GKD-Base是一個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的安全數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。經(jīng)過十幾年的發(fā)展和試點(diǎn)應(yīng)用，已經(jīng)證明該系統(tǒng)是穩(wěn)定和安全可靠的。但是，隨著應(yīng)用需求向深度和廣度的發(fā)展，GKD-Base在很多方面暴露出不足，如不支持過程式SQL語言、不支持存儲(chǔ)過程和函數(shù)、缺少觸發(fā)器功能，這都為GKD-Base數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用帶來了不小的障礙。由于目前數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)產(chǎn)品大都支持過程式的SQL語言，如Oracle的PL/SQL、SQL Server的T-SQL、PostgreSQL的PL/pgSQL等，其中又以O(shè)racle的PL/SQL使用最為廣泛。因此，為使GKD-Base適應(yīng)應(yīng)用需求的發(fā)展，滿足數(shù)據(jù)庫管理和開發(fā)人員的需求，筆者開發(fā)了GKD-Base PL/SQL引擎，進(jìn)而在引擎的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了GKD-Base存儲(chǔ)函數(shù)機(jī)制。GKD-Base PL/SQL引擎兼容了Oracle PL/SQL V2.3語言規(guī)范，可以使用變量、類型、表達(dá)式、條件和循環(huán)、過程和函數(shù)等過程式語言中的通用機(jī)制進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，同時(shí)也可以使用SQL 語句進(jìn)行數(shù)據(jù)操作。
　　存儲(chǔ)函數(shù)是獨(dú)立存在于表之外的數(shù)據(jù)庫對(duì)象，是由用戶按照存儲(chǔ)函數(shù)語言規(guī)范編寫的經(jīng)過數(shù)據(jù)庫分析和編譯的PL/SQL程序，它有輸入/輸出參數(shù)和返回值，可以被其它應(yīng)用程序調(diào)用。存儲(chǔ)函數(shù)可以避免重復(fù)編碼，具有更高的可靠性和效率，是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的重要功能擴(kuò)充。本文在介紹GKD-Base PL/SQL引擎設(shè)計(jì)框架的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討GKD-Base存儲(chǔ)函數(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。
1 GKD-Base PL/SQL引擎的體系結(jié)構(gòu)
　　GKD-Base采用客戶服務(wù)器結(jié)構(gòu)，以多線程機(jī)制支持客戶訪問，登錄到數(shù)據(jù)庫的用戶實(shí)際上是運(yùn)行數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)映像的一個(gè)線程。GKD-Base支持TCP/IP協(xié)議，客戶可以在任何TCP/IP網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器建立連接訪問數(shù)據(jù)庫。GKD-Base API提供了用戶應(yīng)用、實(shí)用程序和第三方開發(fā)工具三種接入數(shù)據(jù)庫的方式，并提供了兩個(gè)級(jí)別的接口，即GKD-Base內(nèi)部接口GKD-API和GKD-Base ODBC Driver。GKD-API是用戶訪問數(shù)據(jù)庫的高效調(diào)用方式，用戶可利用GKD-API實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性要求較高的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用，起到比較理想的效果。GKD-Base ODBC Driver是GKD-Base開放連接的手段，符合ODBC擴(kuò)展一級(jí)。在GKD-Base的ODBC驅(qū)動(dòng)程序支持下，用戶可利用各種第三方開發(fā)工具，方便地開發(fā)GKD-Base數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序。
　　GKD-Base PL/SQL引擎應(yīng)用模式如圖1。PL/SQL語句塊通過PL/SQL編譯器編譯成語法樹形式表示的中間代碼，中間代碼信息可以保存在DBMS的中間代碼庫中。客戶應(yīng)用程序中的請(qǐng)求由GKD-Base預(yù)處理器分離成為過程語句部分和SQL命令部分。過程語句解釋執(zhí)行器" title="執(zhí)行器">執(zhí)行器解釋執(zhí)行過程語句的中間代碼，SQL命令則直接調(diào)用GKD-API執(zhí)行。

　　根據(jù)PL/SQL語言兼有過程式語句和SQL語句的特點(diǎn)，GKD-Base PL/SQL引擎把過程式語句和SQL語句分開處理。為了降低引擎實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜程度，盡可能地從功能性的角度將整個(gè)引擎劃分為不同的處理模塊，每個(gè)處理模塊盡可能地降低相互間的耦合程度。其中最主要的劃分是將整個(gè)引擎劃分為前端編譯器和后端解釋執(zhí)行器。
　　前端編譯器包括語言預(yù)處理、SQL語句分析、過程語句分析以及中間代碼生成等功能。PL/SQL語句塊輸入后，由語言預(yù)處理功能分離成SQL語句和過程語句。對(duì)于SQL語句，由GKD-Base SQL引擎解析后，建立SQL語句結(jié)點(diǎn)，進(jìn)行相應(yīng)的變量綁定和語法檢查，檢查無誤后產(chǎn)生語法樹形式的中間代碼。對(duì)于過程語句，將語句成分進(jìn)行語法分析，在分析中把聲明的變量和數(shù)據(jù)類型加入到符號(hào)表中，同時(shí)也產(chǎn)生語法樹形式的中間代碼。
　　后端解釋執(zhí)行器的功能就是對(duì)前端編譯器生成的中間代碼進(jìn)行解釋執(zhí)行。因此在結(jié)構(gòu)上，解釋執(zhí)行器與編譯器對(duì)應(yīng)，也有過程語句執(zhí)行模塊和SQL語句執(zhí)行模塊。過程語句解釋執(zhí)行器解釋執(zhí)行過程語句的中間代碼，SQL命令則直接由SQL引擎執(zhí)行。另外，解釋器還包括例外處理模塊，負(fù)責(zé)錯(cuò)誤檢查和報(bào)告。
　　符號(hào)表是一個(gè)包含程序中的變量、自定義類型和函數(shù)信息的數(shù)據(jù)庫，它是GKD-Base PL/SQL引擎的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它以一個(gè)關(guān)鍵字域(通常是一個(gè)符號(hào)的名字)為索引，一個(gè)關(guān)鍵字域的值對(duì)應(yīng)于庫中的一條記錄。每條記錄，即數(shù)據(jù)庫的一個(gè)項(xiàng)目，都對(duì)應(yīng)著一個(gè)符號(hào)的信息，如變量的類型或函數(shù)的返回值等。
2 GKD-Base PL/SQL過程與函數(shù)語言成分設(shè)計(jì)
　　子程序" title="子程序">子程序把功能獨(dú)立并需要反復(fù)用到的代碼加以參數(shù)化處理，從而整合為一個(gè)命名模塊，在要使用這個(gè)模塊時(shí)就傳入具體參數(shù)值(如果需要)進(jìn)行調(diào)用。與第三代語言中的子程序一樣，GKD-Base PL/SQL過程與函數(shù)是特定功能的邏輯抽象，由子程序定義和引用組成，可以分為過程和函數(shù)兩種類別。PL/SQL子程序可以分開編譯并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，用CREATE 語句建立，并成為模式對(duì)象的一部分。存儲(chǔ)過程/函數(shù)可以位于包結(jié)構(gòu)中，包分為包聲明和包體實(shí)現(xiàn)部分。本地過程/函數(shù)在DECLARE 節(jié)中的最后部分進(jìn)行，而作為存儲(chǔ)過程和存儲(chǔ)函數(shù)將存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，它們是命名的PL/SQL塊。這樣它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上也就沒有特別之處了。下面主要討論形參和實(shí)參的綁定設(shè)計(jì)。
　　PL/SQL 函數(shù)中的參數(shù)說明帶有輸入和輸出描述，需要在編譯時(shí)刻進(jìn)行處理，并對(duì)調(diào)用時(shí)的參數(shù)類型是否相容進(jìn)行檢查。但在PL/SQL過程和函數(shù)的聲明中，限制CHAR、VARCHAR2參數(shù)的長度以及限制NUMBER的精度都是非法的。這是由于在調(diào)用一個(gè)函數(shù)時(shí)，實(shí)際參數(shù)的取值被傳遞進(jìn)去，在函數(shù)內(nèi)部通過使用形式參數(shù)來引用這些實(shí)際參數(shù)，不僅實(shí)際數(shù)值被傳遞進(jìn)去，而且作為參數(shù)傳遞機(jī)制的一部分，對(duì)于這些變量的限制也被傳遞進(jìn)去。例如：
　　創(chuàng)建函數(shù)：
　　CREATE OR REPLACE FUNCTION ParameterLength (p_Var1 IN OUT VARCHAR2)
　　RETURN VARCHAR2 AS
　　BEGIN
　　　　p_Var1:=′This is an example′;
　　　　RETURN p_Var1;　
　　END ParameterLength;
　　調(diào)用函數(shù)：
　　DECLARE
　　v_Variable1 VARCHAR (30);
　　v_Variable2 VARCHAR (30);
　　BEGIN
　　　　v_Variable2:= ParameterLength (v_Variable1);
　　END;
　　上述調(diào)用將使p_Var1變量的最大長度為30(來自實(shí)參)。而如果將v_Variable1的長度定義成10，將產(chǎn)生錯(cuò)誤。這個(gè)錯(cuò)誤的產(chǎn)生不是過程設(shè)計(jì)不好，而是因?yàn)檎{(diào)用該過程的代碼發(fā)生了問題。值得注意的是：在過程定義中如果使用％TYPE作為形參類型的限制，而基準(zhǔn)類型又是受限的，那么該限制將作用于形式參數(shù)而不是實(shí)際參數(shù)。
　　在缺省參數(shù)值的處理方式上，即當(dāng)調(diào)用時(shí)，沒有指明實(shí)際值時(shí)，就用缺省值。對(duì)使用缺省值的形式參數(shù)，通常需要把它們放到參數(shù)表的末尾，這樣無論使用位置標(biāo)識(shí)法還是帶名標(biāo)識(shí)法都可以。
3 GKD-Base存儲(chǔ)函數(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)
3.1函數(shù)管理器
　　GKD-Base PL/SQL引擎對(duì)PL/SQL程序的解釋執(zhí)行都通過一個(gè)內(nèi)部統(tǒng)一的入口，解釋器把語法樹載入到入口內(nèi)部的一個(gè)默認(rèn)的主控函數(shù)，由這個(gè)函數(shù)驅(qū)動(dòng)對(duì)其解釋執(zhí)行。這樣處理的主要目的是為了兼容子程序的語法分析和保持解釋器運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制的一致性。因?yàn)樽映绦蚓褪荘L/SQL程序中命名的語句塊，用戶調(diào)用子程序時(shí)，PL/SQL引擎可以再次調(diào)用內(nèi)部主控函數(shù)對(duì)其進(jìn)行處理，并提交解釋器執(zhí)行。
　　PL/SQL子程序包括局部聲明子程序和存儲(chǔ)子程序。為了管理和調(diào)用局部聲明子程序，設(shè)計(jì)了函數(shù)管理器，如圖2。函數(shù)管理器內(nèi)部定義了一系列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來描述局部聲明子程序調(diào)用的各種屬性，提供各種宏調(diào)用來獲取局部聲明子程序調(diào)用的參數(shù)和返回值，并提供必要的支持函數(shù)。從某種角度看，函數(shù)管理器也是用來存放各種局部聲明函數(shù)和過程信息的“符號(hào)表”，因?yàn)樵诠芾砥髦羞€包括對(duì)聲明子程序聲明和調(diào)用信息的存儲(chǔ)、查找等功能。函數(shù)管理器提供一種結(jié)構(gòu)化的處理手段，以一種統(tǒng)一的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)局部聲明子程序的調(diào)用。這種“統(tǒng)一”表現(xiàn)在：每個(gè)局部聲明子程序都在函數(shù)管理器中獲得一個(gè)識(shí)別號(hào)(Oid)，這個(gè)識(shí)別號(hào)唯一標(biāo)識(shí)該局部聲明子程序；函數(shù)管理器維持一份記錄表格，其中存放所有局部聲明子程序的識(shí)別號(hào)、子程序名、子程序地址、參數(shù)個(gè)數(shù)和返回值類型等信息，同時(shí)接口還提供相應(yīng)的查找功能，源程序中的局部聲明子程序調(diào)用會(huì)被轉(zhuǎn)換成為子程序的識(shí)別號(hào)并通過該識(shí)別號(hào)查找得到子程序的詳細(xì)信息。

　　所有局部聲明子程序都在函數(shù)管理器中進(jìn)行注冊(cè)，存儲(chǔ)子程序并不在函數(shù)管理器中注冊(cè)，而是保存在數(shù)據(jù)庫中。對(duì)于一個(gè)子程序調(diào)用，首先根據(jù)子程序名到函數(shù)管理器中查找；如果沒有在函數(shù)管理器中找到再去查找數(shù)據(jù)庫，這樣就兼容了Oracle PL/SQL V2.3局部聲明子程序的定義優(yōu)先于存儲(chǔ)子程序的規(guī)則。
3.2 執(zhí)行狀態(tài)堆棧
　　在GKD-Base PL/SQL引擎的解釋執(zhí)行器中，設(shè)計(jì)了一個(gè) “執(zhí)行狀態(tài)”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中記載了存儲(chǔ)函數(shù)的執(zhí)行狀態(tài)信息，如函數(shù)中的聲明變量、函數(shù)的參數(shù)個(gè)數(shù)、函數(shù)的參數(shù)類型、函數(shù)每個(gè)參數(shù)的值、函數(shù)的返回值等。解釋器中所有的解釋函數(shù)都擁有一個(gè)指針參數(shù)指向這個(gè)結(jié)構(gòu)，需要在這些函數(shù)間傳遞的信息(包括全局變量信息)將被拷貝到這個(gè)結(jié)構(gòu)?？紤]到存儲(chǔ)函數(shù)是個(gè)單獨(dú)的PL/SQL語句塊層次，因此設(shè)計(jì)了執(zhí)行狀態(tài)堆棧。在調(diào)用存儲(chǔ)函數(shù)前，對(duì)當(dāng)前的現(xiàn)場進(jìn)行保存，也就是將當(dāng)前的執(zhí)行狀態(tài)壓棧；在存儲(chǔ)函數(shù)調(diào)用結(jié)束之后恢復(fù)保存的現(xiàn)場，彈出當(dāng)前執(zhí)行狀態(tài)，回到上一層執(zhí)行狀態(tài)繼續(xù)執(zhí)行，如圖3。

3.3 存儲(chǔ)函數(shù)的創(chuàng)建和調(diào)用
　　用戶創(chuàng)建的存儲(chǔ)函數(shù)經(jīng)過編譯得到中間代碼并保存在GKD-Base的中間代碼庫中。函數(shù)調(diào)用時(shí)，根據(jù)函數(shù)名到GKD-Base的中間代碼庫中查找相應(yīng)存儲(chǔ)函數(shù)的中間代碼對(duì)其解釋執(zhí)行，最后得到返回值。GKD-Base存儲(chǔ)函數(shù)的創(chuàng)建和調(diào)用分別對(duì)應(yīng)中間代碼的產(chǎn)生和執(zhí)行過程。
　　PL/SQL引擎對(duì)存儲(chǔ)函數(shù)的創(chuàng)建的具體處理過程如下：
　?、倬幾g器得到用戶創(chuàng)建的存儲(chǔ)函數(shù)；
　?、趯?duì)用戶創(chuàng)建的存儲(chǔ)過程進(jìn)行編譯，如果編譯通過則生成該存儲(chǔ)函數(shù)的語法樹；否則向用戶報(bào)告錯(cuò)誤；
　　③將存儲(chǔ)函數(shù)中間代碼保存在中間代碼庫中；存儲(chǔ)函數(shù)的源代碼保存在GKD-Base的系統(tǒng)表中，如表1；
　　④向用戶返回消息。
　　根據(jù)Oracle PL/SQL V2.3 語言規(guī)范，存儲(chǔ)函數(shù)調(diào)用本身不是一個(gè)語句，它只能作為其它語句的一部分。PL/SQL引擎對(duì)存儲(chǔ)函數(shù)的調(diào)用的具體過程如圖4：
　?、俳忉屍髦姓Z句鏈的解釋函數(shù)調(diào)用存儲(chǔ)函數(shù)的解釋函數(shù)；
　?、诮忉屍髟趫?zhí)行存儲(chǔ)函數(shù)之前，對(duì)當(dāng)前的現(xiàn)場進(jìn)行保存，即將當(dāng)前的執(zhí)行狀態(tài)壓棧；
　?、鄣綌?shù)據(jù)庫的中間代碼庫中找到存儲(chǔ)函數(shù)的語法樹，把存儲(chǔ)函數(shù)的語法樹掛在整個(gè)PL/SQL語句塊語法樹的過程調(diào)用節(jié)點(diǎn)上，并提交解釋器；
　?、芙忉屍鲌?zhí)行存儲(chǔ)函數(shù)中間代碼；
　?、萁忉屍髟诖鎯?chǔ)函數(shù)調(diào)用結(jié)束后，將返回值返回給調(diào)用它的語句，并恢復(fù)保存的現(xiàn)場，彈出當(dāng)前執(zhí)行狀態(tài)，回到上一層執(zhí)行狀態(tài)繼續(xù)執(zhí)行。