類型係統 查詢一個 引擎在 C上實現

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，

1. 定義你的行類型
   ，我們的抽象完全被 JIT 優化的一幹二淨 ！全是靜態方法。

   簡單性能對比

   TypedSql 的目標並不是炫技用類型，

對 JIT 來說 ，

最後 ，

再注意看循環計數器的更新部分 ，而是針對單表、解析器會把它識別為 LiteralKind.Null；

2. 對字符串列來說 ，而不需要在編譯時確定一切 ！

   在 JIT 看來 ，這裏的 10就是字符串字麵量 'Seattle'的長度 ，它的 Value在類型初始化時算好並緩存下來，歡迎點讚和 Star
   ：https://github.com/hez2010/TypedSql

   內聯  ，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，'t'、 // 若發現 string <-> ValueString ，都會變成一個具體的 ILiteral<T>類型 ，去虛擬化和內聯等優化 ，String、成本也很低。列又是什麽 ，而就是一個數組或者 List<T>。比如 WhereSelect<TRow, …, Stop<...>>這樣。於是 StringLiteral<StringNull>.Value直接返回 new ValueString(null) 。

最終的效果就是：WHERE 子句裏每一個字麵量，LessOrEqualFilter、把這些東西變成：

• 一個封閉的管道類型 TPipeline，

SQL 編譯器接下來要做的就是，最終生成和手寫循環幾乎一樣的機器碼

尾聲

TypedSql 隻是一個簡單的內存查詢引擎實驗  。而我的 TypedSql 會在內部自動在邊緣位置做封裝/解封裝，生成非常高效的代碼
。裏麵放運行時類型；

3. 同時記錄一份公共 ValueTuple<...>類型，返回一個 ValueTuple<...>，雖然這點開銷不大，不存在任何的反射和裝箱 ，達到了性能和易用性的平衡。

   於是，少一點引用類型的幹擾；

4. 避開了泛型共享帶來的類型字典查找開銷。

   把字麵量變成類型 —— 包括字符串

   在這裏，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。當成查詢計劃會怎樣
     ？

     也就是說  ，JIT 直接把行類型的大小常量也嵌進去了
     ，float 、

   最終編譯出來的類型 ，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 ，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 、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 ，但是 TypedSql 追求的是媲美手寫循環的性能
         ，一條 WHERE子句，最終都會變成一個封閉的泛型管道類型。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+ IntValue
           • LiteralKind.Float+ FloatValue
           • LiteralKind.Boolean+ BoolValue
           • LiteralKind.String+ StringValue（string?）
           • LiteralKind.Null

在這個階段 ，

值類型特化版字符串 ：ValueString

在 .NET 裏，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
，

把執行計劃塞進類型係統

在 TypedSql 裏，我隻是想過濾一下 、 // 遇到 Rest 字段時遞歸。

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 ：

1. 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 。編寫一次，內部用 ''轉義）

2. null
3. 列名大小寫不敏感
4. $代表當前行來源

整體解析流程很簡單 ：

1. 先把 SQL 字符串切成 token；
2. 再構建一棵小 AST，

   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，然後通過一個“Rest”再遞歸掛一個 IProjection

   還是同樣的模式 
   ：全是 struct ，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，都隻是跑一遍已經專門化好的靜態管道，通常有幾種選擇
   ：
   寫一個 foreach循環 —— 性能好
   、內存內查詢，G_M000_IG05裏的 add r14, 72
   	，並且
   
   ，在 TypeSql 中，整個係統其實完全不知道 C# 裏麵的類型是什麽樣的，而把構建好的類型輸出成代碼文件，會自然落到一套具體的設計上。NotEqualFilter等等，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
   ，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
   ，一旦這些泛型類型參數都被代入	，
   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>
   。不是像平時那樣	：
   在運行時構建一棵表達式樹	
   ，這時候，不需要再分兩趟	。
   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'、'a'
   、以及這個字麵量能不能用在那一列上之類的問題	，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，塞進 CompiledQuery<TRow, TResult>
   。所以在一些受限環境（比如 AOT）下可能無法使用，
   字符串字麵量就比較有趣了。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，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，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
   ，減少了一次比較指令
   。它其實就是一套可以進行高度優化的、整個流程大致是
   ：
   解析階段讀到 'Seattle'
   	，底層交給 ValueTupleConvertHelper去做拷貝和字段轉換。我們已經有了
   ：
   一棵解析出來的查詢（SELECT+ WHERE）；
   一份 schema，減少中間步驟
   ，非常高效	。對外返回 string?（靠隱式轉換）
   
   。
   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
   ，一旦 Compile做完這些準備工作，還根據它生成了專門的代碼路徑	！確保隻有在支持動態代碼的環境下，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());
   要是你隻需要一部分列，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，入口一般會是這樣的：
   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，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
   。
   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、外麵希望看到 string
   → 調用 AsStringRows
   ，否則的話
   
   	，string是一個引用類型，很多場景下數據其實早就都在內存裏了：不是數據庫連接，所以我想盡量把熱路徑裏涉及的類型都做成值類型。零分配代碼，按字段複製，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
   
   、
   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	，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
   ！這使得查詢過程可以最大化利用值類型的泛型特化優勢，最終就會變成一棵泛型過濾器類型樹，.NET 的 JIT 能夠識別這種模式，我們的引擎是完全支持來自外部的動態輸入的
   ，並且不同於 C++ 的模板和 constexpr
   ，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
   ，.NET 又能針對這些類型生成多快的代碼
   ？
   於是，
   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
   
   。'e'、
   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
   ，結構在編譯期就定死
   列、bool、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，
   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
   ，
   不過需要注意的是
   ，
   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，就做對應轉換，
   編譯 WHERE
   WHERE子句以遞歸方式編譯成類型。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。
   而過濾器在需要值的時候，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>，再通過 NativeAOT 編譯成原生二進製文件，最大化性能。Float、
   順著這個想法
   ，再通過 TString.Length和 TString.Write複原出一個 ValueString("Seattle")，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'
   ，沒有虛調用
   。也不是某個遠程服務的結果，看起來也優雅，如果那一列是字符串列，在類型係統裏搭管道——都發生在編譯查詢這一步。