【手写数据库核心揭秘系列】第84讲表达式的运算，表达式类型与实现框架

开源无限 2025-04-17

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一、概述

在查询SQL中有一个重要的组成部分，就是表达式，它在select子句，from子句，where子句中都会出现，在不同的位置代表的含义也不相同。

通常表达式有以下几种类型：

标量表达式，返回单个值的表达式，通常用于操作单行数据中的字段或常量。
条件表达式，根据条件逻辑返回不同的值或执行分支操作。
逻辑表达式，组合布尔条件，通常用AND、OR、NOT等连接多个表达式，用于 WHERE、HAVING 或 CHECK 约束。
聚合表达式，对多行数据进行汇总计算，返回单个汇总值。
窗口函数表达式，在数据窗口（一组相关行）内进行计算，保留原始行的同时返回聚合结果。
表表达式，也就是子查询，返回一个虚拟表的表达式，通常用于复杂查询的模块化。
类型转换表达式，显式或隐式转换数据类型。

在前面的基础之上，本节来实现对表达式的处理，主要实现前三种类型的处理。

二、基本表达式运算

参与表达式运算的基础数据类型的数值，不同类型的数值支持不同的运算符，比如整型数值，可以支持算术运算，比较运算；而字符类型的数值，支持比较运算，不支持算术运算。

表达式经过解析之后，是一棵二叉树，每个操作对应具体的两个数值，当数据值的类型支持相应操作时才能进行运算，如果数据类型不支持相应操作时，会产生错误。

当两个操作数类型不相同时，就不能进行直接运算，一般会将右操作数的类型转换为左操作数相同的类型，如果右操作符的数据类型支持类型转换运算时，则可以自动隐式的转换，否则必须由SQL中指定转换。

最基本的表达式运算就是两个数据值的运算，根据数据类型，分别实现它们支持的运算操作。

三、数据类型的运算符集

每种数据类型都有一组支持的运算符函数，为了每种数据类型都可以统一调用，实现运算集的基本框架。

3.1 运算符函数

对于一元和二元操作，即有一个操作数或两个操作数的运算符，定义通用的操作运算函数。

typedef ValuesData* (*Operator2)(ValuesData* leftvalue, ValuesData* rightvalue);

3.2 运算符集

每种数据类型都支持一组操作运算，由统一的结构来表示。

typedef struct DataTypeProcs
{
    int         version;
    DataType    dType;
    Operator2   opf2[EXPR_OP_NUM];
}DataTypeProcs;

成员说明：

dType, 数据类型，当前数据库支持的基本数据类型；
opf2, 二元操作函数数组，数据大小为当前数据库支持的运算类型最大值，每个数据成员为对应的操作函数；操作的类型在node.h中已经定义。

3.3 表达式运算

当一个运算节点需要计算表达式值时，调用基础的二元表达式计算函数即可。

ValuesData* ComputeExpr(Expr_Op opType, ValuesData *lres, ValuesData *rres)
{
    ValuesData *result = NULL;

    if(lres == NULL)
        returnNULL;
    
    if(dTypesProc[lres->dataType] == NULL)
    {
        /* not support */
        returnNULL;
    }
    else
    {
        if((rres != NULL) && (rres->dataType != lres->dataType))
        {
            printf("right operand may be ocur type conversation.\n");
   returnNULL;
        }

        result = dTypesProc[lres->dataType]->opf2[opType](lres, rres);
    }

    return result;
}

函数流程如下：

函数参数传入操作符类型，左右操作数，左操作数不能为空，当然一元操作时，右操作数为空；
当左右操作数的数据类型不一致时，右操作数可能会发生类型转换；
调用左操作数对应的运算函数进行表达式计算；如果操作数不支持类型转换时，就会产生错误。

其中dTypesProc是一个运算符集合的结构体的数组，数据大小为数据类型的个数，每种数据类型将它支持的运算函数集合结构加到数组中，通过数据类型进行索引，再按操作符类型索引就可以找到对应的运算函数。

DataTypeProcs* dTypesProc[DT_END] =
{
    &integerDataTypeProcEntry,
    &FloatDataTypeProcEntry,
    &CharDataTypeProcEntry,
    &BoolDataTypeProcEntry,
    &VarcharDataTypeProcEntry,
    &TextDataTypeProcEntry
};