型係統 類在 C一個 引擎上實現 查詢
把執行計劃塞進類型係統
在 TypedSql 裏,型系
字麵量工廠
上麵這些編碼最後都歸到一個工廠類裏統一封裝:
internal static class LiteralTypeFactory{ public static Type CreateIntLiteral(int value) { ... } public static Type CreateFloatLiteral(float value) { ... } public static Type CreateBoolLiteral(bool value) { ... } public static Type CreateStringLiteral(string?统上 value) { ... }}SQL 編譯階段會根據兩方麵信息來調用它 :
- 列的運行時類型(
int、在 JIT 看來,实现於是查询
StringLiteral<StringNull>.Value直接返回new ValueString(null)。入口一般會是引擎這樣的:var compiled = QueryEngine.Compile<Person, string>( "SELECT Name FROM $ WHERE City != 'Seattle'");Compile<TRow, TResult>在內部會做這麽幾件事 :- 解析 SQL
,JIT 又生成了代碼跳轉到
G_M000_IG10,型系簡單性能對比
TypedSql 的统上目標並不是炫技用類型 ,底層交給
ValueTupleConvertHelper去做拷貝和字段轉換。实现TypedSql 裏有一個很小的查询優化器,都隻是引擎跑一遍已經專門化好的靜態管道 , // 遇到 Rest 字段時遞歸。型系

把查詢變成嵌套的泛型類型
TypedSql 的核心想法看上去非常簡單 :一個查詢 ,減少了一次比較指令。实现把這些東西變成:
- 一個封閉的查询管道類型
TPipeline, }}這樣,引擎
不過需要注意的是,
列和投影
查詢總得運行在某種行類型
TRow上,它隻是圍繞一個很具體的問題 :C# 的類型係統到底能讓我們把多少查詢邏輯搬過去,遠遠超過即使是在 .NET 10 中已經被高度優化後的 LINQ 的性能 。JIT 直接把我們的字符串字麵量的長度常量嵌進了機器碼裏;進一步當長度匹配時 ,我們的字麵量就緩存在那個類型的靜態字段裏,所以完全透明 。一條WHERE子句,類型檢查、這通常是你自己定義的一個 record/class/struct 。隻是單純看作 SQL 結構 。展開、每個節點隻有一個靜態
Evaluate方法。這裏的72就是sizeof(Person),同時對外還不需要暴露這些內部細節,
最終編譯出來的類型,
- 一個封閉的查询管道類型
- 解析 SQL
,JIT 又生成了代碼跳轉到
編譯器做的事情 ,
於是我選擇把字符串包在一個小的值類型裏:
internal readonly struct ValueString(string? value) : IEquatable<ValueString>, IComparable<ValueString>{ public readonly string? Value = value; public int CompareTo(ValueString other) => string.Compare(Value, other.Value, StringComparison.Ordinal); public bool Equals(ValueString other) { return string.Equals(Value, other.Value, StringComparison.Ordinal); } public override string? ToString() => Value; public static implicit operator ValueString(string value) => new(value); public static implicit operator string?(ValueString value) => value.Value;}再配一個適配器,'e'、最大化性能
。.NET 又能針對這些類型生成多快的代碼
?
於是,而把構建好的類型輸出成代碼文件,它的 Value在類型初始化時算好並緩存下來,類型特化後的循環
。所有字符串列都統一成 ValueString,因此作為查詢條件中的字麵量
,
布爾結構
給定一個解析後的 WhereExpression樹 :
A AND B→AndFilter<TRow, TA, TB>;A OR B→OrFilter<TRow, TA, TB>;NOT A→NotFilter<TRow, TA>。你照樣寫string,結構在編譯期就定死- 列
、按字段複製,通常有幾種選擇:
- 寫一個
foreach循環 —— 性能好、一旦這些泛型類型參數都被代入 ,這裏的10就是字符串字麵量'Seattle'的長度 ,JIT 直接把行類型的大小常量也嵌進去了 ,一個非常簡單的 benchmark 就是拿三個方案做對比:
- 一條 TypedSql 查詢;
- 一條等價的 LINQ 查詢;
- 一段手寫的
foreach循環 。過濾器
過濾器的接口長這樣 :
internal interface IFilter<TRow>{ static abstract bool Evaluate(in TRow row);}一個最常用的比較過濾器形式 ,提升性能 。再通過 NativeAOT 編譯成原生二進製文件,
它在類型初始化時 ,
值類型特化版字符串:
ValueString在 .NET 裏,這一塊用到了動態代碼生成 ,比如:
Where<TRow, TPredicate, TNext, TResult, TRoot>Select<TRow, TProjection, TNext, TMiddle, TResult, TRoot>WhereSelect<TRow, TPredicate, TProjection, TNext, TMiddle, TResult, TRoot>Stop<TResult, TRoot>
每個節點都實現了同一個接口 :
internal interface IQueryNode<TRow, TResult, TRoot>{ static abstract void Run(ReadOnlySpan<TRow> rows, scoped ref QueryRuntime<TResult> runtime); static abstract void Process(in TRow row, scoped ref QueryRuntime<TResult> runtime);}這裏可以簡單理解成 :
Run是外麵那一圈大循環(整體遍曆);Process是對單行執行的邏輯。這個想法最終促成了 TypedSql —— 一個用 C# 類型係統實現的內存內 SQL 查詢引擎 。則是通過
CreateStringLiteral("Seattle")得到的某個StringLiteral<SomeStringNode<…>>。JIT 不僅把字麵量的值嵌進去了,並且不同於 C++ 的模板和 constexpr,Stop)- 把數字和字符串字麵量都編碼成類型(
ILiteral<T>)
最後得到的是一個小小的 、過濾全都表示成帶靜態方法的
struct,步驟稍微多一點 :SELECT col:- 根據列名解析出對應的
ColumnMetadata; - 決定它的運行時值類型
:
- 如果列類型本身不是
string,看起來很像 SQL 的內存查詢引擎;而在 JIT 眼裏,就做對應轉換 ,最後還得把結果以某種形式“交出去” 。整個係統其實完全不知道 C# 裏麵的類型是什麽樣的 ,運行時類型改為ValueString;
- 如果列類型本身不是
- 構建一個
ColumnProjection<TRuntimeColumn, TRow, TRuntimeValue>。都會在Stop前麵再加一個Select節點:Select<TRow, TProjection, Stop<...>, TMiddle, TRuntimeResult, TRoot> → Stop<...>這個節點內部會調用投影的靜態
Project方法 ,ValueString); - 字麵量的種類(
Integer、構造出真正的ValueString:internal readonly struct StringLiteral<TString> : ILiteral<ValueString> where TString : IStringNode{ public static ValueString Value => Cache.Value; private static class Cache { public static readonly ValueString Value = Build(); private static ValueString Build() { var length = TString.Length; if (length < 0) return new ValueString(null); if (length == 0) return new ValueString(string.Empty); var chars = new char[length]; TString.Write(chars.AsSpan(), 0); return new string(chars, 0, length); } }}StringLiteral<TString>就是一個ILiteral<ValueString>,上述代碼的邏輯等價於 :
int length = elements.Length;Span<int> values = new int[length];int count = 0;for (int i = length - 1; i >= 0; i--){ var elem = elements[i]; var city = elem.City; if (city == null) continue; if (city.Length == 10 && city == "Seattle") { values[length - 1 - count] = elem.Id; count++; }}return values[..count];看到了嗎 ?跟你手寫的循環幾乎一模一樣!在 TypeSql 中 ,解析器會把它識別為
LiteralKind.Null; - 對字符串列來說 ,就把它替換成:
WhereSelect<TRow, TPredicate, TProjection, TNext, TMiddle, TResult, TRoot>這個融合節點的實現如下 :
internal readonly struct WhereSelect<TRow, TPredicate, TProjection, TNext, TMiddle, TResult, TRoot> : IQueryNode<TRow, TResult, TRoot> where TPredicate : IFilter<TRow> where TProjection : IProjection<TRow, TMiddle> where TNext : IQueryNode<TMiddle, TResult, TRoot>{ public static void Run(ReadOnlySpan<TRow> rows, scoped ref QueryRuntime<TResult> runtime) { for (var i = 0; i < rows.Length; i++) { Process(in rows[i], ref runtime); } } public static void Process(in TRow row, scoped ref QueryRuntime<TResult> runtime) { if (TPredicate.Evaluate(in row)) { var projected = TProjection.Project(in row); TNext.Process(in projected, ref runtime); } }}於是像下麵這種常見的查詢:
SELECT Name FROM $ WHERE City = 'Seattle'最終就會是:
WhereSelect<...> → Stop<...>也就是說 :一個循環裏完成過濾和投影,內部包
string?) - ……未來還可以擴展更多
數值字麵量
數值字麵量的編碼方式很直接:用 16 進製和位運算拚出來。
把字符串塞進類型
LiteralTypeFactory.CreateStringLiteral負責把字符串字麵量轉換成這樣一個類型:public static Type CreateStringLiteral(string? value){ if (value is null) { return typeof(StringLiteral<StringNull>); } var type = typeof(StringEnd); for (var i = value.Length - 1; i >= 0; i--) { var charType = CreateCharType(value[i]); // Char<...> type = typeof(StringNode<,>).MakeGenericType(charType, type); } return typeof(StringLiteral<>).MakeGenericType(type);}比如我們有一個字麵量
'Seattle',- 根據列名解析出對應的
調用
CreateStringLiteral("Seattle"):初始
type = typeof(StringEnd);從右到左遍曆每個字符 :
'e'→ 得到一個Char<…>類型(4 個十六進製數位對應 Unicode)type = StringNode<Char<'e'>, StringEnd>
'l'再往前:type = StringNode<Char<'l'>, StringNode<Char<'e'>, StringEnd>>
- 一直重複:
't'、否則的話 ,要遞歸下去做同樣的事情。也就是說,從而實際上並不存在任何的分支開銷 。歡迎點讚和 Star :https://github.com/hez2010/TypedSql 我們的優化器還能識別更複雜的嵌套結構 ,投影、而過濾器在需要值的時候,
編譯
WHEREWHERE子句以遞歸方式編譯成類型。這時候:
- 運行時結果類型 = 行類型本身
:
TRuntimeResult = TRow; - 公共結果類型也是
TRow; - 管道尾部就是一個
Stop<TRow, TRow>節點。也可以返回元組 :var seniorTitles = QueryEngine.Compile<Person, (string Name, string City, string Level)>( """ SELECT Name, City, Level FROM $ WHERE Level = 'Senior' AND City = 'Seattle' """);foreach (var (name, city, level) in seniorTitles.Execute(allPeople.AsSpan())){ Console.WriteLine($"{ name} in { city} [{ level}]");}所有重活——解析 SQL、內存內查詢,從而避免了一切運行時的計算開銷 。後續訪問都是直接讀靜態字段 ,
展望未來的應用,而是想試試看 :在保持 SQL 風格外殼的情況下,隻需要簡單地把泛型參數取出來重新帶入到新的融合類型即可,而就是一個數組或者
List<T>。沒有任何的虛擬調用 ,它其實就是一套可以進行高度優化的、
最終的效果就是:WHERE 子句裏每一個字麵量,這段代碼專門處理長度為 10 的字符串的快速比較路徑。而是針對單表 、來分別處理
null的情況。而不需要在編譯時確定一切!從而實現極高的性能。不存在任何的反射和裝箱 ,float、把字麵量變成ILiteral<T>類型。CreateStringLiteral(null)會返回typeof(StringLiteral<StringNull>); - 運行時結果類型 = 行類型本身
:
StringNull.Length == -1,它會把內部的ValueString[]包裝一下,也不是某個遠程服務的結果 ,就是字麵量'Seattle'的類型版本。沒有任何的運行時分發 ,字麵量編碼、諸如查詢引擎、生成ParsedQuery;- 把 SQL 編譯成:
- 管道類型
TPipeline; TRuntimeResult;TPublicResult;
- 管道類型
- 檢查
TPublicResult是否和你指定的TResult一致; - 構造
QueryProgram<TRow, TPipeline, TRuntimeResult, TPublicResult>這個類型; - 找到它的靜態方法
Execute(ReadOnlySpan<TRow>); - 把它變成一個委托 ,也可以把它輸出到代碼裏然後通過 NativeAOT 編譯成原生二進製文件 ,
SQL 編譯器接下來要做的就是,也必須變成類型參數的一部分。比如
(ValueString, int, ValueString, …),
編譯
SELECT先看選擇部分。可以這麽寫 :
internal readonly struct ColumnProjection<TColumn, TRow, TValue> : IProjection<TRow, TValue> where TColumn : IColumn<TRow, TValue>{ public static TValue Project(in TRow row) => TColumn.Get(row);}多列選擇時,其實可以是一串嵌套的泛型類型 ,
最後組合出一個過濾器類型 :
EqualsFilter<Person, ValueStringColumn<PersonCityColumn, Person>, StringLiteral<...>, ValueString>到這一步,再通過
TString.Length和TString.Write複原出一個ValueString("Seattle"),但代碼稍微有點囉嗦; - 用 LINQ —— 寫起來舒服,
- 寫一個
最後 ,我們已經有了 :
- 一棵解析出來的查詢(
SELECT+WHERE); - 一份 schema , // 若發現 string <-> ValueString,投影一下 。把結果拚成
ValueTuple:internal readonly struct ValueTupleProjection<TRow, TColumn1, TValue1> : IProjection<TRow, ValueTuple<TValue1>> where TColumn1 : IColumn<TRow, TValue1>{ public static ValueTuple<TValue1> Project(in TRow row) => new(TColumn1.Get(row));}// … 一直到 7 列,於是對應的運行時類型是ValueString。內部用''轉義) null
$代表當前行來源整體解析流程很簡單:
- 先把 SQL 字符串切成 token;
- 再構建一棵小 AST ,減少中間步驟 ,
SELECT *最簡單的情況就是:
SELECT * FROM $。再往下推幾步 ,少一點引用類型的幹擾; - 避開了泛型共享帶來的類型字典查找開銷。才允許使用這種元組轉換。這個類型從頭到尾描述了整個查詢管道,盡可能地把
Where和Select融合在一起,前言
在 .NET 裏寫查詢的時候 ,有幾個好處 :
- 熱路徑裏盡量是值類型,都可以通過類似的方式來實現 ,完全藏在這些類型參數裏麵;
- 每個節點是一個隻有靜態方法的
struct—— 不需要創建實例 ,搭好整個管道類型
到目前為止,用接口
IStringNode來描述:internal interface IStringNode{ static abstract int Length { get; } static abstract void Write(Span<char> destination, int index);}有三個實現:
StringEnd:字符串的結尾(長度 0);StringNull:表示 null 字符串(長度 -1);StringNode<TChar, TNext>:當前一個字符 + 剩餘部分 。
之後每次.Execute,字符串字麵量就比較有趣了。而我的 TypedSql 會在內部自動在邊緣位置做封裝/解封裝,達到了性能和易用性的平衡 。再寫真正的 SQL(這聽起來就有點反直覺……)
但是我想嚐試一條完全不同的思路:如果我們把 C# 的類型係統本身 ,
Null)。順著這個想法,.NET 的 JIT 能夠識別這種模式 ,我們就可以基於某個
IStringNode,會自然落到一套具體的設計上 。隻是簡單地訪問TLiteral.Value,再注意看循環計數器的更新部分 ,
這也符合我們對它內部結構的預期:
- 查詢管道是類型層級的,所有的字麵量類型都實現同一個接口
:
internal interface ILiteral<T>{ static abstract T Value { get; }}適用範圍包括 :
- 整數(
int) - 浮點數(
float) - 字符(
char) - 布爾(
bool) - 字符串(這裏是
ValueString,並且借助 JIT 編譯器的強大優化能力,一個查詢的入口長這樣:
internal static class QueryProgram<TRow, TPipeline, TRuntimeResult, TPublicResult> where TPipeline : IQueryNode<TRow, TRuntimeResult, TRow>{ public static IReadOnlyList<TPublicResult> Execute(ReadOnlySpan<TRow> rows) { var runtime = new QueryRuntime<TRuntimeResult>(rows.Length); TPipeline.Run(rows, ref runtime); return ConvertResult(ref runtime); } private static IReadOnlyList<TPublicResult> ConvertResult(ref QueryRuntime<TRuntimeResult> runtime) { if (typeof(IReadOnlyList<TRuntimeResult>) == typeof(IReadOnlyList<TPublicResult>)) { return (IReadOnlyList<TPublicResult>)(object)runtime.Rows; } else if (typeof(IReadOnlyList<TRuntimeResult>) == typeof(IReadOnlyList<ValueString>) && typeof(IReadOnlyList<TPublicResult>) == typeof(IReadOnlyList<string>)) { return (IReadOnlyList<TPublicResult>)(object)runtime.AsStringRows(); } else if (RuntimeFeature.IsDynamicCodeSupported && typeof(TRuntimeResult).IsGenericType && typeof(TPublicResult).IsGenericType) { return runtime.AsValueTupleRows<TPublicResult>(); } throw new InvalidOperationException($"Cannot convert query result from '{ typeof(TRuntimeResult)}' to '{ typeof(TPublicResult)}'."); }}可以看到主要有三種情況:
運行時結果類型和公共結果類型一模一樣
→ 直接把Rows返回就行 。我隻是想過濾一下 、Boolean、這就是一張普通的靜態調用圖而已 。從而在保持靈活性的同時 ,去虛擬化和內聯等優化 ,而不是為string泛型實例化一個具體類型,上個跑分結果 :
Method Mean Error StdDev Gen0 Code Size Allocated TypedSql 10.953 ns 0.0250 ns 0.0195 ns 0.0051 111 B 80 B Linq 27.030 ns 0.1277 ns 0.1067 ns 0.0148 3,943 B 232 B Foreach 9.429 ns 0.0417 ns 0.0326 ns 0.0046 407 B 72 B 可以看到 :TypedSql 在時間和分配上無限逼近
foreach,其中複原通過靜態類型的緩存完成 ,Select、TypedSql 會構造專門的投影 ,每一列會實現這樣一個接口:
internal interface IColumn<TRow, TValue>{ static abstract string Identifier { get; } static abstract TValue Get(in TRow row);}舉個簡單的例子 :
internal readonly struct PersonNameColumn : IColumn<Person, string>{ public static string Identifier => "Name"; public static string Get(in Person row) => row.Name;}而投影(
SELECT後麵那部分)則實現:internal interface IProjection<TRow, TResult>{ static abstract TResult Project(in TRow row);}將選出某一列本身做成一個投影,以後每次
Execute就隻是 :- 一次直接的靜態調用;
- 調入一個所有類型參數已經封死的泛型方法;
- 這個方法裏麵再調用一串全是
struct和靜態方法組成的管道。看起來也優雅 ,
大致邏輯如下 :
TRuntimeResult = typeof(TRow);TPublicResult = typeof(TRow);TPipelineTail = typeof(Stop<,>).MakeGenericType(TRuntimeResult, typeof(TRow));SELECT col/SELECT col1, col2, ...當有明確列投影時,無論是一列還是多列,
對使用者來說,全是靜態方法 。
'a'、投影 、例如 :// 編譯一次var wellPaidManagers = QueryEngine.Compile<Person, Person>( """ SELECT * FROM $ WHERE Department = 'Engineering' AND IsManager = true AND YearsAtCompany >= 5 AND Salary > 170000 AND Country = 'US' """);// 針對不同數據集多次執行var result = wellPaidManagers.Execute(allPeople.AsSpan()); - 整數(
要是你隻需要一部分列,
這個管道是由一些基礎節點拚出來的 ,還根據它生成了專門的代碼路徑
!當成查詢計劃會怎樣
?
也就是說 ,
SELECT col1, col2, ... :
- 分別解析每一列;
- 構造一個
ValueTupleProjection,把列名映射到具體的IColumn<TRow, TValue>實現; - 一套機製,借助類型係統的力量,完全是 JIT 能看懂的強類型 、非常高效
。這時候,所以我想盡量把熱路徑裏涉及的類型都做成值類型。
bool、
CompiledQuery<TRow, TResult>本身隻是包了一個委托:
private readonly Func<ReadOnlySpan<TRow>, IReadOnlyList<TResult>> _entryPoint = executeMethod.CreateDelegate<Func<ReadOnlySpan<TRow>, IReadOnlyList<TResult>>>();然後對外暴露 :
public IReadOnlyList<TResult> Execute(ReadOnlySpan<TRow> rows) => _entryPoint(rows);得益於 .NET 10 對委托的逃逸分析、都是同樣的套路 。我們的引擎是完全支持來自外部的動態輸入的 ,也同樣是可行的 。這一層委托調用可以說幾乎沒有任何開銷。編寫一次,
而是:寫一段 SQL 風格的字符串,兩者之間通過這一層幫助類橋接,
ValueTupleConvertHelper:用動態 IL 在元組之間搬運字段
ValueTupleConvertHelper<TPublicResult, TRuntimeResult>的職責是:
- 在兩個兼容形狀的
ValueTuple之間搬運字段; - 識別並處理
string↔ValueString的轉換; - 如果
ValueTuple有Rest(嵌套元組) ,不是像平時那樣 :- 在運行時構建一棵表達式樹
,然後通過一個“Rest”再遞歸掛一個 IProjection
還是同樣的模式 :全是
struct,可控,生成一個LiteralValue:Kind == LiteralKind.StringStringValue == "Seattle"
編譯階段根據列的類型判斷:這是個字符串列,例如 :
public sealed record Person( int Id, string Name, int Age, string City, float Salary, string Department, bool IsManager, int YearsAtCompany, string Country, string? Team, string Level);為每一列實現一個
IColumn<Person, TValue>;把這些列注冊到
Person對應的 schema 裏;然後就可以編譯並運行查詢,DSL 編譯器、一旦
Compile做完這些準備工作,生成非常高效的代碼。這裏我選擇在類型層麵構建一條字符鏈表,再把結果轉交給
Stop.Process處理 。把它編譯成一個類型,null和""在類型層麵和運行時都可以被區分開。甚至是語言運行時等複雜係統,返回一個ValueTuple<...>,使用和性能測試
快速上手
和很多輕量級查詢庫類似,
比如
Where節點大概長這樣 :internal readonly struct Where<TRow, TPredicate, TNext, TResult, TRoot> : IQueryNode<TRow, TResult, TRoot> where TPredicate : IFilter<TRow> where TNext : IQueryNode<TRow, TResult, TRoot>{ public static void Run(ReadOnlySpan<TRow> rows, scoped ref QueryRuntime<TResult> runtime) { for (var i = 0; i < rows.Length; i++) { Process(in rows[i], ref runtime); } } public static void Process(in TRow row, scoped ref QueryRuntime<TResult> runtime) { if (TPredicate.Evaluate(in row)) { TNext.Process(in row, ref runtime); } }}關鍵點在於:
- 管道的形狀 ,在 TypeSql 中,整個流程大致是:
解析階段讀到
'Seattle',過濾全是值類型 + 靜態方法- 字符串統一走
ValueString熱路徑 - 字麵量則通過
ILiteral<T>嵌在類型參數裏 - 所有這些都讓 JIT 能夠把代碼特化、
對 JIT 來說 ,而外麵看到的則是
(string, int, string, …),避免了運行時的計算;而dec esi更是直接把遞增的循環優化成了遞減 , - 在運行時構建一棵表達式樹
,然後通過一個“Rest”再遞歸掛一個 IProjection
任務內容 :
- 過濾出
City == "Seattle"的行; - 返回它們的
Id。委托帶來的那點開銷; - 要麽幹脆極端一點:把數據塞進數據庫 ,包含:
ParsedQuery:整體查詢Selection:SelectAll或者列名列表WhereExpression:篩選表達式ComparisonExpression:比較AndExpression:與OrExpression:或NotExpression:非
LiteralValue:字麵量LiteralKind.Integer+IntValueLiteralKind.Float+FloatValueLiteralKind.Boolean+BoolValueLiteralKind.String+StringValue(string?)LiteralKind.Null
在這個階段,'t'、不需要再分兩趟 。以及這個字麵量能不能用在那一列上之類的問題,
因此答案是肯定的:.NET 的類型係統完全可以用來表達圖靈完備的邏輯,會生成一個 DynamicMethod來做拷貝:
internal static class ValueTupleConvertHelper<TPublicResult, TRuntimeResult>{ private delegate void CopyDelegate(ref TPublicResult dest, ref readonly TRuntimeResult source); private static readonly CopyDelegate _helper = default!; public static void Copy(ref TPublicResult dest, ref readonly TRuntimeResult source) { if (typeof(TPublicResult) == typeof(TRuntimeResult)) { dest = Unsafe.As<TRuntimeResult, TPublicResult>(ref Unsafe.AsRef(in source)); } else { _helper.Invoke(ref dest, in source); } } static ValueTupleConvertHelper() { // 構造 DynamicMethod 和 IL ,隻不過最後用 Unsafe.BitCast<int, float>轉回 float:internal readonly struct Float<H7, H6, H5, H4, H3, H2, H1, H0> : ILiteral<float> where H7 : IHex // ...{ public static float Value => Unsafe.BitCast<int, float>( (H7.Value << 28) | (H6.Value << 24) | (H5.Value << 20) | (H4.Value << 16) | (H3.Value << 12) | (H2.Value << 8) | (H1.Value << 4) | H0.Value);}
字符則是 4 個十六進製數位 :
internal readonly struct Char<H3, H2, H1, H0> : ILiteral<char> where H3 : IHex // ...{ public static char Value => (char)((H3.Value << 12) | (H2.Value << 8) | (H1.Value << 4) | H0.Value);}
字符串字麵量 :類型的鏈表!我們能讓生成的代碼離一個手寫循環有多近。在類型係統裏搭管道——都發生在編譯查詢這一步。每一個獨立的字麵量都會產生一個單獨的類型實例,我們就可以把一個 Where節點掛到管道上了 :Where<TRow, TPredicate, TNext, TRuntimeResult, TRoot> → ...
把 Where和 Select融合起來
直接這麽拚出來的管道是正確的
,是列 + 字麵量:
internal readonly struct EqualsFilter<TRow, TColumn, TLiteral, TValue> : IFilter<TRow> where TColumn : IColumn<TRow, TValue> where TLiteral : ILiteral<TValue> where TValue : IEquatable<TValue>, IComparable<TValue>{ [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)] public static bool Evaluate(in TRow row) { if (typeof(TValue).IsValueType) { return TColumn.Get(row).Equals(TLiteral.Value); } else { var left = TColumn.Get(row); var right = TLiteral.Value; if (left is null && right is null) return true; if (left is null || right is null) return false; return left.Equals(right); } }}
這裏我們通過判斷 TValue是值類型還是引用類型 ,很多場景下數據其實早就都在內存裏了 :不是數據庫連接,
實現一個 SQL 子集
TypedSql 並不打算做成一個大而全的 SQL 引擎,G_M000_IG05裏的 add r14, 72,外麵希望看到 string
→ 調用 AsStringRows
,但是 TypedSql 追求的是媲美手寫循環的性能,那麽 :
- 運行時列類型是 :
ValueStringColumn<PersonCityColumn, Person>; - 運行時值類型是:
ValueString; - 字麵量類型,這使得查詢過程可以最大化利用值類型的泛型特化優勢,兩全其美 。
兩邊都是某種 ValueTuple形狀
→ 用 AsValueTupleRows<TPublicResult>(),TypedSql 的打開方法是
:
定義你的行類型,值直接嵌在類型參數裏
。就隻能退回到直接讓運行時結果類型和公共結果類型一致的方式
。把原來的 string列變成 ValueString列
:
internal readonly struct ValueStringColumn<TColumn, TRow> : IColumn<TRow, ValueString> where TColumn : IColumn<TRow, string>{ public static string Identifier => TColumn.Identifier; public static ValueString Get(in TRow row) => new(TColumn.Get(in row));}
在內部 ,大概是對這棵樹一層層往下調自己的方法
:
Type BuildPredicate<TRow>(WhereExpression expr){ return expr switch { ComparisonExpression cmpExpr => BuildComparisonPredicate<TRow>(cmpExpr), AndExpression andExpr => typeof(AndFilter<,,>).MakeGenericType(typeof(TRow), BuildPredicate<TRow>(andExpr.Left), BuildPredicate<TRow>(andExpr.Right)), OrExpression orExpr => typeof(OrFilter<,,>).MakeGenericType(typeof(TRow), BuildPredicate<TRow>(orExpr.Left), BuildPredicate<TRow>(orExpr.Right)), NotExpression notExpr => typeof(NotFilter<,>).MakeGenericType(typeof(TRow), BuildPredicate<TRow>(notExpr.Expression)), _ => throw … };}
比較表達式
每一個葉子比較表達式
,列又是什麽,裏麵放運行時類型;
- 同時記錄一份公共
ValueTuple<...>類型
,結果轉換
管道把所有行跑完之後,
把字麵量變成類型 —— 包括字符串
在這裏
,這使得運行時會產生類型字典查找的開銷 。設計了一個很小的 SQL 方言:
支持這些語句
:
SELECT * FROM $SELECT col FROM $SELECT col1, col2, ... FROM $WHERE支持
:- 比較:
=, !=, >, <, >=, <= - 布爾:
AND, OR, NOT - 括號
- 字麵量支持:
- 整數(如
42) - 浮點數(如
123.45) - 布爾(
true/ false) - 單引號字符串(
'Seattle',成本也很低。Float、LessOrEqualFilter、最終就會變成一棵泛型過濾器類型樹,內聯 ,GreaterThanFilter、會留到後麵的編譯階段去做 。每一個編譯好的查詢,因此 TypedSql 會在編譯階段檢查這一點
,
邏輯運算也是在類型層麵組合的:
internal readonly struct AndFilter<TRow, TLeft, TRight> : IFilter<TRow> where TLeft : IFilter<TRow> where TRight : IFilter<TRow>{ public static bool Evaluate(in TRow row) => TLeft.Evaluate(in row) && TRight.Evaluate(in row);}internal readonly struct OrFilter<TRow, TLeft, TRight> : IFilter<TRow> where TLeft : IFilter<TRow> where TRight : IFilter<TRow>{ public static bool Evaluate(in TRow row) => TLeft.Evaluate(in row) || TRight.Evaluate(in row);}internal readonly struct NotFilter<TRow, TPredicate> : IFilter<TRow> where TPredicate : IFilter<TRow>{ public static bool Evaluate(in TRow row) => !TPredicate.Evaluate(in row);}
所以,所以隻需要計算一次,一個整型字麵量長這樣:
internal readonly struct Int<H7, H6, H5, H4, H3, H2, H1, H0> : ILiteral<int> where H7 : IHex // ... where H0 : IHex{ public static int Value => (H7.Value << 28) | (H6.Value << 24) | (H5.Value << 20) | (H4.Value << 16) | (H3.Value << 12) | (H2.Value << 8) | (H1.Value << 4) | H0.Value;}
浮點數也是一樣的 8 個十六進製數位 ,
於是,如果那一列是字符串列 ,零分配代碼
,我想針對每一個 SQL 語句都生成一份獨特的類型
,比如:
City = 'Seattle'Salary >= 180000Team != null
都會變成一個具體的過濾器類型:
Type BuildComparisonPredicate<TRow>(ComparisonExpression comparison){ var rowType = typeof(TRow); var column = SchemaRegistry<TRow>.ResolveColumn(comparison.ColumnIdentifier); var runtimeColumnType = column.GetRuntimeColumnType(rowType); var runtimeColumnValueType = column.GetRuntimeValueType(); var literalType = CreateLiteralType(runtimeColumnValueType, comparison.Literal); var filterDefinition = comparison.Operator switch { ComparisonOperator.Equals => typeof(EqualsFilter<,,,>), ComparisonOperator.GreaterThan => typeof(GreaterThanFilter<,,,>), ComparisonOperator.LessThan => typeof(LessThanFilter<,,,>), ComparisonOperator.GreaterOrEqual=> typeof(GreaterOrEqualFilter<,,,>), ComparisonOperator.LessOrEqual => typeof(LessOrEqualFilter<,,,>), ComparisonOperator.NotEqual => typeof(NotEqualFilter<,,,>), _ => throw … }; return filterDefinition.MakeGenericType( rowType, runtimeColumnType, literalType, runtimeColumnValueType);}
以 City = 'Seattle'為例
,我們實現了 :
- 把列、同時支持 JIT 和 AOT ,對外返回
string?(靠隱式轉換)
。 運行時內部用的是 ValueString,它實現 IQueryNode<TRow, TRuntimeResult, TRoot>;
- 一個運行時結果類型
TRuntimeResult; - 一個對外公開的結果類型
TPublicResult
。確保隻有在支持動態代碼的環境下,GreaterOrEqualFilter 、我們的抽象完全被 JIT 優化的一幹二淨 !比如 WhereSelect<TRow, …, Stop<...>>這樣
。並且為值類型和引用類型分別特化並生成不同的代碼路徑,沒有虛調用
。而這並不需要複雜的優化算法,就是有迭代器 、而你甚至不需要實現任何的代碼生成後端,
internal readonly struct StringEnd : IStringNode{ public static int Length => 0; public static void Write(Span<char> destination, int index) { }}internal readonly struct StringNull : IStringNode{ public static int Length => -1; public static void Write(Span<char> destination, int index) { }}internal readonly struct StringNode<TChar, TNext> : IStringNode where TChar : ILiteral<char> where TNext : IStringNode{ public static int Length => 1 + TNext.Length; public static void Write(Span<char> destination, int index) { destination[index] = TChar.Value; TNext.Write(destination, index + 1); }}
有了這樣的類型鏈表 ,就能讓 JIT 幫你完成大部分的工作。會去找這樣的模式:
Where<TRow, TPredicate, Select<TRow, TProjection, TNext, TMiddle, TResult, TRoot>, TResult, TRoot>
一旦發現
,運行時內部可以用一個對自己更舒服的元組類型,塞進 CompiledQuery<TRow, TResult> 。都會變成一個具體的 ILiteral<T>類型,'S'……
最終得到類似這樣一個類型:
StringNode<Char<'S'>, StringNode<Char<'e'>, StringNode<Char<'a'>, StringNode<Char<'t'>, StringNode<Char<'t'>, StringNode<Char<'l'>, StringNode<Char<'e'>, StringEnd>>>>>>>>
最後再用 StringLiteral<>把它包起來 :
StringLiteral< StringNode<Char<'S'>, StringNode<Char<'e'>, ... > >>
這一整個封閉泛型類型
,隻要利用好 C# 的泛型和靜態成員,
整體流程 :編譯並執行查詢
站在使用者的角度
,
先來一組 IHex接口和 Hex0–HexFstruct:
internal interface IHex { static abstract int Value { get; } }internal readonly struct Hex0 : IHex { public static int Value => 0; }// ...internal readonly struct HexF : IHex { public static int Value => 15; }
然後 ,雖然這點開銷不大 ,
null 字符串字麵量
null的處理稍微特殊一點:
- 寫類似
WHERE Team != null這種代碼時
,String
