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利用C++实现⾃然连接操作算法

1. 实验目的

2. 实验内容

3. 实验结果

1. 实验目的

本次实验三需要完成的内容为实现然连接(natural join)操作算法，对两个关系进然连接，具体实现基于块的嵌套循环连接(Block-based Nested Loop Join)算法。

我们要实现的函数在 executer.cpp 文件中。

bool NestedLoopJoinOperator::execute(int numAvailableBufPages,
                                     File &resultFile)

2. 实验内容

首先，我们读取两个表头的信息

TableId leftTableId = catalog->getTableId("r");
TableId rightTableId = catalog->getTableId("s");
badgerdb::File left = File::open(catalog->getTableFilename(leftTableId));
badgerdb::File right = File::open(catalog->getTableFilename(rightTableId));

运用两层循环寻找两个表中名称与类型完全相同的属性，将他们全部标记出来，用于之后的自然连接操作。

vector<int> leftForeignKeyId;
vector<int> rightForeignKeyId;
for (int i = 0; i < leftTableSchema.getAttrCount(); i++)
{
    for (int j = 0; j < rightTableSchema.getAttrCount(); j++)
    {
        if ((leftTableSchema.getAttrName(i) == rightTableSchema.getAttrName(j)) && (leftTableSchema.getAttrType(i) == rightTableSchema.getAttrType(j)))
        {
            leftForeignKeyId.push_back(i);
            rightForeignKeyId.push_back(j);
            break;
        }
    }
}

准备操作做完后，开始进行自然连接操作。

用循环从磁盘中读取两个页面的信息，记录 io 操作次数

for (badgerdb::FileIterator leftPage = left.begin(); leftPage != left.end(); leftPage++)
{
    badgerdb::Page *bufferedLeftPage;
    bufMgr->readPage(&left, (*leftPage).page_number(), bufferedLeftPage);
    numIOs += 1;
    for (badgerdb::FileIterator rightPage = right.begin(); rightPage != right.end(); rightPage++)
    {
        badgerdb::Page *bufferedRightPage;
        bufMgr->readPage(&right, (*rightPage).page_number(), bufferedRightPage);
        numIOs += 1;

之后，从表中读取全部的元组的信息，进行对比。

读取的元组信息有特殊的格式，并不能直接利用，所以需要先了解元组在表中储存的格式，然后进行解读。元组的存储方式可以从 storage.cpp 中的 createTupleFromSQLStatement 函数中得知。

switch (dataType) {  // (int) 56 (0011 1000) -> (char) '\0''\0''\0''8'
case INT: {        // convert int value into 4 byte representation
    case CHAR: {  // (char(5) ) 'abc' -> 'abc00'
        case VARCHAR: {  // (varchar(8) ) 'abc' -> '3''abc'  (3 refer to the ascii
            // code number correspond alpha)

于是，我们根据注释的存储方式编写解析函数，该函数输入为文件中存储的元组，输出为数组表示的直观的元组内容。

vector<string> analyze(string record, badgerdb::TableSchema schema)

先读取其中一个表的元组，用块来存储。

for (badgerdb::PageIterator leftRecord = bufferedLeftPage->begin(); leftRecord != bufferedLeftPage->end(); leftRecord++)
{
    vector<string> leftInfo = analyze(*leftRecord, leftTableSchema);
    numUsedBufPages += 1;
    block.push_back(leftInfo);
    if (block.size() < BLOCK_SIZE)
    {
        continue;
    }

然后读取另一个表的元组信息，

for (badgerdb::PageIterator rightRecord = bufferedRightPage->begin(); rightRecord != bufferedRightPage->end(); rightRecord++)
{
    numUsedBufPages += 1;

将两个元组当中的属性名相同的属性列信息进行对比，

bool f = true;
for(int i = 0; i < leftForeignKeyId.size(); i++)
{
    if(leftInfo[leftForeignKeyId[i]] != rightInfo[rightForeignKeyId[i]])
    {
        f = false;
        break;
    }
}

如果全部相同，则代表需要进行自然连接操作。

if(f)
{
    string current_line = "INSERT INTO TEMP_TABLE VALUES (" + leftInfo[0];
    for (int i = 1; i < leftTableSchema.getAttrCount(); i++)
    {
        current_line = current_line + ", " + leftInfo[i];
    }
    for (int i = 0; i < rightTableSchema.getAttrCount(); i++)
    {
        current_line = current_line + ", " + rightInfo[i];
    }
    current_line = current_line + ");";
    string tuple = HeapFileManager::createTupleFromSQLStatement(current_line, catalog);
    numResultTuples += 1;
    HeapFileManager::insertTuple(tuple, resultFile, bufMgr);
}

否则不进行任何操作。

在全部循环都结束之后，块中可能还会有剩余的信息没有进行处理，此时再单独对剩余信息进行处理，代码基本相同。

3. 实验结果

代码运行结果如下：