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2023 BJTU DBMS Project

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Co1aSQL

2023-BJTU-DBMS-Project
北京交通大學軟體學院2023年春季實踐課程計畫資料庫管理系統

1. 簡介

1.1 軟體介紹

軟體名稱： Co1aSQL —— 資料庫管理系統
我們需要實現一個資料庫管理系統，支援資料庫的建立、資料庫表的管理、記錄的新增與查詢、完整性約束的實現，索引的建立與實現，多使用者等功能。
資料庫管理系統是一種操縱和管理資料庫的大型軟體，用於建立、使用和維護資料庫。它對資料庫進行統一的管理和控制，以確保資料庫的安全性和完整性。使用者透過資料庫管理系統存取資料庫中的數據，數：據庫管理員也透過資料庫管理系統進行資料庫的維護工作。它可使多個應用程式和使用者以不同的方法在同時或不同時刻建立，修改和詢問資料庫。
我們也支援使用者使用SQL語句來控制資料庫，包括DDL、DML、DCL，供使用者定義資料庫的模式結構與權限約束，實現資料的追加、刪除等操作。
項目結構：

1.2 基本功能

建立、刪除資料庫
建立、修改、刪除表
插入、更新、查詢、刪除記錄
三種資料型態：int, float, string
資料庫檔案

1.3 拓展功能

SQL腳本文件
複雜Select語句
資料持久化/事務管理
基於無旋Treap的索引
完整性管理（主鍵、外鍵、UNIQUE、NOT NULL、DEFAULT）
安全性管理（使用者、權限）
GUI點選修改記錄

1.4 結題報告

結題報告

2. 建置與使用

2.1 Release

本倉庫的Release中有已經建置好的可執行程式。
使用帳號admin與密碼123456即可登入。

2.2 專案版本

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

2.3 建構CLI

 cd cmd
cmake -Bbuild
make -Cbuild -j8

2.4 啟動CLI

 build/colasql admin 123456;

2.5 建置GUI

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

2.6 啟動GUI

 build/ColaSqlGui

2.7 管理員帳號

請使用admin與123456來登入資料庫

2.8 FAQ

有關#include<filemanager>的編譯錯誤
- gcc在c++17中支援了filemanager函式庫，但qt5在c++17中只支援experimental/filemanager ，需要根據環境具體決定。可以在file/src/filemanager.cpp中修改對應內容。

3. GUI展示

4. SQL語法

4.1 基本約定

Co1aSQL 支援的SQL語法，皆為大小寫不敏感。
Co1aSQL 在預處理SQL語句時，會自動將所有的小括號和逗號替換為空格，以盡可能相容於標準SQL。

4.2 用戶

登入資料庫

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

創建用戶

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

修改使用者權限

 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)。

權限名

 #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

刪除使用者（需要管理員權限）
```
 DROP USER 用户名;
```

4.3 資料類型

 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 資料庫

建立資料庫（需要管理員權限）
```
CREATE DATABASE 数据库名;
```
刪除資料庫（需要管理員權限）
```
 DROP DATABASE 数据库名;
```
使用資料庫
```
USE 数据库名;
```
顯示所有資料庫
```
SHOW DATABASES;
```

4.5 表

建立表(需要CREATE權限)

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
  ...
;

約束條件語法

 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）

刪除表(需要DROP權限)
```
 DROP TABLE 表名;
```

修改表(需要ALTER權限)

 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;

約束條件語法見上文
約束條件名可以透過「查看表結構」語句來查看。

查看表結構(需要SELECT權限)
```
 DESC TABLE 表名;
```
顯示所有表
```
SHOW TABLES;
```
索引相關
```
 CREATE INDEX ON 表名 列名1 列名2 ...;
```
- 以上述欄位名為關鍵字建立索引，在Select時Where欄位需為此處欄位的前綴才可觸發索引。

查看約束

SHOW CONSTRAINTS;
SHOW CONSTRAINT ON 表名;

4.6 記錄

插入記錄

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

刪除記錄
```
 DELETE FROM 表名 [ WHERE 筛选条件1 筛选条件2 ...];
```
- 篩選條件語法
```
列名 = 值
```
  - 篩選條件'='左右必須包含空格，否則會產生解析錯誤

選擇記錄

 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 ...];

更新記錄

 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

儲存& 提交
```
SAVE;
COMMIT ;
```
回滾& 讀取
```
READ;
ROLLBACK ;
```

4.8 Co1aSQL腳本執行

執行Co1aSQL腳本
- ```
 RUN path/to/directory/script.colasql
```
  - 注意！此處不能在語句結尾加; ，否則會解析失敗！

4.9 關鍵字

NULL為Co1aSQL關鍵字，若佔用，則不一定能得到預期結果

5. C++函式接口

5.1 基本約定

例外
- 不使用異常，而是使用函數傳回值來表示執行狀態，用assert斷言來處理一些重大異常。
- 若函數傳回值為0，表示操作成功；若函數傳回值不為0，表示操作失敗，函數回傳值表示失敗原因；
此處只規定接口的大致形式，細節不做規定，可自由發揮。
- 例如，可以把以下介面置於不同類別中；
- 例如，可以讓使用資料庫(登入)方法傳回一個資料庫對象，透過該對象來操作資料庫。

5.2 資料載體

 // 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 用戶

 // 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 資料庫

 // 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 記錄

 // 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);