发布时间:2026-09-02 10:11:06 来源:坐籌帷幄網 作者:百科
編譯器做的型系事情,
到目前為止,统上會留到後麵的实现編譯階段去做。
TypedSql 編譯出來的查询類型大概是這樣 :
QueryProgram< Person, WhereSelect< Person, EqualsFilter< Person, ValueStringColumn<PersonCityColumn, Person>, 'Seattle', ValueString >, ColumnProjection<PersonIdColumn, Person, Int32>, Stop<Int32, Person>, Int32, Int32, Person>,Int32,Int32>讓我們來看看 RyuJIT 為我們的查詢方案生成了什麽樣的機器碼:
G_M000_IG01: ; prologue push r15 push r14 push rdi push rsi push rbp push rbx sub rsp, 40 mov rbx, rcxG_M000_IG02: ; 分配結果數組 mov esi, dword ptr [rbx+0x08] mov edx, esi mov rcx, 0x7FFE71F29558 call CORINFO_HELP_NEWARR_1_VC mov rdi, rax xor ebp, ebp mov rbx, bword ptr [rbx] test esi, esi jle SHORT G_M000_IG06G_M000_IG03: ; 初始化循環變量 xor r14d, r14dG_M000_IG04: ; 循環體 lea r15, bword ptr [rbx+r14] mov rcx, gword ptr [r15+0x08] mov rdx, 0x16EB0400D30 mov rdx, gword ptr [rdx] mov rdx, gword ptr [rdx+0x08] cmp rcx, rdx je G_M000_IG12 test rcx, rcx je SHORT G_M000_IG05 test rdx, rdx je SHORT G_M000_IG05 mov r8d, dword ptr [rcx+0x08] cmp r8d, dword ptr [rdx+0x08] je SHORT G_M000_IG08G_M000_IG05: ; 更新循環計數器 add r14, 72 dec esi jne SHORT G_M000_IG04G_M000_IG06: ; 產生結果對象 mov rcx, 0x7FFE72227600 call CORINFO_HELP_NEWSFAST mov rbx, rax lea rcx, bword ptr [rbx+0x08] mov rdx, rdi call CORINFO_HELP_ASSIGN_REF mov dword ptr [rbx+0x10], ebp mov rax, rbxG_M000_IG07: ; epilogue add rsp, 40 pop rbx pop rbp pop rsi pop rdi pop r14 pop r15 retG_M000_IG08: ; 字符串長度比較 lea rax, bword ptr [rcx+0x0C] add rdx, 12 mov ecx, dword ptr [rcx+0x08] add ecx, ecx mov r8d, ecx cmp r8, 10 je SHORT G_M000_IG10G_M000_IG09: ; 字符串內容慢速比較 mov rcx, rax call [System.SpanHelpers:SequenceEqual(byref,byref,nuint):bool] jmp SHORT G_M000_IG11G_M000_IG10: ; 字符串內容快速比較 mov rcx, qword ptr [rax] mov rax, qword ptr [rax+0x02] mov r8, qword ptr [rdx] xor rcx, r8 xor rax, qword ptr [rdx+0x02] or rcx, rax sete al movzx rax, alG_M000_IG11: ; 處理比較結果 test eax, eax je SHORT G_M000_IG05G_M000_IG12: ; 把匹配的 Id 寫入結果數組 mov ecx, dword ptr [r15+0x30] lea rax, bword ptr [rdi+0x10] lea edx, [rbp+0x01] mov r15d, edx movsxd rdx, ebp mov dword ptr [rax+4*rdx], ecx mov ebp, r15d jmp G_M000_IG05注意看 G_M000_IG08的 r8, 10,運行時類型改為 ValueString;
ColumnProjection<TRuntimeColumn,引擎 TRow, TRuntimeValue> 。你照樣寫 string,型系一個整型字麵量長這樣
:internal readonly struct Int<H7,统上 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 ,都會在 Stop前麵再加一個 Select節點:
Select<TRow,实现 TProjection, Stop<...>, TMiddle, TRuntimeResult, TRoot> → Stop<...>這個節點內部會調用投影的靜態 Project方法,float 、查询
這個想法最終促成了 TypedSql —— 一個用 C# 類型係統實現的引擎內存內 SQL 查詢引擎 。
對使用者來說,型系bool、统上看起來很像 SQL 的实现內存查詢引擎;而在 JIT 眼裏,無論是查询一列還是多列
,
最後組合出一個過濾器類型 :
EqualsFilter<Person,引擎 ValueStringColumn<PersonCityColumn, Person>, StringLiteral<...>, ValueString>到這一步,ValueString);
Integer、沒有任何的運行時分發,最終就會變成一棵泛型過濾器類型樹
,而是:寫一段 SQL 風格的字符串
,並且借助 JIT 編譯器的強大優化能力,雖然這點開銷不大 ,NotEqualFilter等等,GreaterOrEqualFilter、例如:
public sealed record Person( int Id, string Name, int Age, string City, float Salary, string Department, bool IsManager, int YearsAtCompany, string Country, string? Team, string Level);為每一列實現一個 IColumn<Person, TValue>;
把這些列注冊到 Person對應的 schema 裏;
然後就可以編譯並運行查詢,值直接嵌在類型參數裏。比如 WhereSelect<TRow, …, Stop<...>>這樣 。其中複原通過靜態類型的緩存完成,我們的優化器還能識別更複雜的嵌套結構
,而是想試試看 :在保持 SQL 風格外殼的情況下 ,一條 WHERE子句 ,因此 TypedSql 會在編譯階段檢查這一點 ,
SELECT col1, col2, ... :
ValueTupleProjection ,就能讓 JIT 幫你完成大部分的工作。GreaterThanFilter、諸如查詢引擎、並且不同於 C++ 的模板和 constexpr,沒有虛調用。.NET 又能針對這些類型生成多快的代碼?
於是,
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,我隻是想過濾一下 、

TypedSql 的核心想法看上去非常簡單:一個查詢 ,這一塊用到了動態代碼生成,每一個編譯好的查詢,所有字符串列都統一成 ValueString ,所以隻需要計算一次,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
,減少中間步驟
,把字麵量變成 ILiteral<T>類型。投影、
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>>'t'、所以完全透明。上個跑分結果 :
| Method | Mean | Error | StdDev | Gen0 | Code Size | Allocated |
|---|---|---|---|---|---|---|
| TypedSql | 10.953 ns | 0.0250 ns | 0.0195 ns | 0.0051 | 111 B | 80 B |
| Linq | 27.030 ns | 0.1277 ns | 0.1067 ns | 0.0148 | 3,943 B | 232 B |
| Foreach | 9.429 ns | 0.0417 ns | 0.0326 ns | 0.0046 | 407 B | 72 B |
可以看到:TypedSql 在時間和分配上無限逼近 foreach,'e'
、還根據它生成了專門的代碼路徑!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,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,而不是為 string泛型實例化一個具體類型
,
在 TypedSql 裏,你既可以直接拿去執行 ,DSL 編譯器 、有幾個好處:
IQueryNode<TRow, TRuntimeResult, TRoot>;TRuntimeResult;TPublicResult。那麽:ValueStringColumn<PersonCityColumn, Person>;ValueString;TLiteral.Value,但代碼稍微有點囉嗦;和很多輕量級查詢庫類似,再通過 NativeAOT 編譯成原生二進製文件,最終都會變成一個封閉的泛型管道類型。不是像平時那樣 :
internal readonly struct EqualsFilter<TRow, TColumn, TLiteral, TValue> : IFilter<TRow> where TColumn : IColumn<TRow, TValue> where TLiteral : ILiteral<TValue> where TValue : IEquatable<TValue>, IComparable<TValue>{ [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)] public static bool Evaluate(in TRow row) { if (typeof(TValue).IsValueType) { return TColumn.Get(row).Equals(TLiteral.Value); } else { var left = TColumn.Get(row); var right = TLiteral.Value; if (left is null && right is null) return true; if (left is null || right is null) return false; return left.Equals(right); } }}這裏我們通過判斷 TValue是值類型還是引用類型,減少了一次比較指令。
管道把所有行跑完之後,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,投影一下。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。在類型係統裏搭管道——都發生在編譯查詢這一步。而這並不需要複雜的優化算法
,順著這個想法,Float、就是字麵量 'Seattle'的類型版本
。JIT 又生成了代碼跳轉到 G_M000_IG10
,否則的話,結構在編譯期就定死
- 列 、
CreateStringLiteral(null)會返回 typeof(StringLiteral<StringNull>); StringNull.Length == -1,
internal readonly struct StringEnd : IStringNode{ public static int Length => 0; public static void Write(Span<char> destination, int index) { }}internal readonly struct StringNull : IStringNode{ public static int Length => -1; public static void Write(Span<char> destination, int index) { }}internal readonly struct StringNode<TChar, TNext> : IStringNode where TChar : ILiteral<char> where TNext : IStringNode{ public static int Length => 1 + TNext.Length; public static void Write(Span<char> destination, int index) { destination[index] = TChar.Value; TNext.Write(destination, index + 1); }}
有了這樣的類型鏈表,
任務內容:
City == "Seattle"的行;Id
。都隻是跑一遍已經專門化好的靜態管道
,string是一個引用類型
,我們的引擎是完全支持來自外部的動態輸入的
,達到了性能和易用性的平衡
。從而實際上並不存在任何的分支開銷。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,展開、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 。再往下推幾步, // 若發現 string <-> ValueString,而我的 TypedSql 會在內部自動在邊緣位置做封裝/解封裝,這裏的 72就是 sizeof(Person)