GKD-Base是一個具有自主知識產權的安全數據庫管理系統。經過十幾年的發展和試點應用，已經證明該系統是穩定和安全可靠的。但是，隨著應用需求向深度和廣度的發展，GKD-Base在很多方面暴露出不足，如不支持過程式SQL語言、不支持存儲過程和函數、缺少觸發器功能，這都為GKD-Base數據庫管理系統的進一步推廣應用帶來了不小的障礙。由于目前數據庫管理系統產品大都支持過程式的SQL語言，如Oracle的PL/SQL、SQL Server的T-SQL、PostgreSQL的PL/pgSQL等，其中又以Oracle的PL/SQL使用最為廣泛。因此，為使GKD-Base適應應用需求的發展，滿足數據庫管理和開發人員的需求，筆者開發了GKD-Base PL/SQL引擎，進而在引擎的基礎上實現了GKD-Base存儲函數機制。GKD-Base PL/SQL引擎兼容了Oracle PL/SQL V2.3語言規范，可以使用變量、類型、表達式、條件和循環、過程和函數等過程式語言中的通用機制進行程序設計，同時也可以使用SQL 語句進行數據操作。
　　存儲函數是獨立存在于表之外的數據庫對象，是由用戶按照存儲函數語言規范編寫的經過數據庫分析和編譯的PL/SQL程序，它有輸入/輸出參數和返回值，可以被其它應用程序調用。存儲函數可以避免重復編碼，具有更高的可靠性和效率，是數據庫管理系統的重要功能擴充。本文在介紹GKD-Base PL/SQL引擎設計框架的基礎上，重點探討GKD-Base存儲函數實現的關鍵技術。
1 GKD-Base PL/SQL引擎的體系結構
　　GKD-Base采用客戶服務器結構，以多線程機制支持客戶訪問，登錄到數據庫的用戶實際上是運行數據庫管理系統映像的一個線程。GKD-Base支持TCP/IP協議，客戶可以在任何TCP/IP網絡和服務器建立連接訪問數據庫。GKD-Base API提供了用戶應用、實用程序和第三方開發工具三種接入數據庫的方式，并提供了兩個級別的接口，即GKD-Base內部接口GKD-API和GKD-Base ODBC Driver。GKD-API是用戶訪問數據庫的高效調用方式，用戶可利用GKD-API實現實時性要求較高的數據庫應用，起到比較理想的效果。GKD-Base ODBC Driver是GKD-Base開放連接的手段，符合ODBC擴展一級。在GKD-Base的ODBC驅動程序支持下，用戶可利用各種第三方開發工具，方便地開發GKD-Base數據庫應用程序。
　　GKD-Base PL/SQL引擎應用模式如圖1。PL/SQL語句塊通過PL/SQL編譯器編譯成語法樹形式表示的中間代碼，中間代碼信息可以保存在DBMS的中間代碼庫中。客戶應用程序中的請求由GKD-Base預處理器分離成為過程語句部分和SQL命令部分。過程語句解釋執行器" title="執行器">執行器解釋執行過程語句的中間代碼，SQL命令則直接調用GKD-API執行。

　　根據PL/SQL語言兼有過程式語句和SQL語句的特點，GKD-Base PL/SQL引擎把過程式語句和SQL語句分開處理。為了降低引擎實現的復雜程度，盡可能地從功能性的角度將整個引擎劃分為不同的處理模塊，每個處理模塊盡可能地降低相互間的耦合程度。其中最主要的劃分是將整個引擎劃分為前端編譯器和后端解釋執行器。
　　前端編譯器包括語言預處理、SQL語句分析、過程語句分析以及中間代碼生成等功能。PL/SQL語句塊輸入后，由語言預處理功能分離成SQL語句和過程語句。對于SQL語句，由GKD-Base SQL引擎解析后，建立SQL語句結點，進行相應的變量綁定和語法檢查，檢查無誤后產生語法樹形式的中間代碼。對于過程語句，將語句成分進行語法分析，在分析中把聲明的變量和數據類型加入到符號表中，同時也產生語法樹形式的中間代碼。
　　后端解釋執行器的功能就是對前端編譯器生成的中間代碼進行解釋執行。因此在結構上，解釋執行器與編譯器對應，也有過程語句執行模塊和SQL語句執行模塊。過程語句解釋執行器解釋執行過程語句的中間代碼，SQL命令則直接由SQL引擎執行。另外，解釋器還包括例外處理模塊，負責錯誤檢查和報告。
　　符號表是一個包含程序中的變量、自定義類型和函數信息的數據庫，它是GKD-Base PL/SQL引擎的核心數據結構。它以一個關鍵字域(通常是一個符號的名字)為索引，一個關鍵字域的值對應于庫中的一條記錄。每條記錄，即數據庫的一個項目，都對應著一個符號的信息，如變量的類型或函數的返回值等。
2 GKD-Base PL/SQL過程與函數語言成分設計
　　子程序" title="子程序">子程序把功能獨立并需要反復用到的代碼加以參數化處理，從而整合為一個命名模塊，在要使用這個模塊時就傳入具體參數值(如果需要)進行調用。與第三代語言中的子程序一樣，GKD-Base PL/SQL過程與函數是特定功能的邏輯抽象，由子程序定義和引用組成，可以分為過程和函數兩種類別。PL/SQL子程序可以分開編譯并存儲到數據庫中，用CREATE 語句建立，并成為模式對象的一部分。存儲過程/函數可以位于包結構中，包分為包聲明和包體實現部分。本地過程/函數在DECLARE 節中的最后部分進行，而作為存儲過程和存儲函數將存儲在數據庫中，它們是命名的PL/SQL塊。這樣它們在結構上也就沒有特別之處了。下面主要討論形參和實參的綁定設計。
　　PL/SQL 函數中的參數說明帶有輸入和輸出描述，需要在編譯時刻進行處理，并對調用時的參數類型是否相容進行檢查。但在PL/SQL過程和函數的聲明中，限制CHAR、VARCHAR2參數的長度以及限制NUMBER的精度都是非法的。這是由于在調用一個函數時，實際參數的取值被傳遞進去，在函數內部通過使用形式參數來引用這些實際參數，不僅實際數值被傳遞進去，而且作為參數傳遞機制的一部分，對于這些變量的限制也被傳遞進去。例如：
　　創建函數：
　　CREATE OR REPLACE FUNCTION ParameterLength (p_Var1 IN OUT VARCHAR2)
　　RETURN VARCHAR2 AS
　　BEGIN
　　　　p_Var1:=′This is an example′;
　　　　RETURN p_Var1;　
　　END ParameterLength;
　　調用函數：
　　DECLARE
　　v_Variable1 VARCHAR (30);
　　v_Variable2 VARCHAR (30);
　　BEGIN
　　　　v_Variable2:= ParameterLength (v_Variable1);
　　END;
　　上述調用將使p_Var1變量的最大長度為30(來自實參)。而如果將v_Variable1的長度定義成10，將產生錯誤。這個錯誤的產生不是過程設計不好，而是因為調用該過程的代碼發生了問題。值得注意的是：在過程定義中如果使用％TYPE作為形參類型的限制，而基準類型又是受限的，那么該限制將作用于形式參數而不是實際參數。
　　在缺省參數值的處理方式上，即當調用時，沒有指明實際值時，就用缺省值。對使用缺省值的形式參數，通常需要把它們放到參數表的末尾，這樣無論使用位置標識法還是帶名標識法都可以。
3 GKD-Base存儲函數實現的關鍵技術
3.1函數管理器
　　GKD-Base PL/SQL引擎對PL/SQL程序的解釋執行都通過一個內部統一的入口，解釋器把語法樹載入到入口內部的一個默認的主控函數，由這個函數驅動對其解釋執行。這樣處理的主要目的是為了兼容子程序的語法分析和保持解釋器運轉機制的一致性。因為子程序就是PL/SQL程序中命名的語句塊，用戶調用子程序時，PL/SQL引擎可以再次調用內部主控函數對其進行處理，并提交解釋器執行。
　　PL/SQL子程序包括局部聲明子程序和存儲子程序。為了管理和調用局部聲明子程序，設計了函數管理器，如圖2。函數管理器內部定義了一系列數據結構來描述局部聲明子程序調用的各種屬性，提供各種宏調用來獲取局部聲明子程序調用的參數和返回值，并提供必要的支持函數。從某種角度看，函數管理器也是用來存放各種局部聲明函數和過程信息的“符號表”，因為在管理器中還包括對聲明子程序聲明和調用信息的存儲、查找等功能。函數管理器提供一種結構化的處理手段，以一種統一的方式實現對局部聲明子程序的調用。這種“統一”表現在：每個局部聲明子程序都在函數管理器中獲得一個識別號(Oid)，這個識別號唯一標識該局部聲明子程序；函數管理器維持一份記錄表格，其中存放所有局部聲明子程序的識別號、子程序名、子程序地址、參數個數和返回值類型等信息，同時接口還提供相應的查找功能，源程序中的局部聲明子程序調用會被轉換成為子程序的識別號并通過該識別號查找得到子程序的詳細信息。

　　所有局部聲明子程序都在函數管理器中進行注冊，存儲子程序并不在函數管理器中注冊，而是保存在數據庫中。對于一個子程序調用，首先根據子程序名到函數管理器中查找；如果沒有在函數管理器中找到再去查找數據庫，這樣就兼容了Oracle PL/SQL V2.3局部聲明子程序的定義優先于存儲子程序的規則。
3.2 執行狀態堆棧
　　在GKD-Base PL/SQL引擎的解釋執行器中，設計了一個 “執行狀態”的數據結構，其中記載了存儲函數的執行狀態信息，如函數中的聲明變量、函數的參數個數、函數的參數類型、函數每個參數的值、函數的返回值等。解釋器中所有的解釋函數都擁有一個指針參數指向這個結構，需要在這些函數間傳遞的信息(包括全局變量信息)將被拷貝到這個結構。考慮到存儲函數是個單獨的PL/SQL語句塊層次，因此設計了執行狀態堆棧。在調用存儲函數前，對當前的現場進行保存，也就是將當前的執行狀態壓棧；在存儲函數調用結束之后恢復保存的現場，彈出當前執行狀態，回到上一層執行狀態繼續執行，如圖3。

3.3 存儲函數的創建和調用
　　用戶創建的存儲函數經過編譯得到中間代碼并保存在GKD-Base的中間代碼庫中。函數調用時，根據函數名到GKD-Base的中間代碼庫中查找相應存儲函數的中間代碼對其解釋執行，最后得到返回值。GKD-Base存儲函數的創建和調用分別對應中間代碼的產生和執行過程。
　　PL/SQL引擎對存儲函數的創建的具體處理過程如下：
　　①編譯器得到用戶創建的存儲函數；
　　②對用戶創建的存儲過程進行編譯，如果編譯通過則生成該存儲函數的語法樹；否則向用戶報告錯誤；
　　③將存儲函數中間代碼保存在中間代碼庫中；存儲函數的源代碼保存在GKD-Base的系統表中，如表1；
　　④向用戶返回消息。
　　根據Oracle PL/SQL V2.3 語言規范，存儲函數調用本身不是一個語句，它只能作為其它語句的一部分。PL/SQL引擎對存儲函數的調用的具體過程如圖4：
　　①解釋器中語句鏈的解釋函數調用存儲函數的解釋函數；
　　②解釋器在執行存儲函數之前，對當前的現場進行保存，即將當前的執行狀態壓棧；
　　③到數據庫的中間代碼庫中找到存儲函數的語法樹，把存儲函數的語法樹掛在整個PL/SQL語句塊語法樹的過程調用節點上，并提交解釋器；
　　④解釋器執行存儲函數中間代碼；
　　⑤解釋器在存儲函數調用結束后，將返回值返回給調用它的語句，并恢復保存的現場，彈出當前執行狀態，回到上一層執行狀態繼續執行。