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2023 BJTU DBMS Project

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Co1aSQL

2023-BJTU-DBMS-Project

北京交通大学软件学院 2023年春季实训课项目数据库管理系统

1. 简介

1.1 软件介绍

软件名称：Co1aSQL —— 数据库管理系统
我们需要实现一个数据库管理系统，支持数据库的创建、数据库表的管理、记录的添加与查询、完整性约束的实现，索引的创建与实现，多用户等功能。
数据库管理系统是一种操纵和管理数据库的大型软件，用于建立、使用和维护数据库。它对数据库进行统一的管理和控制，以保证数据库的安全性和完整性。用户通过数据库管理系统访问数据库中的数据，数:据库管理员也通过数据库管理系统进行数据库的维护工作。它可使多个应用程序和用户用不同的方法在同时或不同时刻去建立，修改和询问数据库。
我们也支持用户使用SQL语句来控制数据库，包括DDL、DML、DCL，供用户定义数据库的模式结构与权限约束，实现对数据的追加、删除等操作。
项目结构：

1.2 基本功能

创建、删除数据库
创建、修改、删除表
插入、更新、查询、删除记录
三种数据类型：int, float, string
数据库文件

1.3 拓展功能

SQL脚本文件
复杂Select语句
数据持久化/事务管理
基于无旋Treap的索引
完整性管理（主键、外键、UNIQUE、NOT NULL、DEFAULT）
安全性管理（用户、权限）
GUI点击修改记录

1.4 结题报告

结题报告

2. 构建与使用

2.1 Release

本仓库的Release中有已经构建好的可执行程序。
使用账户 admin与密码 123456 即可登录。

2.2 项目版本

gcc 13.1.1
- c++17
qt 5.15.9
cmake 3.26.3
qmake 3.1

2.3 构建CLI

cd cmd
cmake -Bbuild
make -Cbuild -j8

2.4 启动CLI

build/colasql admin 123456;

2.5 构建GUI

cd gui/ColaSqlGui
qmake -o build/Makefile ColaSqlGui.pro
make -Cbuild -j8

2.6 启动GUI

build/ColaSqlGui

2.7 管理员账户

请使用 admin 与 123456 来登入数据库

2.8 FAQ

有关 #include<filemanager> 的编译错误
- gcc在c++17中支持了 filemanager 库，但qt5在c++17中只支持 experimental/filemanager，需要根据环境具体决定。可以在 file/src/filemanager.cpp 中修改对应内容。

3. GUI展示

4. SQL语法

4.1 基本约定

Co1aSQL 支持的SQL语法，均为 大小写不敏感。
Co1aSQL 在预处理SQL语句时，会自动将所有的小括号和逗号替换为空格，以尽可能兼容标准SQL。

4.2 用户

登入数据库

colasql 用户名 密码
#管理员用户名admin，密码colasql
LOGIN 用户名 密码;

创建用户

CREATE USER 用户名 密码;
#所有用户默认拥有数据库的查询权、创建权，只对自己创建的数据库有删除权
#创建用户不需要任何权限，但授予权限只能授予自己拥有的权限
#其它说明见下

修改用户权限

GRANT USER 用户名 数据库名 表名 权限名;
#数据库名和表名都不能为"*"，对某个特定的数据库的表授予权限。

GRANT USER 用户名 数据库名 权限名;
#数据库名为"*"，对所有数据库的所有表授予权限(当前用户拥有该数据库的权限,仅admin可用)。
#数据库名不为"*"时，若为表级权限则授予该数据库里所有表的表级权限(当前用户需拥有授权的所有权限)，若为数据库级权限则授予该数据库的数据库级权限(当前用户需拥有该权限)。

权限名

#表级权限
SELECT
DELETE
INSERT
UPDATE
INDEX
ALTER

#数据库级权限
CREATE
DROP

#ALL表示以上所有权限,仅数据库管理员(admin)可用
#ALL

删除用户（需要管理员权限）
```
DROP USER 用户名;
```

4.3 数据类型

int    # 42位整数，如 1, 14, 514
float  # 42位浮点数，如 1.0, 5.1, 2
string # 字符串，如 "dbms", "2002-10-12"

4.4 数据库

创建数据库（需要管理员权限）
```
CREATE DATABASE 数据库名;
```
删除数据库（需要管理员权限）
```
DROP DATABASE 数据库名;
```
使用数据库
```
USE 数据库名;
```
显示所有数据库
```
SHOW DATABASES;
```

4.5 表

创建表(需要CREATE权限)

CREATE TABLE 表名
  列名1 类型1
  列名2 类型2
  ...
  
  约束条件1
  约束条件2
  ...
;

约束条件语法

CONSTRAINT 约束名 PRIMARY KEY 列名;                # 指定主键
CONSTRAINT 约束名 FOREIGN KEY 列名 REFERENCES 表名2 列名2; # 指定外键，该列 参考 表2的列2
CONSTRAINT 约束名 UNIQUE 列名;                   # 指定该列值不可重复（未指定时，默认可重）
CONSTRAINT 约束名 NOT NULL 列名;                 # 指定该列非空（未指定时，默认可空）
CONSTRAINT 约束名 DEFAULT 列名 值;               # 指定该列默认值（未指定时，默认值为NULL）

删除表(需要DROP权限)
```
DROP TABLE 表名;
```

修改表(需要ALTER权限)

ALTER TABLE 表名 ADD 列名 类型;
ALTER TABLE 表名 DROP 列名;
ALTER TABLE 表名 MODIFY 列名 类型;
ALTER TABLE 表名 约束条件;
ALTER TABLE 表名 DELETE 约束条件名;

约束条件语法见上文
约束条件名可以通过“查看表结构”语句来查看。

查看表结构(需要SELECT权限)
```
DESC TABLE 表名;
```
显示所有表
```
SHOW TABLES;
```
索引相关
```
CREATE INDEX ON 表名 列名1 列名2 ...;
```
- 以上述列名为关键字建立索引，在Select时Where列需为此处列的前缀才可以触发索引。

查看约束

SHOW CONSTRAINTS;
SHOW CONSTRAINT ON 表名;

4.6 记录

插入记录

INSERT INTO 表名 列名1 列名2 列名3 ... VALUES 值1 值2 值3 ...;

删除记录
```
DELETE FROM 表名 [WHERE 筛选条件1 筛选条件2 ...];
```
- 筛选条件语法
```
列名 = 值
```
  - 筛选条件'='左右必须要包含空格，否则会产生解析错误

选择记录

SELECT 列名1 列名2 列名3 ...
FROM 表名1 [NATURAL JOIN 表名2 ...]
[WHERE 筛选条件1 筛选条件2 ...]
[ORDER BY 列名1 列名2 ...];

更新记录

UPDATE 表名 SET 列名1 = 值1 [列名2 = 值2 ...]
[WHERE 筛选条件1 筛选条件2 ...];

4.7 文件

储存 & 提交
```
SAVE;
COMMIT;
```
回滚 & 读取
```
READ;
ROLLBACK;
```

4.8 Co1aSQL脚本执行

执行Co1aSQL脚本
- ```
RUN path/to/directory/script.colasql
```
  - 注意！此处不能在语句末尾加 ;，否则会解析失败！

4.9 关键字

NULL 为Co1aSQL关键字，若占用，则不一定能得到预期结果

5. C++函数接口

5.1 基本约定

异常
- 不使用异常，而是使用函数返回值来表示执行状态，用 assert断言来处理一些重大异常。
- 若函数返回值为0，则表示操作成功；若函数返回值不为0，则表示操作失败，函数返回值表示失败原因；
此处只规定接口的大致形式，细节不做规定，可 自由发挥。
- 比如，可以把以下接口置于不同类中；
- 比如，可以让使用数据库(登录)方法返回一个数据库对象，通过该对象来操作数据库。

5.2 数据载体

// 属性（字段）
std::pair<std::string, std::string> field;
std::unordered_map<std::string, std::any> records;

// 约束条件
Class Constraint {};
Class PrimaryKeyConstraint: public Constraint {};
Class ForeignKeyConstraint: public Constraint {};
Class UniqueConstraint: public Constraint {};
Class NotNullConstraint: public Constraint {};
Class DefaultConstraint: public Constraint {};

5.3 用户

// 创建用户（需要管理员权限）
int CreateAccount(std::string accountName,
                  std::string password,
                  bool ownAllDatabases,
                  std::string databaseName,
                  int authority);

// 删除用户（需要管理员权限）
int DeleteAccount(std::string accountName);

// 修改用户权限
int GrantAccount(std::string accountName,
                 bool ownAllDatabases,
                 std::string databaseName,
                 int authority);

5.4 数据库

// 创建数据库（需要管理员权限）
int CreateDatabase(std::string databaseName);

// 删除数据库（需要管理员权限）
int DeleteDatabase(std::string databaseName);

// 使用数据库 —— 该函数会对其他函数产生影响
int UseDatabase(std::string databaseName,
                std::string accountName,
                std::string password);

// 显示所有数据库
int ShowDatabase(std::string& output);

5.5 表

// 创建表
int CreateTable(std::string tableName,
                const std::vector<std::pair<std::string, std::any>>& fields,
                const std::vector<Constraint*>& constraints);

// 删除表
int DeleteTable(std::string tableName);

// 修改表
int AlterTableAdd(std::string tableName, Field field);
int AlterTableDrop(std::string tableName, std::string fieldName);
int AlterTableModify(std::string tableName, std::string fieldName, Field field);
int AlterTableConstraint(std::string tableName, Constraint constraint);
int AlterTableDeleteConstraint(std::string tableName, std::string constraintName);

// 查看表结构（通过&output来输出结果）
int QueryTable(std::string tableName, std::string& output) const;

// 显示当前数据库的所有表
int ShowTable(std::string& output);

5.6 记录

// 插入记录
int InsertRecord(std::string tableName,
                 const std::vector<Field>& values);

// 删除记录（conditions储存筛选条件，根据筛选条件删除记录）
int DeleteRecord(std::string tableName,
                 const std::vector<Field>& conditions);

// SelectRecord的参数需要修改！！！目前不完善！！！
// 选择(查询)记录（conditions储存筛选条件）
int SelectRecord(std::string tableName,
                 const std::vector<Field>& conditions,
                 std::string& output) const;

// 更新记录
int UpdateRecord(std::string tableName,
                 const std::vector<Field>& values,
                 const std::vector<Field>& conditions);