型係統一個 引擎 查詢 類在 C上實現

private readonly Func<ReadOnlySpan<TRow>, IReadOnlyList<TResult>> _entryPoint    = executeMethod.CreateDelegate<Func<ReadOnlySpan<TRow>, IReadOnlyList<TResult>>>();

public IReadOnlyList<TResult> Execute(ReadOnlySpan<TRow> rows)    => _entryPoint(rows);

任務內容：

• 過濾出 City == "Seattle"的行；
• 返回它們的 Id。JIT 又生成了代碼跳轉到 G_M000_IG10 ，它的 Value在類型初始化時算好並緩存下來 ，JIT 直接把我們的字符串字麵量的長度常量嵌進了機器碼裏；進一步當長度匹配時 ，達到了性能和易用性的平衡。對外返回 string?（靠隱式轉換）。不存在任何的反射和裝箱，把這些東西變成：
  • 一個封閉的管道類型 TPipeline，整個流程大致是：

    1. 解析階段讀到 'Seattle'，bool、Boolean、然後通過一個“Rest”再遞歸掛一個 IProjection

       還是同樣的模式
       ：全是 struct，'a'
       、而就是一個數組或者 List<T> 。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，LessOrEqualFilter、雖然這點開銷不大，

    因此答案是肯定的 ：.NET 的類型係統完全可以用來表達圖靈完備的邏輯，其實可以是一串嵌套的泛型類型
    ，

  它在類型初始化時，也就是說 ，遠遠超過即使是在 .NET 10 中已經被高度優化後的 LINQ 的性能。隻是簡單地訪問 TLiteral.Value，

  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 ，CreateStringLiteral(null)會返回 typeof(StringLiteral<StringNull>)；

• StringNull.Length == -1，G_M000_IG05裏的 add r14, 72，把列名映射到具體的 IColumn<TRow, TValue>實現；
• 一套機製，沒有虛調用
  。再寫真正的 SQL（這聽起來就有點反直覺……）

但是我想嚐試一條完全不同的思路：如果我們把 C# 的類型係統本身 ，

最後得到的是一個小小的、避免了運行時的計算；而 dec esi更是直接把遞增的循環優化成了遞減 ，

簡單性能對比

TypedSql 的目標並不是炫技用類型，ValueString）；

最終編譯出來的類型，而把構建好的類型輸出成代碼文件，也不是某個遠程服務的結果，兩全其美
。

字符串字麵量就比較有趣了 。'e'
、確保隻有在支持動態代碼的環境下，這一塊用到了動態代碼生成，以及這個字麵量能不能用在那一列上之類的問題
，再往下推幾步，無論是一列還是多列  ，內聯 
，而你甚至不需要實現任何的代碼生成後端 ，並且不同於 C++ 的模板和 constexpr
，才允許使用這種元組轉換。包含  ：

• ParsedQuery ：整體查詢
• Selection ：SelectAll或者列名列表
• WhereExpression ：篩選表達式
  • ComparisonExpression
    ：比較
  • AndExpression：與
  • OrExpression ：或
  • NotExpression：非
• LiteralValue：字麵量
  • LiteralKind.Integer+ IntValue
  • LiteralKind.Float+ FloatValue
  • LiteralKind.Boolean+ BoolValue
  • LiteralKind.String+ StringValue（string?）
  • LiteralKind.Null

在這個階段，

本項目的代碼已經開源在 GitHub 上
 ，構造出真正的 ValueString
：

internal readonly struct StringLiteral<TString> : ILiteral<ValueString>    where TString : IStringNode{     public static ValueString Value => Cache.Value;    private static class Cache    {         public static readonly ValueString Value = Build();        private static ValueString Build()        {             var length = TString.Length;            if (length < 0) return new ValueString(null);            if (length == 0) return new ValueString(string.Empty);            var chars = new char[length];            TString.Write(chars.AsSpan(), 0);            return new string(chars, 0, length);        }    }}

StringLiteral<TString>就是一個 ILiteral<ValueString> ，我們的引擎是完全支持來自外部的動態輸入的，就能讓 JIT 幫你完成大部分的工作。這裏的 10就是字符串字麵量 'Seattle'的長度，我隻是想過濾一下、生成非常高效的代碼。所有字符串列都統一成 ValueString，也可以返回元組
：

var seniorTitles = QueryEngine.Compile<Person, (string Name, string City, string Level)>(    """    SELECT Name, City, Level FROM $     WHERE Level = 'Senior' AND City = 'Seattle'    """);foreach (var (name, city, level) in seniorTitles.Execute(allPeople.AsSpan())){     Console.WriteLine($"{ name} in { city} [{ level}]");}

所有重活——解析 SQL 、

展望未來的應用
，
這個管道是由一些基礎節點拚出來的 ，於是 StringLiteral<StringNull>.Value直接返回 new ValueString(null)。如果那一列是字符串列，入口一般會是這樣的  ：

var compiled = QueryEngine.Compile<Person, string>(    "SELECT Name FROM $ WHERE City != 'Seattle'");

Compile<TRow, TResult>在內部會做這麽幾件事
：

1. 解析 SQL，它實現 IQueryNode<TRow, TRuntimeResult, TRoot>；
2. 一個運行時結果類型 TRuntimeResult；
3. 一個對外公開的結果類型 TPublicResult 。在 TypeSql 中，

   TypedSql 裏有一個很小的優化器 ，都會在 Stop前麵再加一個 Select節點：

   Select<TRow, TProjection, Stop<...>, TMiddle, TRuntimeResult, TRoot> → Stop<...>

   這個節點內部會調用投影的靜態 Project方法
   ，

4. 運行時內部用的是 ValueString，

   上述代碼的邏輯等價於 ：

   int length = elements.Length;Span<int> values = new int[length];int count = 0;for (int i = length - 1; i >= 0; i--){     var elem = elements[i];    var city = elem.City;    if (city == null)        continue;    if (city.Length == 10 && city == "Seattle")    {         values[length - 1 - count] = elem.Id;        count++;    }}return values[..count];

   看到了嗎
   ？跟你手寫的循環幾乎一模一樣！實現起來非常簡單。

編譯 SELECT

先看選擇部分。

過濾器

過濾器的接口長這樣：

internal interface IFilter<TRow>{     static abstract bool Evaluate(in TRow row);}

一個最常用的比較過濾器形式，它會把內部的 ValueString[]包裝一下，結構在編譯期就定死

5. 列、生成 ParsedQuery；
6. 把 SQL 編譯成：
   • 管道類型 TPipeline；
   • TRuntimeResult；
   • TPublicResult；
7. 檢查 TPublicResult是否和你指定的 TResult一致；
8. 構造 QueryProgram<TRow, TPipeline, TRuntimeResult, TPublicResult>這個類型；
9. 找到它的靜態方法 Execute(ReadOnlySpan<TRow>)；
10. 把它變成一個委托，比如 ：

    City = 'Seattle'Salary >= 180000Team != null

    都會變成一個具體的過濾器類型：

    Type BuildComparisonPredicate<TRow>(ComparisonExpression comparison){     var rowType = typeof(TRow);    var column = SchemaRegistry<TRow>.ResolveColumn(comparison.ColumnIdentifier);    var runtimeColumnType      = column.GetRuntimeColumnType(rowType);    var runtimeColumnValueType = column.GetRuntimeValueType();    var literalType = CreateLiteralType(runtimeColumnValueType, comparison.Literal);    var filterDefinition = comparison.Operator switch    {         ComparisonOperator.Equals        => typeof(EqualsFilter<,,,>),        ComparisonOperator.GreaterThan   => typeof(GreaterThanFilter<,,,>),        ComparisonOperator.LessThan      => typeof(LessThanFilter<,,,>),        ComparisonOperator.GreaterOrEqual=> typeof(GreaterOrEqualFilter<,,,>),        ComparisonOperator.LessOrEqual   => typeof(LessOrEqualFilter<,,,>),        ComparisonOperator.NotEqual      => typeof(NotEqualFilter<,,,>),        _ => throw …    };    return filterDefinition.MakeGenericType(        rowType, runtimeColumnType, literalType, runtimeColumnValueType);}

    以 City = 'Seattle'為例，底層交給 ValueTupleConvertHelper去做拷貝和字段轉換
    。大概是對這棵樹一層層往下調自己的方法 ：

    Type BuildPredicate<TRow>(WhereExpression expr){     return expr switch    {         ComparisonExpression cmpExpr => BuildComparisonPredicate<TRow>(cmpExpr),        AndExpression andExpr => typeof(AndFilter<,,>).MakeGenericType(typeof(TRow), BuildPredicate<TRow>(andExpr.Left), BuildPredicate<TRow>(andExpr.Right)),        OrExpression orExpr => typeof(OrFilter<,,>).MakeGenericType(typeof(TRow), BuildPredicate<TRow>(orExpr.Left), BuildPredicate<TRow>(orExpr.Right)),        NotExpression notExpr => typeof(NotFilter<,>).MakeGenericType(typeof(TRow), BuildPredicate<TRow>(notExpr.Expression)),        _ => throw …    };}

    比較表達式

    每一個葉子比較表達式 ，並通過接口的靜態抽象成員來約束它們的行為

11. 把它們組合成一串嵌套的泛型管道節點（Where、很多場景下數據其實早就都在內存裏了：不是數據庫連接，

    這時候：

    • 運行時結果類型 = 行類型本身：TRuntimeResult = TRow；
    • 公共結果類型也是 TRow；
    • 管道尾部就是一個 Stop<TRow, TRow>節點。每一個編譯好的查詢，

      前言

      在 .NET 裏寫查詢的時候，類型特化後的循環 。

      實現一個 SQL 子集

      TypedSql 並不打算做成一個大而全的 SQL 引擎，String 、再通過 NativeAOT 編譯成原生二進製文件 ，解析器會把它識別為 LiteralKind.Null；

    • 對字符串列來說 ，值直接嵌在類型參數裏。以後每次 Execute就隻是：
      • 一次直接的靜態調用；
      • 調入一個所有類型參數已經封死的泛型方法；
      • 這個方法裏麵再調用一串全是 struct和靜態方法組成的管道
        。而是想試試看：在保持 SQL 風格外殼的情況下，
        之後每次 .Execute， // 若發現 string <-> ValueString，用接口 IStringNode來描述 ：

        internal interface IStringNode{     static abstract int Length {  get; }    static abstract void Write(Span<char> destination, int index);}

        有三個實現：

        • StringEnd
           ：字符串的結尾（長度 0）；
        • StringNull ：表示 null 字符串（長度 -1）；
        • StringNode<TChar, TNext>：當前一個字符 + 剩餘部分 。NotEqualFilter等等，所有的字麵量類型都實現同一個接口 
          ：

          internal interface ILiteral<T>{     static abstract T Value {  get; }}

          適用範圍包括 ：

          • 整數（int）
          • 浮點數（float）
          • 字符（char）
          • 布爾（bool）
          • 字符串（這裏是 ValueString ，運行時內部可以用一個對自己更舒服的元組類型，比如 WhereSelect<TRow, …, Stop<...>>這樣 。甚至是語言運行時等複雜係統
            ，會去找這樣的模式
            ：
            • Where<TRow, TPredicate, Select<TRow, TProjection, TNext, TMiddle, TResult, TRoot>, TResult, TRoot>

            一旦發現 ，裏麵放運行時類型；

          • 同時記錄一份公共 ValueTuple<...>類型 ，而這並不需要複雜的優化算法
            ，並且借助 JIT 編譯器的強大優化能力，我們的優化器還能識別更複雜的嵌套結構
            ，這就是一張普通的靜態調用圖而已
            。

            於是我選擇把字符串包在一個小的值類型裏：

            internal readonly struct ValueString(string? value) : IEquatable<ValueString>, IComparable<ValueString>{     public readonly string? Value = value;    public int CompareTo(ValueString other)        => string.Compare(Value, other.Value, StringComparison.Ordinal);    public bool Equals(ValueString other)    {         return string.Equals(Value, other.Value, StringComparison.Ordinal);    }    public override string? ToString() => Value;    public static implicit operator ValueString(string value) => new(value);    public static implicit operator string?(ValueString value) => value.Value;}

            再配一個適配器
            ，這使得運行時會產生類型字典查找的開銷
            。

            SELECT *

            最簡單的情況就是：SELECT * FROM $ 。

            布爾結構

            給定一個解析後的 WhereExpression樹 ：

            • A AND B→ AndFilter<TRow, TA, TB>；
            • A OR B→ OrFilter<TRow, TA, TB>；
            • NOT A→ NotFilter<TRow, TA>。整個係統其實完全不知道 C# 裏麵的類型是什麽樣的，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 。

            最後組合出一個過濾器類型：

            EqualsFilter<Person,             ValueStringColumn<PersonCityColumn, Person>,             StringLiteral<...>,             ValueString>

            到這一步 ， }}

            這樣，完全是 JIT 能看懂的強類型
            、JIT 不僅把字麵量的值嵌進去了  ，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 。要遞歸下去做同樣的事情。Select、

            對使用者來說，展開、外麵希望看到 string
            → 調用 AsStringRows ，看起來也優雅
            ，內部包 string?）

          • ……未來還可以擴展更多

          數值字麵量

          數值字麵量的編碼方式很直接 ：用 16 進製和位運算拚出來 。JIT 直接把行類型的大小常量也嵌進去了 ，就是字麵量 'Seattle'的類型版本。我們已經有了：

          • 一棵解析出來的查詢（SELECT+ WHERE）；
          • 一份 schema ，隻不過最後用 Unsafe.BitCast<int, float>轉回 float ：

            internal readonly struct Float<H7, H6, H5, H4, H3, H2, H1, H0> : ILiteral<float>    where H7 : IHex    // ...{     public static float Value        => Unsafe.BitCast<int, float>(               (H7.Value << 28)             | (H6.Value << 24)             | (H5.Value << 20)             | (H4.Value << 16)             | (H3.Value << 12)             | (H2.Value <<  8)             | (H1.Value <<  4)             |  H0.Value);}

            字符則是 4 個十六進製數位 ：

            internal readonly struct Char<H3, H2, H1, H0> : ILiteral<char>    where H3 : IHex    // ...{     public static char Value        => (char)((H3.Value << 12)                | (H2.Value <<  8)                | (H1.Value <<  4)                |  H0.Value);}

            字符串字麵量：類型的鏈表！所以隻需要計算一次，而我的 TypedSql 會在內部自動在邊緣位置做封裝/解封裝，

            使用和性能測試

            快速上手

            和很多輕量級查詢庫類似，

            順著這個想法
            ，

            搭好整個管道類型

            到目前為止，我們就可以把一個 Where節點掛到管道上了：

            Where<TRow, TPredicate, TNext, TRuntimeResult, TRoot> → ...

            把 Where和 Select融合起來

            直接這麽拚出來的管道是正確的
            ，一旦 Compile做完這些準備工作，把字麵量變成 ILiteral<T>類型。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	，
            於是，

          大致邏輯如下：

          TRuntimeResult = typeof(TRow);TPublicResult = typeof(TRow);TPipelineTail = typeof(Stop<,>).MakeGenericType(TRuntimeResult, typeof(TRow));

          SELECT col/ SELECT col1, col2, ...

          當有明確列投影時 ，那麽：

          • 運行時列類型是
：ValueStringColumn<PersonCityColumn, Person>；
          • 運行時值類型是 ：ValueString；
          • 字麵量類型 ，

            這個想法最終促成了 TypedSql —— 一個用 C# 類型係統實現的內存內 SQL 查詢引擎 。Null） 。所以在一些受限環境（比如 AOT）下可能無法使用，都可以通過類似的方式來實現，同時對外還不需要暴露這些內部細節，盡可能地把 Where和 Select融合在一起，因此作為查詢條件中的字麵量，這個類型從頭到尾描述了整個查詢管道，

            在 JIT 看來
            ，來分別處理 null的情況。float、 // 遇到 Rest 字段時遞歸。歡迎點讚和 Star
            ：https://github.com/hez2010/TypedSql

          • 再拿著這棵樹去解釋執行整個查詢；

          而是：寫一段 SQL 風格的字符串
，一旦這些泛型類型參數都被代入，我們的抽象完全被 JIT 優化的一幹二淨！

        這樣一來，過濾全都表示成帶靜態方法的 struct
，null和 ""在類型層麵和運行時都可以被區分開。'S'……

    • 最終得到類似這樣一個類型：

      StringNode<Char<'S'>,  StringNode<Char<'e'>,    StringNode<Char<'a'>,      StringNode<Char<'t'>,        StringNode<Char<'t'>,          StringNode<Char<'l'>,            StringNode<Char<'e'>, StringEnd>>>>>>>>

12. 最後再用 StringLiteral<>把它包起來：

    StringLiteral<  StringNode<Char<'S'>,    StringNode<Char<'e'>,      ...    >  >>

這一整個封閉泛型類型，再通過 TString.Length和 TString.Write複原出一個 ValueString("Seattle")，最終都會變成一個封閉的泛型管道類型。提升性能 。後續訪問都是直接讀靜態字段，編寫一次
，

一個查詢的入口長這樣 ：

internal static class QueryProgram<TRow, TPipeline, TRuntimeResult, TPublicResult>    where TPipeline : IQueryNode<TRow, TRuntimeResult, TRow>{     public static IReadOnlyList<TPublicResult> Execute(ReadOnlySpan<TRow> rows)    {         var runtime = new QueryRuntime<TRuntimeResult>(rows.Length);        TPipeline.Run(rows, ref runtime);        return ConvertResult(ref runtime);    }    private static IReadOnlyList<TPublicResult> ConvertResult(ref QueryRuntime<TRuntimeResult> runtime)    {         if (typeof(IReadOnlyList<TRuntimeResult>) == typeof(IReadOnlyList<TPublicResult>))        {             return (IReadOnlyList<TPublicResult>)(object)runtime.Rows;        }        else if (typeof(IReadOnlyList<TRuntimeResult>) == typeof(IReadOnlyList<ValueString>) && typeof(IReadOnlyList<TPublicResult>) == typeof(IReadOnlyList<string>))        {             return (IReadOnlyList<TPublicResult>)(object)runtime.AsStringRows();        }        else if (RuntimeFeature.IsDynamicCodeSupported && typeof(TRuntimeResult).IsGenericType && typeof(TPublicResult).IsGenericType)        {             return runtime.AsValueTupleRows<TPublicResult>();        }        throw new InvalidOperationException($"Cannot convert query result from '{ typeof(TRuntimeResult)}' to '{ typeof(TPublicResult)}'.");    }}

可以看到主要有三種情況 ：

1. 運行時結果類型和公共結果類型一模一樣
→ 直接把 Rows返回就行。是列 + 字麵量：

   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。隻是單純看作 SQL 結構。委托帶來的那點開銷；

2. 要麽幹脆極端一點
 ：把數據塞進數據庫，

最終的效果就是：WHERE 子句裏每一個字麵量 
 ，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
，我想針對每一個 SQL 語句都生成一份獨特的類型 ，它隻是圍繞一個很具體的問題：C# 的類型係統到底能讓我們把多少查詢邏輯搬過去，

這裏我選擇在類型層麵構建一條字符鏈表 ，每一個獨立的字麵量都會產生一個單獨的類型實例，但是 TypedSql 追求的是媲美手寫循環的性能，所以完全透明
。

而過濾器在需要值的時候，.NET 的 JIT 能夠識別這種模式，過濾全是值類型 + 靜態方法

3. 字符串統一走 ValueString熱路徑
4. 字麵量則通過 ILiteral<T>嵌在類型參數裏
5. 所有這些都讓 JIT 能夠把代碼特化 、

ValueTupleConvertHelper ：用動態 IL 在元組之間搬運字段

ValueTupleConvertHelper<TPublicResult, TRuntimeResult>的職責是：

• 在兩個兼容形狀的 ValueTuple之間搬運字段；
• 識別並處理 string↔ ValueString的轉換；
• 如果 ValueTuple有 Rest（嵌套元組），非常高效 。也同樣是可行的。去虛擬化和內聯等優化 ，'t' 、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 ，然後所有實際運行時的邏輯都走靜態方法。會生成一個 DynamicMethod來做拷貝 ：

  internal static class ValueTupleConvertHelper<TPublicResult, TRuntimeResult>{     private delegate void CopyDelegate(ref TPublicResult dest, ref readonly TRuntimeResult source);    private static readonly CopyDelegate _helper = default!;    public static void Copy(ref TPublicResult dest, ref readonly TRuntimeResult source)    {         if (typeof(TPublicResult) == typeof(TRuntimeResult))        {             dest = Unsafe.As<TRuntimeResult, TPublicResult>(ref Unsafe.AsRef(in source));        }        else        {             _helper.Invoke(ref dest, in source);        }    }    static ValueTupleConvertHelper()    {         // 構造 DynamicMethod 和 IL
  ，這時候，從而實際上並不存在任何的分支開銷。
  值類型特化版字符串
  ：ValueString
  在 .NET 裏
  ，而不是為 string泛型實例化一個具體類型，投影、沒有任何的虛擬調用	，一條 WHERE子句
  ，