Bazy danych i inżynieria oprogramowania

K.Subieta. Bazy danych i inżynieria oprogramowania, Wykład 12, Folia 1

Bazy danych i inżynieria oprogramowania

Kazimierz Subieta

Instytut Podstaw Informatyki PAN, Warszawa

Polsko-Japońska Wyższa SzkołaTechnik Komputerowych, Warszawa

Wykład 12:Wprowadzenie do standardu ODMG, część 6: Wiązanie do C++


ODMG 2.0: Wiązanie do C++ - charakterystyka

Standardowy język C++, + ODL/OML (Object Manipulation Language)

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)

• 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


Co to jest “niezgodność impedancji”?Konsekwencja 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:

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)

• 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

Mimo ideologicznych deklaracji, ODMG nie rusza tego problemu...


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. 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;


Podstawowa architektura wiązania

Deklaracje w ODLPreprocesor C++ ODL(rozwinięcie makrosów)

Wygenerowane plikinagłówkowe C++ (.h)i inne pliki źródłowe

Pliki źródłowe w C++ i pliki nagłówkowe napisane przez użytkownika z użyciem OML

Kompilator C++

MetadaneODBMS

Baza danych

Pliki runtimeOSZBD

Pliki do konsolidacji(object code)

Konsolidator (linker)

Wykonywalna aplikacjaRuntime OSZBD


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 zbiorówd_Set<d_Ref<Statek>> jest klasa dla zbioru statkówLinia_Indyjska jest konkretną kolekcją (referencji).

Trudno 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++.


extern const char _profesorowie[ ];extern const char _opiekun[ ];

class Profesor : public d_Object {public://własności:

d_UShort wiek;d_UShort nr_ident;d_String nr_pokoju;d_String nazwisko;d_Rel_Ref<Wydział, _profesorowie> wydz;d_Rel_Set<Student, _opiekun> doradza;

//operacje:void promuje();void ustala_Kurs( Kurs & );

private:...

};

const char _profesorowie [ ] = “profesorowie”;const char _opiekun[ ] = “opiekun”;

C++ ODLODL zapisany w skladni C++

d_Rel_Ref - pojedynczy wskaźnikd_Rel_Set - zbiór wskaźnikówd_Rel_List - lista wskaźników

Nazwa, zapisana jako ciąg znaków, ustalająca powiązanie odwrotne.Przesunięcie nazwy do pierwszejkategorii obywatelstwa, z fatalnymi skutkami dla mocnego typowania.


Jednokierunkowe związkiMożliwe 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 dział;d_Ref<Pracownik> p;d_Date od_kiedy;

};

Wskaźnik/referencjado obiektu Pracownik

class Zamówienie {public:

d_Set<d_Ref<Klient>> kto;d_String co;Odpowiedzialny kontakt;

};

Zbiór wskaźnikow/referencjido 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.

void * operator new(size_t size);void * operator new(size_t size, const d_Ref_Any &clustering, const char * typename );void * operator new(size_t size, d_Database *database, const char * typename );

1.2.3.

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.


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.

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.

Nazwy obiektów w bazie danych tworzą jedną płaska przestrzeń.Specjalne funkcje C++ do wyszukiwania obiektów zgodnie z ich nazwami.


Związkiextern const char _ra[ ], _rb[ ];

class A {... d_Rel_Ref<B, _ra> rb; ...};class B {... d_rel_Ref<A, _rb> ra; ...};

const char _ra[] = “ra”;const char _rb[] = “rb”;

a b

rb ra

Na razie obiekty a i b nie są powiązane.

a b

rb raa.rb = &b;Po takim podstawieniu powstajezwiązek oraz jego “bliźniak”

a.rb.clear(); Obydwie referencje znikają, sytuacja wraca do poczatkowej.

a.rb = &bb; a b

rb ra

bb

raReferencja z a prowadzi do bb,ale automatycznie przestawiony zostaje także “bliźniak”

Sprawa się nieco komplikuje dla powiązań 1:n i m:n


Klasy do obsługi kolekcji

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;...

};

Szereg operatorów, zapisanych wojskowym szyfrem C++, których przeznaczeniem jest umożliwienie dowolnych zleceń dotyczących kolekcji.

Przykłady:


C++ OQLGeneralna 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.


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(...);

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

Schowekaplikacji(pamięć

operacyjna)konstruktor destruktor

Czas

deaktywacja

aktywacja

deaktywacja

aktywacja

mark_modified()


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

BOA (BasicObject

Adaptor)

RPC dla dowolnego

odwołania do obiektu

(wolne)

LOA(Library Object

Adaptor)

ODA(Object Database

Adaptor)

RPC dla pierwszegoodwołania, utworzenie

bezpośredniegowiązania do obiektu

(szybkie)

OSZBD

ORB (Object Request Broker)

(pośrednik w dostarczniu obiektów )

Bazy danych i inżynieria oprogramowania

Documents

Transcript of Bazy danych i inżynieria oprogramowania