确保数据的完整性和一致性。它还通过并发控制机制来处理并发访问和并发修改请求。
查询语言和数据操作：DBMS提供了查询语言，使用户可以以简单和高效的方式从数据库中提取所需的信息。它还支持各种数据操作，如插入、更新和删除数据。

为什么选择C语言、Lex和Yacc作为构建DBMS的工具

C语言是一种通用的高级编程语言，具有高效、灵活和可移植的特性。它可以充分利用硬件资源，提供对内存和底层操作的直接控制，使得构建高性能的DBMS成为可能。
Lex和Yacc是用于生成词法分析器和语法分析器的工具。它们能够将输入的文本分解为词法单元，并将它们组合成语法树，方便进行语义分析和编译。在构建DBMS时，这两个工具可以用来解析和执行SQL查询语句。
C语言、Lex和Yacc的使用广泛，有丰富的文档和社区支持。同时，它们的学习曲线相对较低，使得开发人员可以快速上手并进行开发。

Yacc在DBMS中的应用

Yacc（Yet Another Compiler Compiler）在DBMS中的应用是用于生成语法分析器。语法分析器用于解析输入的文本，并将其转换为语法树（或称为解析树），以便进行后续的语义分析和查询执行。

在DBMS中，Yacc通常与Lex一起使用，Lex负责生成词法分析器，将输入的文本分解为词法单元，而Yacc则使用BNF（巴科斯-诺尔范式）语法规定的语法规则来定义语法分析器。

Yacc可以通过定义产生式规则、符号和动作来实现语法分析。产生式规则定义了语法结构，符号指代了产生式中的终结符和非终结符，而动作则描述了在解析过程中要执行的操作。

在DBMS中，Yacc生成的语法分析器可以用于解析输入的SQL查询语句，并将其转换为语法树或其他形式的解析结构。通过语法分析器，DBMS可以识别语法错误，验证查询语句的结构和正确性，并生成相应的查询执行计划。

Lex在DBMS中的应用

Lex在数据库管理系统（DBMS）中的应用通常是指作为构建查询解析器和语法分析器的一部分，用于处理结构化查询语言（SQL）。Lex是一个文本处理程序生成器，它可以将正则表达式转换成有限自动机，并生成相应的读取文本的程序。在DBMS中，Lex可以用来识别和处理SQL语句中的关键词、标识符、字符串和运算符等元素，将其转换为内部表示形式，以便数据库管理系统可以进一步解析和执行这些语句。

在DBMS中使用Lex的步骤大致如下：
定义语法规则：首先，需要定义SQL语言的语法规则，这些规则使用正则表达式来描述。这包括所有SQL语句的结构，以及如何区分关键字、标识符、字符串、注释等。

生成解析器：使用Lex工具，根据定义的语法规则生成解析器代码。这个解析器代码可以被数据库管理系统用来读取和分析SQL语句。

处理输入：解析器读取用户的SQL输入，根据定义的正则表达式规则分词，将输入分解为一系列的tokens（令牌）。

语法分析：解析器使用这些tokens来检查输入是否符合SQL的语法规则。如果输入不符合规则，解析器会报告语法错误。

语义分析：在语法分析之后，DBMS还需要进行语义分析，以确保除了语法正确外，SQL语句在语义上也符合数据库的规则和约束。

执行语句：一旦SQL语句通过语法和语义分析，DBMS就可以执行该语句，完成用户请求的数据操作。

使用Lex可以使得DBMS更有效地解析复杂的SQL语句，同时，由于Lex生成的解析器是高度优化的，因此可以提高数据库系统的性能和响应速度。它是数据库管理系统中的一个重要工具，尤其是在处理大量复杂的查询时。

Linux C/C++下构建实现DBMS（Minisql）

...
struct Createfieldsdef{
    char *field;
    char *type;
    int length;
    struct Createfieldsdef *next_fdef;
};
struct Createstruct{
    char *table;
    struct Createfieldsdef *fdef;
};

struct insertValue {
    char *value;
    struct insertValue *nextValue;
};

struct Conditions{/*条件*/
    struct  Conditions *left; //左部条件
    struct  Conditions *right; //右部条件
    char *comp_op; /* 'a'是and, 'o'是or, '<' , '>' , '=', ‘!='  */
    int type; /* 0是字段，1是字符串，2是整数 */
    char *value;/* 根据type存放字段名、字符串或整数 */
    char *table;/* NULL或表名 */
};
struct Selectedfields{/*select语句中选中的字段*/
    char *table; //字段所属表
    char *field; //字段名称
    struct Selectedfields *next_sf;//下一个字段
};
struct Selectedtables{ /*select语句中选中的表*/
    char *table; //基本表名称
    struct  Selectedtables  *next_st; //下一个表
};
struct Selectstruct{ /*select语法树的根节点*/
    struct Selectedfields *sf; //所选字段
    struct Selectedtables *st; //所选基本表
    struct Conditions *cons; //条件
};
struct Setstruct
{
    struct Setstruct *next_s;
    char *field;
    char *value;
};

void getDB();
void useDB();
void createDB();
void dropDB();

void createTable(struct Createstruct *cs_root);
void getTable();
void dropTable(char * tableName);

void insertSingle(char * tableName, struct insertValue* values);
void insertDouble(char * tableName, struct insertValue* rowNames, struct insertValue* valueNames);
void deleteAll(char * tableName);
void selectNoWhere(struct Selectedfields *fieldRoot, struct Selectedtables *tableRoot);
void freeWhere(struct Conditions *conditionRoot);
int whereSearch(struct Conditions *conditionRoot, int totField, char allField[][64], char value[][64]);
void selectWhere(struct Selectedfields *fieldRoot, struct Selectedtables *tableRoot, struct Conditions *conditionRoot);
void deleteWhere(char *tableName, struct Conditions *conditionRoot);
void updateWhere(char *tableName, struct Setstruct *setRoot, struct Conditions *conditionRoot);

...