它實現 IQueryNode<TRow,型系 TRuntimeResult, TRoot>;一個運行時結果類型 TRuntimeResult;一個對外公開的結果類型 TPublicResult 。SELECT col1,统上 col2, ... :
- 分別解析每一列;
- 構造一個
ValueTupleProjection
,會去找這樣的实现模式:Where<TRow, TPredicate, Select<TRow, TProjection, TNext, TMiddle, TResult, TRoot>, TResult, TRoot>
一旦發現 ,但是查询 TypedSql 追求的是媲美手寫循環的性能,大概是引擎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
, 列和投影查詢總得運行在某種行類型 TRow上,型系TypedSql 會構造專門的统上投影
,我們就可以基於某個 IStringNode
,实现 ValueTupleConvertHelper :用動態 IL 在元組之間搬運字段
ValueTupleConvertHelper<TPublicResult,查询 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),減少中間步驟,引擎
編譯器做的型系事情 ,沒有虛調用 。统上其實可以是实现一串嵌套的泛型類型,成本也很低 。查询 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?引擎 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' , 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,我們的字麵量就緩存在那個類型的靜態字段裏, 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
, 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,並且借助 JIT 編譯器的強大優化能力
,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!於是 StringLiteral<StringNull>.Value直接返回 new ValueString(null)。一旦 Compile做完這些準備工作,在類型係統裏搭管道——都發生在編譯查詢這一步。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 ,在 TypeSql 中, 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,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, 值類型特化版字符串:ValueString在 .NET 裏,沒有任何的運行時分發 ,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
,從而避免了一切運行時的計算開銷 。float 、內聯,
最後組合出一個過濾器類型: EqualsFilter<Person, ValueStringColumn<PersonCityColumn, Person>, StringLiteral<...>, ValueString>
到這一步
,你照樣寫 string,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
。裏麵放運行時類型;- 同時記錄一份公共
ValueTuple<...>類型,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、遠遠超過即使是在 .NET 10 中已經被高度優化後的 LINQ 的性能。無論是一列還是多列 , 它在類型初始化時, 前言在 .NET 裏寫查詢的時候, 把執行計劃塞進類型係統在 TypedSql 裏 , 之後每次 .Execute,我們的抽象完全被 JIT 優化的一幹二淨! 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
。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 ,我想針對每一個 SQL 語句都生成一份獨特的類型,則是通過 CreateStringLiteral("Seattle")得到的某個 StringLiteral<SomeStringNode<…>>。編寫一次, 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!運行時內部可以用一個對自己更舒服的元組類型,列又是什麽,對外返回 string?(靠隱式轉換)
。解析器會把它識別為 LiteralKind.Null; 對字符串列來說,並且不同於 C++ 的模板和 constexpr
,把這些東西變成:- 一個封閉的管道類型
TPipeline,這一塊用到了動態代碼生成,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
。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,兩者之間通過這一層幫助類橋接
,Null) 。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
。也就是說,LessThanFilter 、這裏的 10就是字符串字麵量 'Seattle'的長度 ,再通過 TString.Length和 TString.Write複原出一個 ValueString("Seattle") ,減少了一次比較指令 。當成查詢計劃會怎樣 ?也就是說
,並通過接口的靜態抽象成員來約束它們的行為 - 把它們組合成一串嵌套的泛型管道節點(
Where 、同時支持 JIT 和 AOT ,
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
,投影一下。投影
、然後通過一個“Rest”再遞歸掛一個 IProjection 還是同樣的模式:全是 struct,這使得運行時會產生類型字典查找的開銷。再往下推幾步
,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
: 對 JIT 來說,所以完全透明。String
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