PostgreSQL Executor(5): 表达式

SQL语句中的函数调用、算式和条件表达式都属于表达式，PostgreSQL实现了一套表达式计算的子系统，用于表示和执行SQL语句中的各种表达式。

在表达式中，通过表达式节点完成表达式的相应操作，这与计划节点类似。Expr是公共基类，所有的表达式节点都继承自Expr。src/include/nodes/primnodes.h定义了Expr及其具体的表达式节点。

/*
 * Expr - generic superclass for executable-expression nodes
 *
 * All node types that are used in executable expression trees should derive
 * from Expr (that is, have Expr as their first field).  Since Expr only
 * contains NodeTag, this is a formality, but it is an easy form of
 * documentation.  See also the ExprState node types in execnodes.h.
 */
typedef struct Expr
{
    NodeTag type;
} Expr;

ExprState是表达式状态，它包含了表达式的计算函数指针、计算表达式的指令、保存表达式的计算结果。ExprState定义在src/include/nodes/execnodes.h中。

ExprContext类似于EState，持有计算元组条件选择和投影时计算表达式所需的信息。有两个内存上下文与ExprContext关联：

• ecxt_per_query_memory是整个查询生命周期的上下文，它关联的ExprContext也是在这上面分配的。这个上下文可以用来存储函数调用缓存信息等。
• ectx_per_tuple_memory是用于表达式结果的短期的上下文，在对元组计算表达式之前会复位一次。每个ExprContext正常都会有属于自己的per_tuple内存上下文。

表达式计算

表达式的计算过程分为三部分：初始化、执行和清理。

函数ExecInitExpr是初始化的入口，根据表达式节点类型进行相应的处理，并生成对应的ExprState节点。在下层函数ExecInitExprRec中根据表达式类型生成表达式计算的步骤，使用ExprEvalStep保存具体步骤的操作、计算所需的信息。例如，如果表达式是函数调用，则会在ExprEvalStep->d.func中保存函数指针、函数的参数等数据。执行步骤会依次被压入到ExprState->steps链表中。ExprReadyExpr为表达式的执行准备好编译后的表达式，分为JIT编译和指令两种方式。初始化的过程会在表达式的子节点上递归执行。

表达式的解释执行的入口函数在ExprState->evalfunc上，最终会进入到函数ExecInterpExpr中，根据ExprState->steps中的指令逐条执行。

下面是执行select pg_backend_pid()查询时函数表达式计算的调用栈：

postgres!pg_backend_pid (postgresql-11.3/src/backend/utils/adt/pgstatfuncs.c:875)
postgres!ExecInterpExpr (postgresql-11.3/src/backend/executor/execExprInterp.c:654)
postgres!ExecInterpExprStillValid (postgresql-11.3/src/backend/executor/execExprInterp.c:1786)
postgres!ExecEvalExprSwitchContext (postgresql-11.3/src/include/executor/executor.h:313)
postgres!ExecProject (postgresql-11.3/src/include/executor/executor.h:347)
postgres!ExecResult (postgresql-11.3/src/backend/executor/nodeResult.c:136)
postgres!ExecProcNodeFirst (postgresql-11.3/src/backend/executor/execProcnode.c:445)
postgres!ExecProcNode (postgresql-11.3/src/include/executor/executor.h:247)
postgres!ExecutePlan (postgresql-11.3/src/backend/executor/execMain.c:1723)
postgres!standard_ExecutorRun (postgresql-11.3/src/backend/executor/execMain.c:364)
postgres!ExecutorRun (postgresql-11.3/src/backend/executor/execMain.c:307)
postgres!PortalRunSelect (postgresql-11.3/src/backend/tcop/pquery.c:932)
postgres!PortalRun (postgresql-11.3/src/backend/tcop/pquery.c:773)
postgres!exec_simple_query (postgresql-11.3/src/backend/tcop/postgres.c:1145)
postgres!PostgresMain (postgresql-11.3/src/backend/tcop/postgres.c:4182)
postgres!BackendRun (postgresql-11.3/src/backend/postmaster/postmaster.c:4358)
postgres!BackendStartup (postgresql-11.3/src/backend/postmaster/postmaster.c:4030)
postgres!ServerLoop (postgresql-11.3/src/backend/postmaster/postmaster.c:1707)
postgres!PostmasterMain (postgresql-11.3/src/backend/postmaster/postmaster.c:1380)
postgres!main (postgresql-11.3/src/backend/main/main.c:228)

在查询计划树执行完之后，在清理计划节点的过程中会清理表达式状态节点。

常用的表达式节点有：

节点类型	功能
Var	从元组中获取指定属性值
Const	返回一个常量值
Aggref	返回已经计算好的聚集函数的值
WindowFunc	返回已经计算好的窗口函数的值
FuncExpr	执行系统定义的函数
OpExpr	与FuncExpr类似，实现操作符运算，也是通过调用函数实现