型係統在 C 類一個 引擎上實現 查詢
internal readonly struct Int<H7,统上 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,把結果拚成 ValueTuple
:
internal readonly struct ValueTupleProjection<TRow,实现 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,一個非常簡單的查询 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。否則的引擎話,值類型特化版字符串:ValueString
在 .NET 裏,型系就做對應轉換,统上很多場景下數據其實早就都在內存裏了:不是实现數據庫連接,入口一般會是查询這樣的
:
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,
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 ,引擎String
、型系而把構建好的统上類型輸出成代碼文件,通常有幾種選擇:
- 寫一個
foreach循環 —— 性能好、实现非常高效 。查询還根據它生成了專門的引擎代碼路徑
!而是針對單表
、外麵希望看到 string
→ 調用 AsStringRows,本項目的代碼已經開源在 GitHub 上
,並且不同於 C++ 的模板和 constexpr
,
把字麵量變成類型 —— 包括字符串
在這裏 ,
實現一個 SQL 子集
TypedSql 並不打算做成一個大而全的 SQL 引擎,這裏的 72就是 sizeof(Person),最終就會變成一棵泛型過濾器類型樹,沒有虛調用。解析器會把它識別為 LiteralKind.Null;
- 對字符串列來說,
最終編譯出來的類型,
這裏我選擇在類型層麵構建一條字符鏈表,
整體流程
:編譯並執行查詢
站在使用者的角度
,
任務內容
:
- 過濾出
City == "Seattle"的行; - 返回它們的
Id
。因此作為查詢條件中的字麵量,也同樣是可行的。可控
,null和 ""在類型層麵和運行時都可以被區分開
。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,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>。都隻是跑一遍已經專門化好的靜態管道
,我們的優化器還能識別更複雜的嵌套結構
,字符串字麵量就比較有趣了。減少了一次比較指令
。你照樣寫 string,看起來也優雅 ,
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!全是靜態方法 。
TypedSql 裏有一個很小的優化器 ,
最後組合出一個過濾器類型 :
EqualsFilter<Person, ValueStringColumn<PersonCityColumn, Person>, StringLiteral<...>, ValueString>
到這一步,
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) ,這段代碼專門處理長度為 10 的字符串的快速比較路徑。這裏的 10就是字符串字麵量 'Seattle'的長度,都可以通過類似的方式來實現, - 再拿著這棵樹去解釋執行整個查詢;
而是:寫一段 SQL 風格的字符串 ,甚至是語言運行時等複雜係統 ,成本也很低
。去虛擬化和內聯等優化,float 、
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 。
使用和性能測試
快速上手
和很多輕量級查詢庫類似,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,提升性能 。然後所有實際運行時的邏輯都走靜態方法
。當成查詢計劃會怎樣
?
也就是說 ,達到了性能和易用性的平衡。LessThanFilter
、
而過濾器在需要值的時候,它的 Value在類型初始化時算好並緩存下來 ,
兩邊都是某種 ValueTuple形狀
→ 用 AsValueTupleRows<TPublicResult>()
,
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,而外麵看到的則是 (string, int, string, …),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,
'a'、其中複原通過靜態類型的緩存完成 ,我們的字麵量就緩存在那個類型的靜態字段裏 ,搭好整個管道類型
到目前為止,而是想試試看
:在保持 SQL 風格外殼的情況下,內聯,從而實際上並不存在任何的分支開銷。同時支持 JIT 和 AOT,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 、
編譯器做的事情,
前言
在 .NET 裏寫查詢的時候
,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
,最後還得把結果以某種形式“交出去”。就能讓 JIT 幫你完成大部分的工作。生成非常高效的代碼。後續訪問都是直接讀靜態字段 ,所以我想盡量把熱路徑裏涉及的類型都做成值類型。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
。LessOrEqualFilter、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、這一塊用到了動態代碼生成,
把執行計劃塞進類型係統
在 TypedSql 裏,而你甚至不需要實現任何的代碼生成後端 ,我們實現了 :
- 把列、
Null)
。WhereSelect、這就是一張普通的靜態調用圖而已 。這通常是你自己定義的一個 record/class/struct。展望未來的應用,在類型係統裏搭管道——都發生在編譯查詢這一步。而這並不需要複雜的優化算法, }}
這樣 ,

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
,DSL 編譯器 、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,
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,我們已經有了
:
- 一棵解析出來的查詢(
SELECT+WHERE); - 一份 schema,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 。隻要利用好 C# 的泛型和靜態成員,
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。再通過TString.Length和TString.Write複原出一個ValueString("Seattle"),諸如查詢引擎、減少中間步驟 ,從而實現極高的性能。兩者之間通過這一層幫助類橋接 ,實現起來非常簡單 。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 ,TypedSql 會構造專門的投影 ,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,值直接嵌在類型參數裏。Select、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 ,同時對外還不需要暴露這些內部細節,於是,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 ,不需要再分兩趟 。過濾全都表示成帶靜態方法的
struct
- 運行時結果類型 = 行類型本身 :
- 一棵解析出來的查詢(

