CN115757462B - 一种面向对象的数据库动态接口生成方法及操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向对象的数据库动态接口生成方法及操作方法。本发明首先设计一语法规范文件，其包括预处理语句、类型声明语句、库定义语句、表定义语句、表字段定义语句以及表索引定义语句；然后用户根据语法规范文件编写操作数据库所需的DDL文件并发送给DDL编译器；DDL编译器解析DDL文件生成访问数据库的动态接口；其方法为：首先根据DDL文件生成一语法树，遍历语法树中内容将库信息、表信息、索引信息等存放到字典中，同时将表成员排序编号信息存放到操作记录成员接口的实现中，将索引编号存放到索引查询接口的实现中；然后将字典和接口实现写入文件生成动态接口文件，然后根据动态接口文件为生成操作数据库所需的动态接口。

Description

一种面向对象的数据库动态接口生成方法及操作方法

技术领域

本发明属于数据管理技术领域，具体涉及一种面向对象的数据库定义语言设计，再通过对应的编译器编译对象数据库定义文件生成动态接口文件的方法。

背景技术

结构查询语言(SQL)用于访问、操作和与数据库通信，如从数据库中检索数据、创建新数据库、操作数据和数据库，如插入，删除和更新，都可以使用SQL来执行。通过SQL语句来访问数据库，数据库内核中需要经过分析器处理，分析器包括词法解析，语法解析，语义分析来判断用户输入的SQL语句是否符合语法。再经过优化器处理选择效率最高的查询方式生成执行计划。将执行计划输入执行器得到符合SQL语句语义的数据。

在使用传统数据库时，通过SQL语句来建库建表和访问数据，数据库收到SQL语句后内部还需要经过分析器处理，对比通过接口访问数据库，分析器模块会降低数据库性能。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种面向对象的数据库动态接口生成方法及操作方法。通过DDL编译器编译生成动态接口的方式将分析器模块前置，与传统数据库相比，机载嵌入式数据库内核中减少了分析SQL语句的时间，提升了系统响应的时间。

本发明首先设计DDL文件语法规范，文件中的定义语句和面向对象语言C++语言的定义语句类似。具体语法遵循规范如下，DDL语法文件中包含有预处理语句、类型声明语句、库定义语句、表定义语句、表字段定义语句、以及表索引定义语句。预处理语句和类型声明语句声明了定义语句中可用类型，定义语句定义了需要构建的库、表、字段、索引信息。其中预处理语句使用define关键字声明，枚举声明语句使用enum关键字声明，结构体声明语句使用struct关键字声明。库定义语句用declare关键字定义，表定义语句使用class关键字定义，表字段定义语句采用“成员类型”+“成员名”格式定义，表索引定义语句采用“索引类型及索引字段”+“索引名”格式定义。

解析上述DDL文件中信息，设计生成动态接口方法来将DDL文件中库、表、字段、索引生成对应的操作接口文件。接口文件中包含字典数据供建库、建表、建索引、使用，包含插入接口(“表名”+“new”格式)实现向数据库中插入一条记录，删除接口(“表名”+“delete”格式)实现删除数据库中一条记录，记录中字段数据修改接口(“表名”+“字段名”+“put”格式)实现修改记录中对应的字段值，记录中字段数据获取接口(“表名”+“字段名”+“get”格式)实现获取记录中对应的字段值，索引查询数据接口(“表名”+“索引名”+“search”格式)实现根据索引查询符合条件的数据。用户应用层调用这些接口和机载嵌入式数据库静态库文件共同编译生成可执行文件来操作数据库，且这些接口的命名方式类似面向对象语言方法的命名方式，可以使得应用开发人员快速掌握通过接口操作数据库的方法。

为实现上述的发明目的，本发明采用如下的技术方案：

设计DDL文件语法规范，开发人员根据该语法规范文件编写所需的DDL文件用于生成动态接口来操作数据库。文件中支持语法包含有预处理语句、类型声明语句、库定义语句、表定义语句、表字段定义语句、以及表索引定义语句。预处理语句的写法类似C++语言语法采用define关键字定义，define关键字后跟有别名和类型名，后面语法中可以采用别名代替类型名书写。类型声明语句包含枚举声明和结构体声明，枚举声明使用enum关键字声明，声明后的枚举类型可作为结构体成员类型和表成员类型，结构体声明采用struct关键字声明，声明后的结构体类型可作为结构体成员类型和表成员类型。库定义语句采用自定义declare关键字定义，设计语法declare关键字后跟有自定义database关键字和要定义的库名(即后续要访问的数据库)。表定义采用class关键字定义，表定义语句中可以包含有表字段定义语句、表索引定义语句，其中表字段定义语句中类型需在类型声明语句中已声明，索引定义语句中字段需在表定义语句中已定义。

用户基于上述规范编写DDL文件，然后使用DDL编译器解析上述DDL文件生成动态接口，DDL编译器通过词法解析、语法解析、语义分析检查DDL文件中内容是否符合规范，如不符合规范，DDL编译器会提示用户不符合的位置。在语法规范检测完成后生成语法树，对语法树进行语义分析查看表字段定义是否重复、表索引定义中索引字段是否存在。在检查语法树无误后，遍历语法树中内容将库信息、表信息、表成员类型信息、表成员排序编号信息，表成员大小信息，表成员偏移信息、索引编号信息、索引成员偏移信息存放到字典中，同时将表成员排序编号信息存放到操作记录成员接口的实现中，将索引编号存放到索引查询接口的实现中，将字典和接口实现写入文件生成动态接口文件。当用户打开数据库时将字典信息传入数据库，数据库内核将根据字典中的信息建库建表。用户调用记录字段获取接口(数据库的每个字段都设置了各种接口，比如字段获取接口、字段修改接口)，记录字段获取接口实现中包含字段编号信息，机载嵌入式数据库根据记录字段获取接口中的字段编号获取记录中字段信息，同理调用记录字段修改接口修改记录中字段信息。调用索引查询接口根据索引编号查询符合条件的信息。生成的接口格式如发明内容中所示，通过调用面向对象特性接口，而接口实现中包含字段排序编号信息达到将词法解析，语法解析，语义分析步骤前置，减少了数据库运行分析SQL语句的时间。

本发明还提供一种数据库操作方法，其特征在于，基于为用户生成操作所述数据库所需的动态接口；当用户打开数据库时将字典信息传入数据库，数据库内核将根据字典中的信息建库建表；当用户需要对数据库进行操作时调用相应的动态接口，完成相应操作。

进一步的，所述动态接口包括插入接口、删除接口、字段数据修改接口、字段数据获取接口、索引查询数据接口；当用户读取所需数据时，调用记录字段获取接口，数据库根据该记录字段获取接口中的字段编号信息获取记录中字段信息并返回给用户；当用户修改数据时，调用记录字段修改接口修改记录中字段信息；当用户查询所需数据时，调用索引查询接口根据索引编号查询符合条件的信息。

本发明的优点如下：

本发明将分析器处理部分前置并生成动态接口提高了数据库的响应速度。针对用户定义表结构索引结构后不再改变的情况下，开发人员可以设计面向对象数据库定义语言(DDL)文件并用对应解析器解析并生成相应访问数据库的动态接口文件，在编译DDL文件时完成对DDL的词法解析、语法解析、语义分析，再将动态接口文件和应用代码共同编译生成目标文件来访问数据库。因为DDL编译器生成的动态接口中包含字段偏移等信息，用户通过动态接口访问信息可以比传统的SQL语句访问信息更快，提高了系统的响应速度。

附图说明

图1为DDL编译器使用流程图。

图2为DDL编译器架构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步详细描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

设计DDL文件语法规范，语法分为预处理、声明、定义三大类型语句。设计编译DDL文件的DDL编译器，DDL编译器的架构如图2，包括分析器模块、运算模块、接口文件生成模块和异常捕获模块。

DDL编译器的分析器模块包含词法分析模块、语法分析模块、语义分析模块，词法分析模块将DDL文件中的字符映射出对应的Token，语法分析模块根据Token查看是否符合语法规范，语义分析模块检查引用的变量是否定义和重复定义问题。DDL文件语法规范和DDL编译器语义分析模块处理逻辑如下。

预处理类型语句类似C++语言中预处理语法，通过define关键字定义类型别名，通过将复杂类型定义别名可以方便后续语法中定义成员。DDL编译器分析器模块在遇到预处理语法时，将类型名和别名存放到语法树中，定义语句在使用别名定义成员时，可以根据语法树中存放的别名找到对应的类型名。

声明语句包含枚举声明和结构体声明，声明语句类似C++语言中声明语句语法，枚举声明语句通过enum关键字声明枚举，enum关键字后是枚举类型名，类型名后大括号中是这个枚举类型的枚举值。在用户不定义枚举值等于的数值时，DDL编译器分析器模块会将枚举值从0开始赋值，按1递增给每个枚举值赋值写入到语法树结构中。

结构体声明语句通过struct关键字声明结构体，struct关键字后是结构体类型名，类型名后大括号中是结构体成员声明。结构体成员声明语法采用“类型名”+“成员名”格式，其中类型名可以是基本类型float、double、string等，也可以是预处理语句中定义的别名类型、枚举类型或结构体类型。DDL编译器分析器模块检查语法树中struct结构信息，比对语法树中其他struct结构信息查看结构体名是否重复声明，检查struct结构中成员信息，在成员信息中类型为预处理定义的类型、枚举类型或结构体类型时，从语法树中查询别名是否定义。

定义类型语句大类可分为库定义语句和表定义语句，库定义语句采用declare关键字定义，declare关键字后是database关键字和库名，DDL编译器分析器模块会将库名信息解析到语法树中并检查库只定义一次。

表定义语句通过class关键字定义，class关键字后是表名，表名后大括号中可以包含表成员定义语句、表索引定义语句。表定义语句、表成员定义语句和结构体声明语句、结构体成员声明语句语法相同，表成员定义语句定义了数据库中表的字段。表索引定义语句通过“索引类型及索引字段”+“索引名”格式定义，其中索引类型可以是b树索引，b树索引采用tree关键字定义，索引类型后是索引字段和索引名。DDL编译器分析器模块检查索引定义语句中索引字段是否在表成员定义语句中定义以及索引名是否和表中其他索引定义语句中的索引名重复。

DDL编译器运算模块负责生成接口实现中需要的数据。在生成字典时，遍历语法树中声明语句节点和定义语句节点，字典中包含存储表信息、结构体信息的结构数组，存储表字段信息、结构体字段信息的字段数组，存储表索引字段信息的索引数组。将语法树中struct结构体和class表编号并将结构体名、表名和编号值存入字典的结构数组中，将所有struct结构体和class表中成员编号并将成员名和编号值存入字典的字段数组中，将所有class表中索引成员编号并将索引名和编号值存入字典的索引数组中。

存储struct结构体和class表的结构数组中还存有自身首位成员在成员数组中的编号和自身成员个数，struct结构体和class表可以通过首位成员编号和成员个数在字典中找出自身成员的信息。

字段数组中还存有字段本身的类型、大小和偏移。遍历语法树即可获得字段的类型，通过运算单元按照C++语言计算成员大小方式求得字段的大小，偏移需要根据字段的顺序和字段的大小通过运算模块按照C++语言成员对齐方式计算出字段在自身结构中的偏移量，这个偏移量在构建表时指定在一条记录中成员所在的位置，而且计算偏移加入内存对齐机制可以减少后续访问表字段时CPU寻址的次数。

索引数组还存有索引字段在class表中的编号，索引数组通过索引字段在class表中的编号可以在字典中找到索引字段的信息。

DDL编译器文件生成模块负责输出构建库表的接口和操作表的接口。在经过运算模块后，通过字典将所有信息结构化表示并关联。文件生成模块将字典输出到接口文件中，根据表名输出插入记录接口(“表名”+“new”格式)，输出删除记录接口(“表名”+“delete”格式)，根据字典组合表名字段名输出查询修改记录接口(“表名”+“字段名”+“get”格式和“表名”+“字段名”+“set”格式)，查询修改记录接口实现将要查询修改的表编号和表字段编号传入机载嵌入式数据库内核中，因为开启数据库时通过字典已将字段信息传入数据库内核，数据库内核根据字段编号快速得到字段的偏移等信息，根据偏移信息查询修改记录中字段对应的数据。根据字典组合表名索引名输出索引查询记录接口(“表名”+“索引名”+“search”格式)，索引查询接口参数接收索引字段值和操作符组合查询条件，其中操作符指定查询数据方式，包括有小于、小于等于、等于、大于、大于等于。索引查询记录接口实现将索引名对应的索引编号和查询条件传入数据库内核，数据库内核根据索引编号找到关联的索引字段信息匹配查询条件得到记录集。

DDL编译器异常捕获模块负责捕获其他模块执行时发生的异常并输出异常信息，异常主要包含分析器语法解析模块中捕获的语法错误，分析器中语义分析捕获的声明语句类型、定义语句命名是否定义或重复定义，运算模块中检测出的重复包含错误，文件生成模块文件是否可以正确生成错误。

在得到接口文件后，开发人员应用代码中调用动态接口，将应用代码和天智数据库共同编译生成可执行程序来访问数据库。

DDL编译器使用流程如图1所示，

开发人员根据DDL文件规范定义库、表、字段、索引信息，使用DDL编译器编译上述DDL文件生成符合面对对象特性的动态接口。动态接口中包含字典、插入删除记录接口、修改查询记录字段接口、索引查询接口。开发人员根据实际业务需求编写应用代码，应用代码操作数据库可分为增删改查记录操作。

开发人员编写应用代码实现在数据库中增删改查记录时，先在应用程序代码中调用机载嵌入式数据库打开接口，打开接口接收字典将库、表、字段、索引信息传入机载嵌入式数据库内核，字典中包含有开发人员已定义的库、表、字段、索引信息和表、字段、索引之间关联信息。机载嵌入式数据库内核通过字典中的信息在数据库中建库、建表、建索引。

1、开发人员编写应用代码通过调用插入记录接口和修改记录字段接口实现插入记录。在打开机载嵌入式数据库后，调用修改记录字段接口将数据存储到缓冲区，再调用插入记录接口将缓冲区的记录存入数据库中。其中插入记录接口实现中包含有表编号，修改记录字段接口实现中包含有表字段编号，数据库内核根据表编号和字段编号确定插入的表和表字段并存储记录。

2、开发人员编写应用代码通过调用索引查询记录接口和查询记录字段接口实现查询符合条件的数据。在打开机载嵌入式数据库后，调用索引查询记录接口查询符合条件的记录，再调用查询记录字段接口从记录中取出。其中索引查询记录接口中包含有索引编号和查询条件，查询记录字段接口中包含有表字段编号，数据库内核根据索引编号和查询条件获取符合条件的记录，根据表字段编号获取记录中指定字段的值。

3、开发人员编写应用代码通过调用索引查询记录接口和删除记录接口实现删除符合条件的数据。在打开机载嵌入式数据库后，调用索引查询记录接口查询符合条件的记录，调用删除记录接口将记录从数据库中删除。其中索引查询记录接口中包含有索引编号和查询条件，数据库内核根据索引编号和查询条件获取符合条件的记录并删除。

4、开发人员编写应用代码通过调用索引查询记录接口和修改记录字段接口实现更新符合条件的记录。在打开机载嵌入式数据库后，调用索引查询记录接口查询符合条件的记录，再调用修改记录字段接口设置新值。其中索引查询记录接口中包含有索引编号和查询条件，修改记录字段接口中包含有表字段编号，数据库内核根据索引编号和查询条件获取符合条件的记录，根据表字段编号修改记录中指定字段的值。

将应用程序代码和数据库接口文件通过C/C++编译器编译生成应用程序目标文件，再和机载嵌入式数据库静态库文件链接生成可执行应用程序。

发明实例一：用户编写DDL文件，DDL文件中定义了表person_info，表中包含字段id、name、sex、position，对id建立索引。DDL文件中的语法和C++语言语法相似，库声明、表定义、字段定义、索引定义方式简化了用户学习DDL语法的学习和理解。

发明实例二：DDL编译器编译DDL文件生成字典文件，通过将库、表、字段、索引信息顺序存放到字典数据结构中并通过编号将各个信息建立关联。将DDL文件中信息通过字典的方式描述了关联关系。

发明实例三：DDL编译器编译DDL文件生成动态接口文件，对数据存取接口符合面向对象语言方法特性，通过表名new、delete接口实现记录的创建和删除，通过表名成员名put、get实现对记录中字段数据的存取，通过表名索引名实现查询数据。

发明实例四：嵌入式环境下，用户在不需要修改表结构场景下，采用编译器使用图一的方式访问数据库，因为接口文件中的接口已经包含访问字段所在表中的位置信息，所以通过接口的方式存取比传统sql语句存取数据更快。

尽管为说明目的公开了本发明的具体实施例，其目的在于帮助理解本发明的内容并据以实施，本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于最佳实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种面向对象的数据库动态接口生成方法，其步骤包括：

1)设计一语法规范文件，其包括预处理语句、类型声明语句、库定义语句、表定义语句、表字段定义语句以及表索引定义语句；预处理语句采用define关键字定义，类型声明语句包含枚举声明和结构体声明，枚举声明使用enum关键字声明，结构体声明采用struct关键字声明，库定义语句采用declare关键字定义，所述declare关键字定义的语法格式为：declare关键字后跟有database关键字和要定义的库名；表定义语句采用class关键字定义，所述class关键字定义的语法格式为：class关键字后根有表名；表字段定义语句采用“成员类型”+“成员名”格式定义，表索引定义语句采用“索引类型及索引字段”+“索引名”格式定义；

2)用户根据所述语法规范文件编写操作数据库所需的DDL文件并发送给DDL编译器；

3)所述DDL编译器解析所述DDL文件生成访问所述数据库的动态接口；其方法为：DDL编译器首先检查所述DDL文件中内容是否符合规范，若符合规范则根据所述DDL文件生成一语法树，遍历所述语法树中内容将库信息、表信息、表成员类型信息、表成员排序编号信息、表成员大小信息、表成员偏移信息、索引编号信息、索引成员偏移信息存放到字典中，同时将表成员排序编号信息存放到操作记录成员接口的实现中，将索引编号存放到索引查询接口的实现中；然后将字典和接口实现写入文件生成动态接口文件，然后根据所述动态接口文件为用户生成操作所述数据库所需的动态接口。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述表定义语句中包含表字段定义语句和或表索引定义语句；表字段定义语句中类型为类型声明语句中声明的类型，索引定义语句中字段为表定义语句中定义的字段。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述字典中包含存储表信息、结构体信息的结构数组，存储表字段信息、结构体字段信息的字段数组，存储表索引字段信息的索引数组；所述结构体信息包括struct结构体及其名称，所述表信息包括class表编号、表名，所述表字段信息包括class表中成员编号、成员名，所述结构体字段信息包括struct结构体中成员编号和成员名，所述表索引字段信息包括class表中索引成员编号和索引成员名。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述动态接口包括插入接口，其格式为“表名”+“new”，用于实现向数据库中插入一条记录；删除接口，其格式为“表名”+“delete”，用于实现删除数据库中一条记录，记录中字段数据修改接口，其格式为“表名”+“字段名”+“put”，用于实现修改记录中对应的字段值，记录中字段数据获取接口，其格式为“表名”+“字段名”+“get”，用于实现获取记录中对应的字段值，索引查询数据接口，其格式为“表名”+“索引名”+“search”，用于实现根据索引查询符合条件的数据。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当用户需要在数据库中插入记录时，首先调用修改记录字段接口将数据存储到缓冲区，再调用插入记录接口将缓冲区的记录存入数据库中；其中，插入记录接口实现中包含有表编号，修改记录字段接口实现中包含有表字段编号，数据库内核根据表编号和字段编号确定插入的表和表字段并存储记录。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当用户需要在数据库中查询数据时，首先调用索引查询记录接口查询符合条件的记录，再调用查询记录字段接口从记录中取出；其中，索引查询记录接口中包含有索引编号和查询条件，查询记录字段接口中包含有表字段编号，数据库内核根据索引编号和查询条件获取符合条件的记录，根据表字段编号获取记录中指定字段的值。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当用户需要删除数据库中记录时，首先调用索引查询记录接口查询符合条件的记录，然后调用删除记录接口将记录从数据库中删除；其中，索引查询记录接口中包含有索引编号和查询条件，数据库内核根据索引编号和查询条件获取符合条件的记录并删除。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当用户需要修改数据库中记录时，首先调用索引查询记录接口查询符合条件的记录，再调用修改记录字段接口设置新值；其中，索引查询记录接口中包含有索引编号和查询条件，修改记录字段接口中包含有表字段编号，数据库内核根据索引编号和查询条件获取符合条件的记录，根据表字段编号修改记录中指定字段的值。

9.一种数据库操作方法，其特征在于，基于权利要求1所述方法为用户生成操作所述数据库所需的动态接口；当用户打开数据库时将字典信息传入数据库，数据库内核将根据字典中的信息建库建表；当用户需要对数据库进行操作时调用相应的动态接口，完成相应操作。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述动态接口包括插入接口、删除接口、字段数据修改接口、字段数据获取接口、索引查询数据接口；当用户读取所需数据时，调用记录字段获取接口，数据库根据该记录字段获取接口中的字段编号信息获取记录中字段信息并返回给用户；当用户修改数据时，调用记录字段修改接口修改记录中字段信息；当用户查询所需数据时，调用索引查询接口根据索引编号查询符合条件的信息。

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