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GKD-BASE PL／SQL引擎實(shí)現關(guān)鍵技術(shù)研究
摘要：在數據庫管理系統GKD-BASE上設計并實(shí)現了兼容Oracle PL／SQL V2．3語(yǔ)言規范的PL／SQL引擎，擴展了GKD-BASE過(guò)程處理功能。GKD-BASE數據庫是一個(gè)具有自主知識產(chǎn)權的數據庫管理系統，具有兼容SQL89標準的SQL引擎，能夠為用戶(hù)提供一個(gè)統一、有效的數據庫訪(fǎng)問(wèn)接口，實(shí)現對數據庫的各種操作。但是SQL語(yǔ)言缺乏對算法的描述能力，難以勝任復雜的程序設計。為了融合SQL語(yǔ)言強大的集合數據處理能力和第三代語(yǔ)言(3GL)靈活的過(guò)程處理能力，主流數據庫管理系統產(chǎn)品都已提供了對過(guò)程式SQL語(yǔ)言的支持，如Oracle的PL／SQL［1］。為了使GKD-BASE適應發(fā)展現狀，滿(mǎn)足管理人員和開(kāi)發(fā)人員的需求，急需開(kāi)發(fā)GKD-BASE自身的PL／SQL引擎。
本文在數據庫管理系統GKD-BASE上設計并實(shí)現了兼容Oracle PL／SQL V2．3語(yǔ)言規范的PL／SOL引擎，擴展了GKD-BASE過(guò)程處理功能。
1 GKD-BASE PL／SQL引擎的體系結構
GKD-BASE PL／SQL引擎的基本功能是將用戶(hù)用PL／SQL語(yǔ)言編寫(xiě)的程序通過(guò)詞法分析程序、語(yǔ)法分析程序進(jìn)行解析，生成中間代碼并解釋執行。如果在分析階段或解釋執行階段發(fā)現錯誤，則向用戶(hù)報告錯誤號及相應的錯誤信息，以便用戶(hù)排錯［2］。根據PL／SQL語(yǔ)言兼有過(guò)程式語(yǔ)句和SQL語(yǔ)句的特點(diǎn)，采取分治策略，把過(guò)程語(yǔ)句和SQL語(yǔ)句分開(kāi)處理。PL／SQL引擎在對PL／SQL源程序編譯執行時(shí)，首先進(jìn)行預處理，把SQL語(yǔ)句和過(guò)程語(yǔ)句分開(kāi)；然后對SQL語(yǔ)句和過(guò)程語(yǔ)句分別解析，生成語(yǔ)法樹(shù)；最后通過(guò)執行模塊對中間代碼進(jìn)行解釋執行。
圖1
GKD-BASE PL／SQL引擎對源程序編譯生成中間代碼，不能直接在目標機器上執行，需要一個(gè)解釋中間代碼的環(huán)境，以提供對PL／SQL語(yǔ)言中的數據類(lèi)型的支持，保證PL／SQL正確執行。因此GKD-BASE PL／SQL引擎可分為編譯器和解釋器兩部分，如圖1。編譯器接收到PL／SQL語(yǔ)句塊后進(jìn)行預處理，將句子分為SQL語(yǔ)句和過(guò)程語(yǔ)句。對于SQL語(yǔ)句，編譯器建立SQL語(yǔ)句節點(diǎn)，進(jìn)行相應的變量綁定和語(yǔ)法檢查；檢查無(wú)誤后產(chǎn)生中間代碼。對于過(guò)程語(yǔ)句，編譯器對語(yǔ)句成分進(jìn)行語(yǔ)法分析并建立相應的符號表，也生成中間代碼。因此，可以把編譯器劃分為SQL語(yǔ)言解析、過(guò)程語(yǔ)言解析、符號表生成與管理、中間代碼表示與管理等模塊。解釋器的作用是對編譯器生成的中間代碼進(jìn)行解釋執行［3］，與編譯器對應，具有獨立的SQL語(yǔ)句解釋模塊和過(guò)程語(yǔ)句解釋模塊。解釋器還包括執行狀態(tài)堆棧的管理、與GKD-BASESQL引擎的調用接口。異常處理模塊主要實(shí)現程序運行時(shí)的錯誤檢查和報告，并支持用戶(hù)自定義異常和預定義異常的檢查和處理。
2 GKD-BASE PL／SQL編譯器實(shí)現中的一些關(guān)鍵問(wèn)題
GKD-BASE PL／SQL編譯器主要是對PL／SQL源程序進(jìn)行詞法分析、語(yǔ)法分析和語(yǔ)義處理［4］。本文借助構建詞法分析器的Lex和編譯程序自動(dòng)產(chǎn)生工具Yacc［5］，實(shí)現了對PL／SQL源程序的編譯。下面分別說(shuō)明符號表的設計與管理、SQL語(yǔ)句解析以及游標解析。
2．1 符號表的設計與管理
符號表是一個(gè)包含程序中的變量、自定義類(lèi)型和函數信息的數據庫。通過(guò)索引對應于庫中的一條記錄；每條記錄對應著(zhù)一個(gè)對象的信息，如變量的類(lèi)型或函數的返回值等［2］。
考慮到PL／SQL語(yǔ)言的塊結構和名字作用域，可以使用名字堆棧存放源程序中所使用的標志符的索引、名字和類(lèi)型。每個(gè)項目只包括名字本身和用來(lái)表明它的類(lèi)型的標志值，以及該名字在符號表中的項目索引。名字堆棧采用層次結構，是鏈表型的堆棧，堆棧的每一層存放了解析的語(yǔ)句塊嵌套層內的所有名字信息，如圖2。在進(jìn)入或退出一個(gè)嵌套層時(shí)調用相應的壓棧和彈棧操作；查找符號時(shí)，從棧頂向棧底搜索。名字堆棧實(shí)現了標志符名稱(chēng)與相應的符號表索引間的映射，解決了標志符的作用域問(wèn)題和可見(jiàn)性問(wèn)題，滿(mǎn)足了對符號表管理和調用的要求。
2．2 SQL語(yǔ)句的解析
為了避免SQL語(yǔ)句在執行時(shí)出現語(yǔ)法錯誤，需要提前檢查其語(yǔ)法的正確性。SQL語(yǔ)句是面向集合的數據操作語(yǔ)言，只能交由SQL引擎處理。但是PL／SQL語(yǔ)言為了增強SQL語(yǔ)句與過(guò)程式語(yǔ)句的交互能力，在SQL語(yǔ)句中引入變量，GKD-BASE的SQL引擎無(wú)法識別，必須在提交之前提取出變量，替換為SQL引擎可以識別的格式。如：SELECT empno，name INTO v_empno， v_name FROM empWHERE birthday=v_date；
這個(gè)SELECT語(yǔ)句首先把變量v_date綁定到列名birthday，然后根據條件查出相應的結果 (empno，name)，并賦值給預先定義的變量(v_empno，v_name)。對于GKD-BASE的SQL引擎來(lái)說(shuō)，只能識別出如下格式的SELECT語(yǔ)句：
SELECT empno，name INTO：v_empno，：v_nameFROM emp WHERE birthday=：1；
在把SQL語(yǔ)句交由GKD-BASE SQL引擎處理之前，識別出變量v_empno、v_name及v_date進(jìn)行格式轉換，在into之后的變量前面添加“：”，where后面的變量用帶有冒號的數字序號代替，構造出符合SQL引擎要求的語(yǔ)句；完成這些處理之后，把新的語(yǔ)句作為字符串交由SQL引擎進(jìn)行語(yǔ)法分析，檢查這條語(yǔ)句的語(yǔ)法是否正確，以及語(yǔ)句中的變量與對應的列是否匹配；最后返回結果，報錯或者生成語(yǔ)法樹(shù)。
2．3 游標的解析
游標是指向內存中上下文區的句柄或指針。借助于游標，PL／SQL程序可以控制上下文區和語(yǔ)句處理過(guò)程中游標的變化。PL／SQL游標按使用方式可以分為顯式游標和隱式游標。
顯式游標的使用包括聲明游標、打開(kāi)游標、游標檢索、關(guān)閉游標四個(gè)步驟。編譯游標聲明語(yǔ)句時(shí)，首先調用SQL引擎分析SQL語(yǔ)句成分，轉換為SQL引擎可以識別的格式，把游標的索引信息加入名字堆棧和
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