Transcript Bazy danych i inżynieria oprogramowania

Bazy danych i inżynieria oprogramowania
Wykład 12:
Wprowadzenie do
standardu ODMG, część 6:
Wiązanie do C++
Kazimierz Subieta
Instytut Podstaw Informatyki PAN,
Warszawa
Polsko-Japońska Wyższa Szkoła
Technik Komputerowych, Warszawa
K.Subieta. Bazy danych i inżynieria oprogramowania, Wykład 12, Folia 1
ODMG 2.0: Wiązanie do C++ - charakterystyka
Standardowy język C++, + ODL/OML (Object Manipulation Language)
• Zunifikowany system typów zarówno dla C++ jak i dla bazy danych
• Rozszerza C++ poprzez przeładowywanie operatorów
• ODL/OML respektuje składnię i semantykę języka bazowego
• Rozszerza system klas języka C++ o klasy obiektów trwałych
Koncepcja “sprytnych” wskaźników (smart pointers): każda klasa trwała T ma
podporządkowaną klasę d_Ref<T> zawierającą wskaźniki do obiektów klasy T ,
które działają jak normalne wskaźniki C++.
OML: zestaw metod do tworzenia, usuwania, modyfikacji, tworzenia referencji ,
obsługi związków, itp. Identyczne traktowanie trwałych i tymczasowych obiektów
(ale zapytania i transakcje stosuje się tylko do obiektów trwałych).
OML: zestaw metod do obsługi kolekcji (zbiorów, wielo-zbiorów, list, tablic),
dość niskiego poziomu w porównaniu z językami zapytań
Luźne powiązanie OQL z C++ (takie samo jak SQL z językiem programowania);
zapytania są traktowane jako ciągi znaków w programie C++,
ze wszystkimi znanymi wadami tego rozwiązania (impedance mismatch)
K.Subieta. Bazy danych i inżynieria oprogramowania, Wykład 12, Folia 2
Co to jest “niezgodność impedancji”?
Zespół chorobowo-paranoidalny powstający w wyniku eklektycznego, formalnego
połaczenia języka zapytań z językiem programowania, np. SQL+C. Świat komercyjny
godzi się z tą paranoją; ba, uważa ją za “osiągnięcie” technologii relacyjnej.
Typowe objawy:
• Niezgodność składni: programista ma do czynienia z dwoma stylami
• Niezgodność paradygmatów języków i ich semantyki
• Niezgodność pragmatyki użycia i stylu myślenia programisty
• Niezgodność faz i mechanizmów wiązania (wczesne vs. późne)
• Niezgodność przestrzeni nazw i reguł zakresu (m.in. trudności z rekursją)
• Niezgodność schematów iteracyjnych
• Niezgodność systemu typów (SQL nie podlega statycznej kontroli typów)
• Niezgodność w zakresie traktowania cechy trwałości danych
• Niezgodność w zakresie środków programowania ogólnego (generic)
• Niezgodność w zakresie metod transmisji parametrów
Leczenie:
• Odrzucenie fałszywych hura-optymistycznych komercyjnych stereotypów
• Budowa pełnego języka programowania bezszwowo zintegrowanego z językiem zapytań
• Budowa bramek z języka zapytań do języka programowania (a nie odwrotnie)
Mimo ideologicznych deklaracji, ODMG nie rusza tego problemu...
K.Subieta. Bazy danych i inżynieria oprogramowania, Wykład 12, Folia 3
Założenia projektowe wiązania do C++
Zunifikowany system typów dla trwałych i ulotnych danych.
(K.S. Niestety, w przypadku ODL i C++ pełna unifikacja jest niemożliwa, np. ze względu
na kolekcje i związki.)
Wiązanie do specyficznego języka programowania uwzględnia jego składnię i
semantykę. (K.S. Bzdurna tautologia, w języku programowania nie da się zapisać nic,
co wykracza poza jego składnię i semantykę.)
Specjalne klasy, których wystąpienia mogą być zarówno trwałe jak i ulotne.
Koncepcja “sprytnych wskaźników”(smart pointers) , które można deklarować dla
każdej takiej klasy: dla klasy/typu T, typ sprytnego wskaźnika jest d_Ref<T>
d_Ref<Profesor> profWsk;
d_Ref<Wydział> wydzRef;
...
profWsk -> promuje(“Maciej Kret”);
wydzRef = profWsk ->pracuje_na;
K.Subieta. Bazy danych i inżynieria oprogramowania, Wykład 12, Folia 4
Podstawowa architektura wiązania
Deklaracje w ODL
Preprocesor C++ ODL
(rozwinięcie makrosów)
Wygenerowane pliki
nagłówkowe C++ (.h)
i inne pliki źródłowe
Metadane
ODBMS
Pliki źródłowe w C++ i pliki
nagłówkowe napisane przez
użytkownika z użyciem OML
Kompilator C++
Pliki runtime
OSZBD
Baza
danych
Pliki do konsolidacji
(object code)
Konsolidator (linker)
Wykonywalna aplikacja
Runtime OSZBD
K.Subieta. Bazy danych i inżynieria oprogramowania, Wykład 12, Folia 5
Odwzorowanie elementów modelu ODMG na C++
Typy obiektów i literali odwzorowują się na klasy C++. Zagnieżdżony obiekt jest
traktowany jako literal.
Struktura ODMG odwzorowuje się na struct lub class w C++
Generatory typów kolekcji (set, bag, list,...) są odwzorowane jako klasy szablonowe
(template classes) w C++.
Typy kolekcji są reprezentowane jako klasy kolekcji; podobnie dla wystąpień.
template <class T> class <d_Set> : public d_Collection<T> {...};
class Statek{...}
d_Set<d_Ref<Statek>> Linia_Indyjska;
d_Set<T> jest klasą szablonową dla zbiorów
d_Set<d_Ref<Statek>> jest klasa dla zbioru statków
Linia_Indyjska jest konkretną kolekcją (referencji).
K.Subieta. Bazy danych i inżynieria oprogramowania, Wykład 12, Folia 6
Tylko maniak C++ może
twierdzić, że podane notacje są
prościutkie...
Odwzorowanie elementów modelu ODMG na C++
Nazwane operacje modelu obiektowego są odwzorowane na funkcje członkowskie C++
Dla pewnych operacji wiązanie do C++ daje alternatywne formy, z nazwą funkcji i z
operatorem infixowym; np. d_Set::union_with ma również formę +=.
Operacje zwracające wartości boolowskie są odwzorowane w funkcje zwracajace int.
Operacje create i delete są odwzorowane jako konstruktory i destruktory C++.
Listy i tablice sa odwzorowane na d_Varray (tablicę o zmiennej długości).
Związki nie są bezpośrednio podtrzymywane przez C++. Zamiast tego, ODMG
przewiduje specyficzne klasy szblonowe pozwalające na podwzorowanie związków.
Związek jest zaimplementowany poprzez wskaźniki.
Ekstensje i klucze nie są odwzorowywane. Nie można używać wielu nazw dla obiektu.
Nie są odwzorowane funkcje administracyjne takie jak tworzenie BD lub indeksu.
Wyjątki są obsługiwane poprzez standardowy mechanizm wyjątków C++.
K.Subieta. Bazy danych i inżynieria oprogramowania, Wykład 12, Folia 7
C++ ODL
ODL zapisany w skladni C++
extern const char _profesorowie[ ];
extern const char _opiekun[ ];
class Profesor : public d_Object {
public:
//własności:
d_UShort
d_UShort
d_String
d_String
d_Rel_Ref<Wydział, _profesorowie>
d_Rel_Set<Student, _opiekun>
//operacje:
void
void
private:
...
};
const char _profesorowie [ ] = “profesorowie”;
const char _opiekun[ ] = “opiekun”;
K.Subieta. Bazy danych i inżynieria oprogramowania, Wykład 12, Folia 8
Nazwa, zapisana jako ciąg znaków,
ustalająca powiązanie odwrotne.
Przesunięcie nazwy do pierwszej
kategorii obywatelstwa, z fatalnymi
skutkami dla mocnego typowania.
wiek;
nr_ident;
nr_pokoju;
nazwisko;
wydz;
doradza;
promuje();
ustala_Kurs( Kurs & );
d_Rel_Ref - pojedynczy wskaźnik
d_Rel_Set - zbiór wskaźników
d_Rel_List - lista wskaźników
Jednokierunkowe związki
Możliwe jest zadeklarowanie związku “zdegenerowanego”, prowadzącego
tylko w jednym kierunku. Związek taki niczym nie różni się od wskaźnika.
K.S. Aplikacja jest odpowiedzialna za spójne traktowanie takiego związku,
tj. nie przewiduje się środków obrony przed zwisającymi wskaźnikami.
struct Odpowiedzialny {
d_String
d_Ref<Pracownik>
d_Date
};
dział;
p;
od_kiedy;
class Zamówienie {
public:
d_Set<d_Ref<Klient>> kto;
d_String
co;
Odpowiedzialny
kontakt;
};
K.Subieta. Bazy danych i inżynieria oprogramowania, Wykład 12, Folia 9
Wskaźnik/referencja
do obiektu Pracownik
Zbiór wskaźnikow/referencji
do obiektów Klient
C++ OML (1)
Object Manipulation Language
Założenie: o ile to możliwe, składnia operacji na trwałych obiektach powinna być
taka sama, jak składnia operacji na obiektach ulotnych.
K.S. Jak przyznaja sami autorzy ODMG, to załozenie “na razie” nie jest spełnione.
A przecież wszyscy wiedzą, najbardziej trwałe są prowizorki...
Obiekty mogą być tworzone (operator new), usuwane i modyfikowane.
1. void * operator new(size_t size);
2. void * operator new(size_t size, const d_Ref_Any &clustering, const char * typename );
3. void * operator new(size_t size, d_Database *database, const char * typename );
2 i 3 tworzą trwałe obiekty.
Parametr “clustering”: obiekt jest tworzony “blisko” innego obiektu.
Parametr “size”: przewidywany rozmiar reprezentacji obiektu (automatycznie
wyznaczany z deklaracji klasy przez specjalna funkcję).
Parametr “typename”: określa typ tworzonego obiektu (K.S. poprzez nazwę typu
przekazywaną jako string, ze wszystkimi negatwnymi skutkami dla mocnego typowania)
obj_ref . delete_object();
Usunięcie obiektu o zadanej referencji obj_ref.
K.Subieta. Bazy danych i inżynieria oprogramowania, Wykład 12, Folia 10
C++ OML (2)
obj-ref . mark_modified();
Zaznaczenie, że dany obiekt był zmodyfikowany. Pominięcie tej operacji spowoduje, że
modyfikacje nie zostaną zapisane do bazy danych. W wielu przypadkach uzycie tej instrukcji
nie jest potrzebne, ale czasami jest konieczne.
K.S. Okropne... tryumf przesadnej troski o wydajność nad koncepcją i niezawodnością.
Nazwy obiektów w bazie danych tworzą jedną płaska przestrzeń.
Specjalne funkcje C++ do wyszukiwania obiektów zgodnie z ich nazwami.
Operacje na atrybutach - standardowe C++.
profesor -> nr_ident = następny_id;
Podstawienie; konieczne jest mark_modified.
Zgodnie z konwencja ODMG, zagnieżdżone obiekty są traktowane jak atrybuty.
K.Subieta. Bazy danych i inżynieria oprogramowania, Wykład 12, Folia 11
extern const char _ra[ ], _rb[ ];
Związki
a
class A {... d_Rel_Ref<B, _ra> rb; ...};
class B {... d_rel_Ref<A, _rb> ra; ...};
const char _ra[] = “ra”;
const char _rb[] = “rb”;
b
rb
Na razie obiekty a i b nie są powiązane.
a
a.rb = &b;
ra
Po takim podstawieniu powstaje
związek oraz jego “bliźniak”
b
rb
ra
bb
a.rb = &bb;
Referencja z a prowadzi do bb,
ale automatycznie przestawiony
a
zostaje także “bliźniak”
ra
b
rb
a.rb.clear();
ra
Obydwie referencje znikają, sytuacja wraca do poczatkowej.
Sprawa się nieco komplikuje dla powiązań 1:n i m:n
K.Subieta. Bazy danych i inżynieria oprogramowania, Wykład 12, Folia 12
Klasy do obsługi kolekcji
Szereg operatorów, zapisanych wojskowym szyfrem C++, których przeznaczeniem
jest umożliwienie dowolnych zleceń dotyczących kolekcji.
Przykłady:
template <class T> class d_Collection : public d_Object {
public
...
friend int operator ==( const d_Collection<T> &cL,
const d_Collection<T> &cR );
...
unsigned long cardinality() const;
int
is_empty() const;
...
void
insert_element( const T &elem);
void
remove_element( const T &elem);
....
const T &
select_element(const char *OQL_predicate) const;
...
};
K.Subieta. Bazy danych i inżynieria oprogramowania, Wykład 12, Folia 13
C++ OQL
Generalna zasada: zapytania w OQL sa traktowane jako stringi przez pewien zestaw
funkcji C++.
K.S. Tego rodzaju załozenie musi implikować niezgodność impedancji. Optymalizacja
zapytań jest niemożliwa podczas kompilacji; musi być przesunięta do fazy wykonania.
template <class T> void d_oql_execute(d_OQL_Query &query, T &result );
Funkcja umożliwiająca wykonanie
zapytania komunikowanego jako string.
Ciąg znaków reprezentuający zapytanie w OQL może byc parametryzowany;
parametry są poprzedzane znakiem $:
d_OQL_Query q1(
“select p.nazwisko from Pracownik as p where p.zarobek > $1 and p.zawód = $2”);
...
q1 << 10000 << “referent”;
d_oql_execute(q1, BogaciReferenci);
W nieco bardziej skomplikowanych sytuacjach sformułowanie
zapytania z parametrami staje się bardzo skomplikowane.
K.Subieta. Bazy danych i inżynieria oprogramowania, Wykład 12, Folia 14
ODMG 2.0: przykład w C++
class Profesor : Pracownik {
d_Long pesel;
d_String nazwisko;
d_Short wiek;
d_Ref <Wydział> pracuje_w;
d_Rel_Ref<Wykład> prowadzi;
....
void wystawia_ocene(...);
void odwołuje_wykład(...);
}
....
d_Ref <Profesor> prof;
....
prof -> nazwisko = “Nowak“;
prof->wiek = 41;
prof->wiek = prof->wiek + 1;
prof->wystawia_ocene(...);
K.Subieta. Bazy danych i inżynieria oprogramowania, Wykład 12, Folia 15
d_Long, d_String, d_Ref,...
typy trwałe z bazy danych
d_Rel_Ref
zbiór wskaźników trwałych
ODMG-93 C++: Schowek aplikacji
Środowisko
bazy danych
deaktywacja
deaktywacja
aktywacja
Schowek
aplikacji
(pamięć
operacyjna)
aktywacja
mark_modified()
konstruktor
destruktor
Czas
K.Subieta. Bazy danych i inżynieria oprogramowania, Wykład 12, Folia 16
Związki ze środowiskiem OMG ORB
Istniejące dokumenty OMG nie
przesądzają, jak obiektowe bazy
danych mają być uwzględnione
w środowisku OMG.
Kluczowe tematy:
• Wydajność
• Rozproszenie i heterogeniczność
• OSZDB jako zarządca obiektów
• Wspólny skład obiektów
• OSZBD jako użytkownik ORB-a
Klient
Klient
ORB (Object Request Broker)
(pośrednik w dostarczniu obiektów )
BOA
LOA
ODA
(BasicObject
Adaptor)
(Library Object
Adaptor)
(Object Database
Adaptor)
OSZBD
RPC
dla dowolnego
odwołania
do obiektu
(wolne)
K.Subieta. Bazy danych i inżynieria oprogramowania, Wykład 12, Folia 17
RPC dla pierwszego
odwołania, utworzenie
bezpośredniego
wiązania do obiektu
(szybkie)