基于C++实现的简易数据库

简易数据库设计文档

一、基本信息

项目名称：简易数据库

使用数据结构： B+ 树

开发环境： Visual Studio 2015 Community

测试环境：

• Windows 10 家庭版 14393.1198
• 处理器： Intel Core i5-6300HQ CPU @ 2.30GHz
• 内存： 8GB
• 系统类型： 64位操作系统

功能概述：实现了<key, value>型数据的查找、插入、删除、修改等功能。

二、提供接口

本数据库所有数据均采用c++ 标准库中的string类型存储。

创建数据库：

Database();

检查目录的正确性：

bool checkFile(); 如果data目录不存在，则会报出错误信息,返回false。

新建数据库：bool refresh();

新建一个空的数据库，会覆盖原有的所有数据。

插入数据：

string insert(const string &key, const string&value);

key为索引，value为值。

如果插入成功，返回“Success.”，否则返回错误信息。

查找数据：

string search(const string &key);

key为所要查找的数据的索引。

如果找到，返回“Found：”+找到的value；如果没有，返回

“Not Found.”。

删除数据：string del(string &key);

key为所要删除的数据的索引。

如果删除成功，返回“Success.”，否则返回错误信息。

修改数据：

string modify(const string &key, const string&value);

key为所要修改的数据的索引，value为修改后的值。

如果修改成功，返回“Success.”，否则返回错误信息。

保存：void save();

将内存中的数据与文件中同步。当程序正常关闭时，会自动进行保存。

三、功能实现

3.1 模块实现：

本简易数据库由以下部分的代码构成：

·BPlustree.h & BPlustree.cpp：

​ 包含了B+树及其内部 节点的声明以及实现。

·functions.h & functions.cpp：

​ 包含了一些需要用到的字符串处理等根据需要自己编写的函数。

测试部分代码：

·AutoTest.cpp：

​ 自动进行数据量为100万的插入删除测试，并且输出所需要的时间。

·ManualTesting.cpp：

​ 提供用户自定义的使用，有相关的使用提示和错误处理。

3.2 功能实现：

本简易数据库使用的数据结构是B+树。

由于考虑到数据库需要存储的文件规模很大，而指针在文件中的存储并不方便，因此本简易数据库并没有直接采用指针，而是在每个Node中记录了其父节点和子节点在文件中的位置，来代替指针的作用。节点的数据在文件中和内存中都有保存。其中文件中分为三行，第一行为该节点所储存的所有key，第二行为该节点的所有子节点在文件中的位置，第三行为该节点的父节点在文件中的位置。每个节点在文件中的位置记为 index，取代指针，起到了访问这个节点的作用，在内存中也是如此。

在查找、插入、修改、删除等操作中，如果需要访问一个节点的信息，程序会先在内存中根据index查找是否之前从文件中读取过该节点，如果有，那么直接调用内存中的数据；如果没有，那么将文件指针移到index的位置，读取数据后，将数据存到内存中。这样可以避免反复从文件中读取数据，也避免了每次修改了节点的数据后，还要修改文件，大大节省了时间。由于总数据量很大，因此只在内存中存储一部分节点。如果在不断读取节点的过程中，内存中的节点的数量超过设定的值（在#define中），那么程序将会自动进行保存，即将内存中的数据写入文件中，并清空内存中的数据。程序在用户执行查找操作或正常退出程序时也会自动进行保存，用户也可以用手动进行保存（利用save()接口）。

当进行插入、删除、修改等会修改各节点的数据的操作时，为了节省时间，所有的数据只会在内存中进行修改，而后一次性通过自动或是手动的保存操作，一次性同步到文件中。

四、特点及其分析

如前文所述，本简易数据库并没有直接采用指针类型，而是使用节点在文件中的位置，即index，作为访问节点的工具。这样避免了所有数据堆叠在内存中的情况。并且这种方式的存储，使得每个节点直接被储存在了文件中，对应关系明确。读取数据时可以直接读取各个节点的信息，而不是在运行程序后要在内存中重新构建一棵B+树。

五、测试及其分析

• 在M=16，32，64时分别进行了各操作，统计时间