プログラミング初心者でもわかる！シンプルなデータベースエンジンの作り方

2024-04-11

シンプルなデータベースエンジンを書く

このチュートリアルでは、SQLデータベースエンジンをゼロから構築する方法を学びます。これは、データベースの仕組みを理解し、SQLクエリの実行方法を体験するのに役立ちます。

前提条件

プログラミング言語 (C++, Python, Javaなど) の基本的な知識
データ構造とアルゴリズムの理解

必要なもの

テキストエディタまたはIDE
コンパイラまたはインタープリター

手順

データベースファイルを作成

データベースファイルは、データを格納するために使用されます。ファイル形式は自由ですが、今回は単純なキーバリューストアとして実装します。

# データベースファイル
key1:value1
key2:value2
...

データ構造

データを格納するために、キーバリューペアを保持するデータ構造が必要です。ハッシュテーブルは、キーに基づいてデータを効率的に検索できるため、最適な選択です。

// C++
struct KeyValue {
  std::string key;
  std::string value;
};

std::unordered_map<std::string, KeyValue> database;

データアクセス

データをデータベースに追加、削除、更新するための関数を定義します。

// C++
void Add(const std::string& key, const std::string& value) {
  database[key] = {key, value};
}

std::string Get(const std::string& key) {
  auto it = database.find(key);
  return it == database.end() ? "" : it->second.value;
}

void Remove(const std::string& key) {
  database.erase(key);
}

SQLクエリ処理

SELECT、INSERT、UPDATE、DELETEなどの基本的なSQLクエリを処理するための関数を定義します。

// C++
std::vector<KeyValue> Select(const std::string& query) {
  // クエリ解析
  // ...

  std::vector<KeyValue> results;
  for (auto& kv : database) {
    // 条件に合致するデータを取得
    // ...
    results.push_back(kv);
  }
  return results;
}

void Insert(const std::string& key, const std::string& value) {
  // クエリ解析
  // ...

  Add(key, value);
}

void Update(const std::string& key, const std::string& value) {
  // クエリ解析
  // ...

  auto it = database.find(key);
  if (it != database.end()) {
    it->second.value = value;
  }
}

void Delete(const std::string& key) {
  // クエリ解析
  // ...

  Remove(key);
}

テスト

データベースエンジンが正しく動作することを確認するために、テストコードを作成します。

// C++
TEST(DatabaseTest, BasicOperations) {
  Add("key1", "value1");
  EXPECT_EQ(Get("key1"), "value1");

  Update("key1", "value2");
  EXPECT_EQ(Get("key1"), "value2");

  Remove("key1");
  EXPECT_EQ(Get("key1"), "");
}

発展

トランザクション処理を実装
インデックスを追加してクエリのパフォーマンスを向上
複数のユーザーによる同時アクセスに対応
クラッシュ復旧機能を実装

関連キーワード

SQL
データベース
データベースエンジン
キーバリューストア
ハッシュテーブル

#include <iostream>
#include <unordered_map>

using namespace std;

// データ構造
struct KeyValue {
  string key;
  string value;
};

// データベース
unordered_map<string, KeyValue> database;

// データアクセス
void Add(const string& key, const string& value) {
  database[key] = {key, value};
}

string Get(const string& key) {
  auto it = database.find(key);
  return it == database.end() ? "" : it->second.value;
}

void Remove(const string& key) {
  database.erase(key);
}

// SQLクエリ処理
vector<KeyValue> Select(const string& query) {
  // クエリ解析
  // ...

  vector<KeyValue> results;
  for (auto& kv : database) {
    // 条件に合致するデータを取得
    // ...
    results.push_back(kv);
  }
  return results;
}

void Insert(const string& key, const string& value) {
  // クエリ解析
  // ...

  Add(key, value);
}

void Update(const string& key, const string& value) {
  // クエリ解析
  // ...

  auto it = database.find(key);
  if (it != database.end()) {
    it->second.value = value;
  }
}

void Delete(const string& key) {
  // クエリ解析
  // ...

  Remove(key);
}

// テスト
int main() {
  Add("key1", "value1");
  cout << Get("key1") << endl; // "value1"

  Update("key1", "value2");
  cout << Get("key1") << endl; // "value2"

  Remove("key1");
  cout << Get("key1") << endl; // ""

  return 0;
}

データ構造として、キーバリューペアを格納する KeyValue 構造体を使用しています。
データベースは、unordered_mapを使用して実装されています。
データアクセス、SQLクエリ処理、テストコードが実装されています。

このサンプルコードは、データベースエンジンの基本的な仕組みを理解するのに役立ちます。

シンプルなデータベースエンジンを書く：他の方法

Python

import sqlite3

# データベース接続
connection = sqlite3.connect("database.db")
cursor = connection.cursor()

# データアクセス
def Add(key, value):
  cursor.execute("INSERT INTO data (key, value) VALUES (?, ?)", (key, value))
  connection.commit()

def Get(key):
  cursor.execute("SELECT value FROM data WHERE key = ?", (key,))
  return cursor.fetchone()[0]

def Remove(key):
  cursor.execute("DELETE FROM data WHERE key = ?", (key,))
  connection.commit()

# SQLクエリ処理
def Select(query):
  cursor.execute(query)
  return cursor.fetchall()

# テスト
Add("key1", "value1")
print(Get("key1")) # "value1"

Update("key1", "value2")
print(Get("key1")) # "value2"

Remove("key1")
print(Get("key1")) # None

connection.close()

Java

import java.sql.*;

public class Database {

  private Connection connection;

  public Database() throws SQLException {
    connection = DriverManager.getConnection("jdbc:sqlite:database.db");
  }

  public void Add(String key, String value) throws SQLException {
    PreparedStatement statement = connection.prepareStatement("INSERT INTO data (key, value) VALUES (?, ?)");
    statement.setString(1, key);
    statement.setString(2, value);
    statement.executeUpdate();
  }

  public String Get(String key) throws SQLException {
    PreparedStatement statement = connection.prepareStatement("SELECT value FROM data WHERE key = ?");
    statement.setString(1, key);
    ResultSet resultSet = statement.executeQuery();
    return resultSet.next() ? resultSet.getString("value") : null;
  }

  public void Remove(String key) throws SQLException {
    PreparedStatement statement = connection.prepareStatement("DELETE FROM data WHERE key = ?");
    statement.setString(1, key);
    statement.executeUpdate();
  }

  public void Close() throws SQLException {
    connection.close();
  }

  public static void main(String[] args) throws Exception {
    Database database = new Database();
    database.Add("key1", "value1");
    System.out.println(database.Get("key1")); // "value1"

    database.Update("key1", "value2");
    System.out.println(database.Get("key1")); // "value2"

    database.Remove("key1");
    System.out.println(database.Get("key1")); // null

    database.Close();
  }
}