写在前面：虚拟机技术在现在是一个非常热的技术，它的历史也很悠久。最早的虚拟机可追溯到IBM的VM/370，到上个世纪90年代，在计算机程序设计语言领域又出现一件革命性的事情——Java语言的出现，它与c++最大的不同在于它必须在Java虚拟机上运行。Java虚拟机掀起了虚拟机技术的热潮，随后，Microsoft也不甘落后，雄心勃勃的推出了.Net平台。由于在这里主要讨论sqlite的虚拟机，不打算对这些做过多评论，但是作为对比，我会先对Java虚拟机作一个概述。好了，下面进入正题。
1、概述
所谓虚拟机是指对真实计算机资源环境的一个抽象，它为解释性语言程序提供了一套完整的计算机接口。虚拟机的思想对现在的编译有很大影响，其思路是先编译成虚拟机指令，然后针对不同计算机实现该虚拟机。
虚拟机定义了一组抽象的逻辑组件，这些组件包括寄存器组、数据栈和指令集等等。虚拟机指令的解释执行包括3步：
1．获取指令参数；
2. 执行该指令对应的功能；
3. 分派下一条指令。
其中第一步和第三步构成了虚拟机的执行开销。
很多语言都采用了虚拟机作为运行环境。作为下一代计算平台的竞争者，Sun的Java和微软的.NET平台都采用了虚拟机技术。Java的支撑环境是Java虚拟机（Java Virtual Machine，JVM），.NET的支撑环境是通用语言运行库（Common Language Runtime，CLR）。JVM是典型的虚拟机架构。
Java平台结构如图所示。从图中可以看出，JVM处于核心位置，它的下方是移植接口。移植接口由依赖平台的和不依赖平台的两部分组成，其中依赖于平台的部分称为适配器。JVM通过移植接口在具体的操作系统上实现。如果在Java操作系统（Java Operation System,JOS）上实现，则不需要依赖于平台的适配器，因为这部分工作已由JOS完成。因此对于JVM来说，操作系统和更低的硬件层是透明的。在JVM的上方，是Java类和Java应用程序接口（Java API）。在Java API上可以编写Java应用程序和Java小程序（applet）。所以对于Java应用程序和applet这一层次来说，操作系统和硬件就更是透明的了。我们编写的Java程序，可以在任何Java平台上运行而无需修改。
虚拟机一般都采用了基于栈的架构，这种架构易于实现。虚拟机方法显著提高了程序语言的可移植性和安全性，但同时也导致了执行效率的下降。
2、Java虚拟机2.1、概述
Java虚拟机的主要任务是装载Class文件并执行其中的字节码。Java虚拟机包含一个类装载器(class loader)，它从程序和API中装载class文件，Java API中只有程序执行时需要的那些类才会被装载，字节码由执行引擎来执行。
不同的Java虚拟机，执行引擎的实现可能不同。在软件实现的虚拟机中，一般有几下几中实现方式：
（1） 解释执行：实现简单，但速度较慢，这是Java最初阶段的实现方式。
（2） 即时编译(just-in-time)：执行较快，但消耗内存。在这种情况下，第一次执行的字节码会编译成本地机器代码，然后被缓存，以后可以重用。
（3） 自适应优化器：虚拟机开始的时候解释字节码，但是会监视程序的运行，并记录下使用最频繁的代码，然后把这些代码编译成本地代码，而其它的代码仍保持为字节码。该方法既提高的运行速度，又减少了内存开销。
同样，虚拟机也可由硬件来实现，它用本地方法执行Java字节码。
2.2、Java虚拟机
Java虚拟机的结构分为：类装载子系统，运行时数据区，执行引擎，本地方法接口。其中运行时数据区又分为：方法区，堆，Java栈，PC寄存器，本地方法栈。
关于Java虚拟机就介绍到此,由于Java虚拟机内容庞大，在这里不可能一一介绍，如果想更多了解Java虚拟机，参见《深入Java虚拟机》。
3、sqlite虚拟机
在sqlite的后端（backend）的上一层，通常叫做虚拟数据库引擎(virtual database engine)，或者叫做虚拟机(virtual machine)。从作用上来说，它是sqlite的核心。用户程序发出的sql语句请求，由前端(frontend)编译器（以后会继续介绍）处理，生成字节代码程序（bytecode programs），然后由VM解释执行。VM执行时，又会调用B-tree模块的相关的接口，并输出执行的结果（本节将以一个具体的查询过程来描述这一过程）。
3.1、虚拟机的内部结构
先来看一个简单的例子：
int
main(
int
argc,
char
**
argv)
{
int rc,i,id,cid;
char * name;
char * sql;
char * zErr;
sqlite3 * db;sqlite3_stmt * stmt;
sql = " selectid,name,cidfromepisodes " ;
// 打开数据库
sqlite3_open( test.db " , & db);
编译sql语句
sqlite3_prepare(db,sql,strlen(sql), & stmt,NULL);
调用VM，执行VDBE程序
rc = sqlite3_step(stmt);
while (rc == sqlITE_ROW){
id = sqlite3_column_int(stmt, 0 );
name = ( char * )sqlite3_column_text(stmt,128)">1 );
cid = sqlite3_column_int(stmt,128)">2 );
if (name != NULL){
fprintf(stderr,0)">Row:id=%i,cid=%i,name='%s'\n } else {
/* FieldisNULL */
fprintf(stderr,name=NULL\n }
rc = sqlite3_step(stmt);
}
释放资源
sqlite3_finalize(stmt);
关闭数据库
sqlite3_close(db);
return 0 ;
}
{
int rc,i,id,cid;
char * name;
char * sql;
char * zErr;
sqlite3 * db;sqlite3_stmt * stmt;
sql = " selectid,name,cidfromepisodes " ;
// 打开数据库
sqlite3_open( test.db " , & db);
编译sql语句
sqlite3_prepare(db,sql,strlen(sql), & stmt,NULL);
调用VM，执行VDBE程序
rc = sqlite3_step(stmt);
while (rc == sqlITE_ROW){
id = sqlite3_column_int(stmt, 0 );
name = ( char * )sqlite3_column_text(stmt,128)">1 );
cid = sqlite3_column_int(stmt,128)">2 );
if (name != NULL){
fprintf(stderr,0)">Row:id=%i,cid=%i,name='%s'\n } else {
/* FieldisNULL */
fprintf(stderr,name=NULL\n }
rc = sqlite3_step(stmt);
}
释放资源
sqlite3_finalize(stmt);
关闭数据库
sqlite3_close(db);
return 0 ;
}
这段程序很简单，它的功能就是遍历整个表，并把查询结果输出。
在sqlite 中，用户发出的sql语句，都会由编译器生成一个虚拟机实例。在上面的例子中，变量sql代表的sql语句经过sqlite3_prepare()处理后，便生成一个虚拟机实例——stmt。虚拟机实例从外部看到的结构是sqlite3_stmt所代表的数据结构，而在内部，是一个vdbe数据结构代表的实例。
关于这点可以看看它们的定义：
//sqlite3.h
typedef struct sqlite3_stmt sqlite3_stmt;
vdbe的定义：
Code
由vdbe的定义，可以总结出sqlite虚拟机的内部结构：
3.2、指令
int
nOp;
Numberofinstructionsintheprogram(指令的条数)
*/
Op * aOp; Spacetoholdthevirtualmachine'sprogram(指令) */
Op * aOp; Spacetoholdthevirtualmachine'sprogram(指令) */
aOp数组保存有sql经过编译后生成的所有指令，对于上面的例子为：
0
、Goto(
0x5b
-
91
)
|
0
|
0c
1 、Integer( 0x2d - 45 ) | 0 | 0
2 、OpenRead( 0x0c - 12 ) | 2
3 、SetNumColumns( 0x64 - 100 ) | 03
4 、Rewind( 0x77 - 119 ) | 0 | 0a
5 、Rowid( 0x23 - 35 ) | 6 、Column( 0x02 - 2 ) | 1
7 、Column( 8 、Callback( 0x36 - 54 ) | 3 | 9 、Next( 0x68 ) | 5
10 、Close
11 、Halt
12 、Transaction( 0x66 - 102 ) | 13 、VerifyCookie( 0x61 - 97 ) | 14 、Goto( 1 |
1 、Integer( 0x2d - 45 ) | 0 | 0
2 、OpenRead( 0x0c - 12 ) | 2
3 、SetNumColumns( 0x64 - 100 ) | 03
4 、Rewind( 0x77 - 119 ) | 0 | 0a
5 、Rowid( 0x23 - 35 ) | 6 、Column( 0x02 - 2 ) | 1
7 、Column( 8 、Callback( 0x36 - 54 ) | 3 | 9 、Next( 0x68 ) | 5
10 、Close
11 、Halt
12 、Transaction( 0x66 - 102 ) | 13 、VerifyCookie( 0x61 - 97 ) | 14 、Goto( 1 |
sqlite3_step()引起VDBE解释引擎执行这段代码，下面来分析该段指令的执行过程：
Goto：这是一条跳转指令，它的作用仅仅是跳到第12条指令；
Transaction：开始一个事务（读事务）；
Goto：跳到第1条指令；
Integer：把操作数P1入栈，这里的0表示OpenRead指令打开的数据库的编号；
OpenRead：打开表的游标,数据库的编号从栈顶中取得，P1为游标的编号，P2为root page。
如果P2<=0,则从栈中取得root page no；
SetNumColumns：对P1确定的游标的列数设置为P2（在这里为3），在OP_Column指令执行前,该指令应该被调用来
设置表的列数；
Rewind：移动当前游标（P1）移到表或索引的第一条记录；
Rowid：把当前游标（P1）指向的记录的关键字压入栈；
Column：解析当前游标指定的记录的数据，p1为当前游标索引号，p2为列号，并将结果压入栈中；
Callback：该指令执行后，PC将指向下一条指令。该指令的执行会结束sqlite3_step()的运行，并向其返回
sqlITE_ROW ——如果存在记录的话；并将VDBE的PC指针指向下一条指令——即Next指令，所以当
（具体的分析见后面的指令实例分析）； Next：将游标移到下一条记录，并将PC指向第5条指令；
Close：关闭数据库。
3.3、栈
Mem
*
aStack;
Theoperandstack,exceptstringvalues(栈空间)
*/
Mem * pTos; Topentryintheoperandstack(栈顶指针) aStack是VDBE执行时使用的栈，它主要用来保指令执行进需要的参数，以及指令执行时产生的中间结果(参见后面的指令实例分析)。
在计算机硬件领域，基于寄存器的架构已经压倒基于栈的架构成为当今的主流，但是在解释性的虚拟机领域，基于栈架构的实现占了上风。
1. 从编译的角度来看，许多编程语言可以很容易地被编译成栈架构机器语言。如果采用寄存器架构，编译器为了获得好的性能必须进行优化，如全局寄存器分配（这需要对数据流进行分析）。这种复杂的优化工作使虚拟机的便捷性大打折扣。
2. 如果采用寄存器架构，虚拟机必须经常保存和恢复寄存器中的内容。与硬件计算机相比，这些操作在虚拟机中的开销要大得多。因为每一条虚拟机指令都需要进行很费时的指令分派操作。虽然其它的指令也要分派，但是它们的语义内容更丰富。
3. 采用寄存器架构时，指令对应的操作数位于不同寄存器中，对操作数的寻址也是一个问题。而在基于栈的虚拟机中，操作数位于栈顶或紧跟在虚拟机指令之后。由于基于栈的架构的简便性，一些查询语言的实现也采用了此种架构。
sqlite的虚拟机就是基于栈架构的实现。每一个vdbe都有一个栈顶指针，它保存着vdbe的初始栈顶值。而在解释引擎中也有一个pTos，它们是有区别的：
（1）vdbe的pTos：在一趟vdbe执行的过程中不会变化，直到相应的指令修改它为止，在上面的例子中，Callback指令会修改其值（见指令分析）。
（2）而解释引擎中的pTos是随着指令的执行而动态变化的,在上面的例子中,Integer,Column指令的执行都会引起解释引擎pTos的改变。
/*该指令执行后,PC将指向下一条指令.
**栈中栈顶的P1个值为查询的结果.该指令会导致sqlite3_step()函数将以sqlITE_ROW为返回码
**而结束运行.此时用户程序就可以通过sqlite3_column_XXX读取位于栈中的数据了.
**当sqlite3_step()再一次运行时,栈顶的P1个值会在执行Next指令前自动出栈.
*/
caseOP_Callback:{no-push*/
Mem*pMem;
Mem*pFirstColumn;
assert(p->nResColumn==pOp->p1);
Datainthepagermightbemovedorchangedoutfromunderus
**inbetweenthereturnfromthissqlite3_step()callandthe
**nextcalltosqlite3_step().Sodeephermeralizeeverythingon
**thestack.Notethatephemeraldataisneverstoredinmemory
**cellssowedonothavetoworryaboutthem.
*/
pFirstColumn=&pTos[0-pOp->p1];
for(pMem=p->aStack;pMem<pFirstColumn;pMem++){
Deephemeralize(pMem);
}
Invalidateallephemeralcursorrowcaches*/
p->cacheCtr=(p->cacheCtr+2)|1;
Makesuretheresultsofthecurrentroware\000terminated
**andhaveanassignedtype.Theresultsaredeephemeralizedas
**assideeffect.
for(;pMem<=pTos;pMem++){
sqlite3VdbeMemNulTerminate(pMem);
//设置结果集中的数据类型
storeTypeInfo(pMem,encoding);
}
Setupthestatementstructuresothatitwillpopthecurrent
**resultsfromthestackwhenthestatementreturns.
*/
p->resOnStack=1;栈上有结果
p->nCallback++;回调次数加1
出栈的数据个数,在下次执行VDBE时,会先进行出栈操作
p->popStack=pOp->p1;
程序计数器加1
p->pc=pc+设置vdbe的栈顶指针,此时,栈中保存有结果
p->pTos=pTos;
注意:这里不是break,而是return;向sqlite3_step()返回sqlITE_ROW.
**当用户程序重新调用sqlite3_step()时,重新执行VDBE.
returnsqlITE_ROW;
}
移动当前游标到表或索引的第一条记录.
**如果表为空且p2>0,则跳到p2处;如果p2为0且表不空，则执行下一条指令.
caseOP_Rewind:{inti=pOp->p1;
Cursor*pC;
BtCursor*pCrsr;
intres;
assert(i>=0&&i<p->nCursor);
取得当前游标
pC=p->apCsr[i];
assert(pC!=0);
if((pCrsr=pC->pCursor)!=0){
调用B-tree模块,移动游标到第一条记录
rc=sqlite3BtreeFirst(pCrsr,&res);
pC->atFirst=res==0;
pC->deferredMoveto=0;
pC->cacheStatus=CACHE_STALE;
}else{
res=1;
}
pC->nullRow=res;
if(res&&pOp->p2>0){
pc=pOp->p2-1;
}
break;
}
解析当前游标指定的记录的数据
**p1为当前游标索引号,p2为列号
caseOP_Column:{
u32payloadSize;Numberofbytesintherecordintp1=pOp->p1;P1valueoftheopcode列号
intp2=pOp->p2;columnnumbertoretrieveVDBE游标
Cursor*pC=0;TheVDBEcursorchar*zRec;Pointertocompleterecord-databtree游标
BtCursor*pCrsr;TheBTreecursor*/
u32*aType;aType[i]holdsthenumerictypeofthei-thcolumn*/
u32*aOffset;aOffset[i]isoffsettostartofdatafori-thcolumn列数
u32nField;numberoffieldsintherecordintlen;Thelengthoftheserializeddataforthecolumninti;Loopcounterchar*zData;Partoftherecordbeingdecoded*/
MemsMem;Forstoringtherecordbeingdecoded*/
sMem.flags=0;
assert(p1<p->nCursor);
栈顶指针上移
pTos++;
pTos->flags=MEM_Null;
ThisblocksetsthevariablepayloadSizetobethetotalnumberof
**bytesintherecord.
**
**zRecissettobethecompletetextoftherecordifitisavailable.
**Thecompleterecordtextisalwaysavailableforpseudo-tables
**Iftherecordisstoredinacursor,thecompleterecordtext
**mightbeavailableinthepC->aRowcache.Oritmightnotbe.
**Ifthedataisunavailable,zRecissettoNULL.
**
**Wealsocomputethenumberofcolumnsintherecord.Forcursors,
**thenumberofcolumnsisstoredintheCursor.nFieldelement.For
**recordsonthestack,thenextentrydownonthestackisaninteger
**whichisthenumberofrecords.
设置游标
pC=p->apCsr[p1];
assert(pC!=if(pC->pCursor!=TherecordisstoredinaB-Tree移到当前游标
rc=sqlite3VdbeCursorMoveto(pC);
if(rc)gotoabort_due_to_error;
zRec=0;
pCrsr=pC->pCursor;
if(pC->nullRow){
payloadSize=0;
}elseif(pC->cacheStatus==p->cacheCtr){
payloadSize=pC->payloadSize;
zRec=(char*)pC->aRow;
}if(pC->isIndex){
i64payloadSize64;
sqlite3BtreeKeySize(pCrsr,&payloadSize64);
payloadSize=payloadSize64;
}else{
解析数据,payloadSize保存cell的数据字节数
sqlite3BtreeDataSize(pCrsr,&payloadSize);
}
nField=pC->nField;
}if(pC->pseudoTable){
Therecordisthesoleentryofapseudo-table*/
payloadSize=pC->nData;
zRec=pC->pData;
pC->cacheStatus=CACHE_STALE;
assert(payloadSize==0||zRec!=0);
nField=pC->nField;
pCrsr=else{
zRec=0;
payloadSize=0;
pCrsr=0;
nField=0;
}
IfpayloadSizeis0,thenjustpushaNULLontothestack.if(payloadSize==0){
assert(pTos->flags==MEM_Null);
break;
}
assert(p2<nField);
Readandparsethetableheader.Storetheresultsoftheparse
**intotherecordheadercachefieldsofthecursor.
if(pC&&pC->cacheStatus==p->cacheCtr){
aType=pC->aType;
aOffset=pC->aOffset;
}else{
u8*zIdx;Indexintoheader*/
u8*zEndHdr;Pointertofirstbyteaftertheheader(指向header之后的第一个字节)*/
u32offset;OffsetintothedataintszHdrSz;Sizeoftheheadersizefieldatstartofrecordintavail;Numberofbytesofavailabledata*/
数据类型数组
aType=pC->aType;
if(aType==每个数据类型分配8字节---sizeof(aType)==4
pC->aType=aType=sqliteMallocRaw(2*nField*sizeof(aType));
}
gotono_mem;
}
每列数据的偏移
pC->aOffset=aOffset=&aType[nField];
pC->payloadSize=payloadSize;
pC->cacheStatus=p->cacheCtr;
Figureouthowmanybytesareintheheaderif(zRec){
zData=zRec;
}if(pC->isIndex){
zData=(char*)sqlite3BtreeKeyFetch(pCrsr,&avail);
}获取数据
zData=(char*)sqlite3BtreeDataFetch(pCrsr,&avail);
}
IfKeyFetch()/DataFetch()managedtogettheentirepayload,
**savethepayloadinthepC->aRowcache.Thatwillsaveusfrom
**havingtomakeadditionalcallstofetchthecontentportionof
**therecord.
if(avail>=payloadSize){
zRec=zData;
pC->aRow=(u8*)zData;
}else{
pC->aRow=0;
}
}
assert(zRec!=0||avail>=payloadSize||avail>=9);
获得headersize
szHdrSz=GetVarint((u8*)zData,offset);
TheKeyFetch()orDataFetch()abovearefastandwillgettheentire
**recordheaderinmostcases.Buttheywillfailtogetthecomplete
**recordheaderiftherecordheaderdoesnotfitonasinglepage
**intheB-Tree.Whenthathappens,usesqlite3VdbeMemFromBtree()to
**acquirethecompleteheadertext.
if(!zRec&&avail<offset){
rc=sqlite3VdbeMemFromBtree(pCrsr,0,offset,pC->isIndex,&sMem);
if(rc!=sqlITE_OK){
gotoop_column_out;
}
zData=sMem.z;
}
一个记录的例子:
**08|08|04001301|63617401
**08:nSize,payload总的大小——后面8个字节
**08:关键字大小,对于整型则为关键字本身
**04:headersize，包括本身共4个字节——04001301
**00:第一列的数据类型——空类型
**13:第二列的数据类型——字符串,长为(19-13)/2=3——“cat”
**01:第三列的数据类型——整型，占一个字节——1
**对于这里的zData保存的数据为:0400130163617401
header之后的数据,对于上例为:63617401
zEndHdr=(u8*)&zData[offset];
header数据的索引号,对于上例为:001301
zIdx=(u8*)&zData[szHdrSz];
ScantheheaderanduseittofillintheaType[]andaOffset[]
**arrays.aType[i]willcontainthetypeintegerforthei-th
**columnandaOffset[i]willcontaintheoffsetfromthebeginning
**oftherecordtothestartofthedataforthei-thcolumn
扫描header，然后设置aType[]和aOffset[]数组;aType[i]为第i列的数据类型,
**aOffset[i]为第i列数据相对于记录的开始的偏移.
for(i=0;i<nField;i++){
if(zIdx<zEndHdr){
计算每一列数据的偏移
aOffset[i]=offset;
计算每一列的数据类型
zIdx+=GetVarint(zIdx,aType[i]);
offset指向下一列
offset+=sqlite3VdbeSerialTypeLen(aType[i]);
}IfiislessthatnField,thentherearelessfieldsinthis
**recordthanSetNumColumnsindicatedtherearecolumnsinthe
**table.Settheoffsetforanyextracolumnsnotpresentin
**therecordto0.ThistellscodebelowtopushaNULLontothe
**stackinsteadofdeserializingavaluefromtherecord.
*/
aOffset[i]=0;
}
}
Release(&sMem);
sMem.flags=MEM_Null;
Ifwehavereadmoreheaderdatathanwascontainedintheheader,
**oriftheendofthelastfieldappearstobepasttheendofthe
**record,thenwemustbedealingwithacorruptdatabase.
if(zIdx>zEndHdr||offset>payloadSize){
rc=sqlITE_CORRUPT_BKPT;
gotoop_column_out;
}
}
Getthecolumninformation.IfaOffset[p2]isnon-zero,then
**deserializethevaluefromtherecord.IfaOffset[p2]iszero,
**thentherearenotenoughfieldsintherecordtosatisfythe
**request.Inthiscase,setthevalueNULLortoP3ifP3is
**apointertoaMemobject.
获取P2指定的列的数据if(aOffset[p2]){
assert(rc==sqlITE_OK);
if(zRec){
取得该列的数据
zData=&zRec[aOffset[p2]];
}else{
len=sqlite3VdbeSerialTypeLen(aType[p2]);
rc=sqlite3VdbeMemFromBtree(pCrsr,aOffset[p2],len,0)">解析zData，并将结果保存在pTos中
sqlite3VdbeSerialGet((u8*)zData,aType[p2],pTos);
pTos->enc=encoding;
}if(pOp->p3type==P3_MEM){
sqlite3VdbeMemShallowCopy(pTos,(Mem*)(pOp->p3),MEM_Static);
}else{
pTos->flags=MEM_Null;
}
}
Ifwedynamicallyallocatedspacetoholdthedata(inthe
**sqlite3VdbeMemFromBtree()callabove)thentransfercontrolofthat
**dynamicallyallocatedspaceovertothepTosstructure.
**Thispreventsamemorycopy.
if((sMem.flags&MEM_Dyn)!=0){
assert(pTos->flags&MEM_Ephem);
assert(pTos->flags&(MEM_Str|MEM_Blob));
assert(pTos->z==sMem.z);
assert(sMem.flags&MEM_Term);
pTos->flags&=~MEM_Ephem;
pTos->flags|=MEM_Dyn|MEM_Term;
}
pTos->zmightbepointingtosMem.zShort[].Fixthatsothatwe
**canabandonsMem*/
rc=sqlite3VdbeMemMakeWriteable(pTos);
op_column_out:
4、Next指令
移动游标，使其指向表的下一个记录
caseOP_Prev:caseOP_Next:{*/
Cursor*pC;
BtCursor*pCrsr;
CHECK_FOR_INTERRUPT;
assert(pOp->p1>=0&&pOp->p1<p->nCursor);
pC=p->apCsr[pOp->p1];
assert(pC!=intres;
if(pC->nullRow){
res=1;
}else{
assert(pC->deferredMoveto==
rc=pOp->opcode==OP_Next?sqlite3BtreeNext(pCrsr,&res):
sqlite3BtreePrevIoUs(pCrsr,&res);
pC->nullRow=res;
pC->cacheStatus=CACHE_STALE;
}
if(res==1;
sqlite3_search_count++;
}
}else{
pC->nullRow=1;
}
pC->rowidIsValid=0;
break; } 原文链接：https://www.f2er.com/sqlite/200569.html
Mem * pTos; Topentryintheoperandstack(栈顶指针) aStack是VDBE执行时使用的栈，它主要用来保指令执行进需要的参数，以及指令执行时产生的中间结果(参见后面的指令实例分析)。
在计算机硬件领域，基于寄存器的架构已经压倒基于栈的架构成为当今的主流，但是在解释性的虚拟机领域，基于栈架构的实现占了上风。
1. 从编译的角度来看，许多编程语言可以很容易地被编译成栈架构机器语言。如果采用寄存器架构，编译器为了获得好的性能必须进行优化，如全局寄存器分配（这需要对数据流进行分析）。这种复杂的优化工作使虚拟机的便捷性大打折扣。
2. 如果采用寄存器架构，虚拟机必须经常保存和恢复寄存器中的内容。与硬件计算机相比，这些操作在虚拟机中的开销要大得多。因为每一条虚拟机指令都需要进行很费时的指令分派操作。虽然其它的指令也要分派，但是它们的语义内容更丰富。
3. 采用寄存器架构时，指令对应的操作数位于不同寄存器中，对操作数的寻址也是一个问题。而在基于栈的虚拟机中，操作数位于栈顶或紧跟在虚拟机指令之后。由于基于栈的架构的简便性，一些查询语言的实现也采用了此种架构。
sqlite的虚拟机就是基于栈架构的实现。每一个vdbe都有一个栈顶指针，它保存着vdbe的初始栈顶值。而在解释引擎中也有一个pTos，它们是有区别的：
（1）vdbe的pTos：在一趟vdbe执行的过程中不会变化，直到相应的指令修改它为止，在上面的例子中，Callback指令会修改其值（见指令分析）。
（2）而解释引擎中的pTos是随着指令的执行而动态变化的,在上面的例子中,Integer,Column指令的执行都会引起解释引擎pTos的改变。
3.4、指令计数器(PC)
每一个vdbe都有一个程序计数器，用来保存初始的计数器值。和pTos一样，解释引擎也有一个pc，它用来指向VM下一条要执行的指令。
3.5、解释引擎
经过编译器生成的vdbe最终都是由解释引擎解释执行的，sqlite的解释引擎实现的原理非常简单，本质上就是一个包含大量case语句的for循环，但是由于sqlite的指令较多（在version 3.3.6中是139条），所以代码比较庞大。
sqlite的解释引擎是在一个方法中实现的：
int sqlite3VdbeExec(
Vdbe *p /* The VDBE */
)
具体代码如下（为了阅读，去掉了一些不影响阅读的代码，具体见sqlite的源码）：
执行VDBE程序.当从数据库中取出一行数据时,该函数会调用回调函数(如果有的话),
**或者返回sqlITE_ROW.
*/
int sqlite3VdbeExec(
Vdbe * p TheVDBE */
){
指令计数器
int pc; Theprogramcounter 当前指令
Op * pOp; Currentoperation int rc = sqlITE_OK; Valuetoreturn 数据库
sqlite3 * db = p -> db; Thedatabase */
u8encoding = ENC(db); Thedatabaseencoding 栈顶
Mem * pTos; Topentryintheoperandstack */
if (p -> magic != VDBE_MAGIC_RUN) return sqlITE_MISUSE;
当前栈顶指针
pTos = p -> pTos;
if (p -> rc == sqlITE_NOMEM){
Thishappensifamalloc()insideacalltosqlite3_column_text()or
**sqlite3_column_text16()Failed. goto no_mem;
}
p -> rc = sqlITE_OK;
如果需要进行出栈操作，则进行出栈操作 if (p -> popStack){
popStack( & pTos,p -> popStack);
p -> popStack = 0 ;
}
表明栈中没有结果
p -> resOnStack = 0 ;
db -> busyHandler.nBusy = 0 ;
执行指令 for (pc = p -> pc;rc == sqlITE_OK;pc ++ ){
取出操作码
pOp = & p -> aOp[pc];
switch (pOp -> opcode){
跳到操作数P2指向的指令 case OP_Goto:{ no-push */
CHECK_FOR_INTERRUPT;
设置pc
pc = pOp -> p2 - 1 ;
break ;
}
P1入栈 case OP_Integer:{
当前栈顶指针上移
pTos ++ ;
设为整型
pTos -> flags = MEM_Int;
取操作数P1,并赋值
pTos -> i = pOp -> p1;
其它指令的实现
} endswitch endfor
}
**或者返回sqlITE_ROW.
*/
int sqlite3VdbeExec(
Vdbe * p TheVDBE */
){
指令计数器
int pc; Theprogramcounter 当前指令
Op * pOp; Currentoperation int rc = sqlITE_OK; Valuetoreturn 数据库
sqlite3 * db = p -> db; Thedatabase */
u8encoding = ENC(db); Thedatabaseencoding 栈顶
Mem * pTos; Topentryintheoperandstack */
if (p -> magic != VDBE_MAGIC_RUN) return sqlITE_MISUSE;
当前栈顶指针
pTos = p -> pTos;
if (p -> rc == sqlITE_NOMEM){
Thishappensifamalloc()insideacalltosqlite3_column_text()or
**sqlite3_column_text16()Failed. goto no_mem;
}
p -> rc = sqlITE_OK;
如果需要进行出栈操作，则进行出栈操作 if (p -> popStack){
popStack( & pTos,p -> popStack);
p -> popStack = 0 ;
}
表明栈中没有结果
p -> resOnStack = 0 ;
db -> busyHandler.nBusy = 0 ;
执行指令 for (pc = p -> pc;rc == sqlITE_OK;pc ++ ){
取出操作码
pOp = & p -> aOp[pc];
switch (pOp -> opcode){
跳到操作数P2指向的指令 case OP_Goto:{ no-push */
CHECK_FOR_INTERRUPT;
设置pc
pc = pOp -> p2 - 1 ;
break ;
}
P1入栈 case OP_Integer:{
当前栈顶指针上移
pTos ++ ;
设为整型
pTos -> flags = MEM_Int;
取操作数P1,并赋值
pTos -> i = pOp -> p1;
其它指令的实现
} endswitch endfor
}
3.6、指令实例分析
由于篇幅限制，仅给出几条的指令的实现，其它具体实现见源码。
1、Callback指令
/*该指令执行后,PC将指向下一条指令.
**栈中栈顶的P1个值为查询的结果.该指令会导致sqlite3_step()函数将以sqlITE_ROW为返回码
**而结束运行.此时用户程序就可以通过sqlite3_column_XXX读取位于栈中的数据了.
**当sqlite3_step()再一次运行时,栈顶的P1个值会在执行Next指令前自动出栈.
*/
caseOP_Callback:{no-push*/
Mem*pMem;
Mem*pFirstColumn;
assert(p->nResColumn==pOp->p1);
Datainthepagermightbemovedorchangedoutfromunderus
**inbetweenthereturnfromthissqlite3_step()callandthe
**nextcalltosqlite3_step().Sodeephermeralizeeverythingon
**thestack.Notethatephemeraldataisneverstoredinmemory
**cellssowedonothavetoworryaboutthem.
*/
pFirstColumn=&pTos[0-pOp->p1];
for(pMem=p->aStack;pMem<pFirstColumn;pMem++){
Deephemeralize(pMem);
}
Invalidateallephemeralcursorrowcaches*/
p->cacheCtr=(p->cacheCtr+2)|1;
Makesuretheresultsofthecurrentroware\000terminated
**andhaveanassignedtype.Theresultsaredeephemeralizedas
**assideeffect.
for(;pMem<=pTos;pMem++){
sqlite3VdbeMemNulTerminate(pMem);
//设置结果集中的数据类型
storeTypeInfo(pMem,encoding);
}
Setupthestatementstructuresothatitwillpopthecurrent
**resultsfromthestackwhenthestatementreturns.
*/
p->resOnStack=1;栈上有结果
p->nCallback++;回调次数加1
出栈的数据个数,在下次执行VDBE时,会先进行出栈操作
p->popStack=pOp->p1;
程序计数器加1
p->pc=pc+设置vdbe的栈顶指针,此时,栈中保存有结果
p->pTos=pTos;
注意:这里不是break,而是return;向sqlite3_step()返回sqlITE_ROW.
**当用户程序重新调用sqlite3_step()时,重新执行VDBE.
returnsqlITE_ROW;
}
2、Rewind指令
移动当前游标到表或索引的第一条记录.
**如果表为空且p2>0,则跳到p2处;如果p2为0且表不空，则执行下一条指令.
caseOP_Rewind:{inti=pOp->p1;
Cursor*pC;
BtCursor*pCrsr;
intres;
assert(i>=0&&i<p->nCursor);
取得当前游标
pC=p->apCsr[i];
assert(pC!=0);
if((pCrsr=pC->pCursor)!=0){
调用B-tree模块,移动游标到第一条记录
rc=sqlite3BtreeFirst(pCrsr,&res);
pC->atFirst=res==0;
pC->deferredMoveto=0;
pC->cacheStatus=CACHE_STALE;
}else{
res=1;
}
pC->nullRow=res;
if(res&&pOp->p2>0){
pc=pOp->p2-1;
}
break;
}
3、Column指令
解析当前游标指定的记录的数据
**p1为当前游标索引号,p2为列号
caseOP_Column:{
u32payloadSize;Numberofbytesintherecordintp1=pOp->p1;P1valueoftheopcode列号
intp2=pOp->p2;columnnumbertoretrieveVDBE游标
Cursor*pC=0;TheVDBEcursorchar*zRec;Pointertocompleterecord-databtree游标
BtCursor*pCrsr;TheBTreecursor*/
u32*aType;aType[i]holdsthenumerictypeofthei-thcolumn*/
u32*aOffset;aOffset[i]isoffsettostartofdatafori-thcolumn列数
u32nField;numberoffieldsintherecordintlen;Thelengthoftheserializeddataforthecolumninti;Loopcounterchar*zData;Partoftherecordbeingdecoded*/
MemsMem;Forstoringtherecordbeingdecoded*/
sMem.flags=0;
assert(p1<p->nCursor);
栈顶指针上移
pTos++;
pTos->flags=MEM_Null;
ThisblocksetsthevariablepayloadSizetobethetotalnumberof
**bytesintherecord.
**
**zRecissettobethecompletetextoftherecordifitisavailable.
**Thecompleterecordtextisalwaysavailableforpseudo-tables
**Iftherecordisstoredinacursor,thecompleterecordtext
**mightbeavailableinthepC->aRowcache.Oritmightnotbe.
**Ifthedataisunavailable,zRecissettoNULL.
**
**Wealsocomputethenumberofcolumnsintherecord.Forcursors,
**thenumberofcolumnsisstoredintheCursor.nFieldelement.For
**recordsonthestack,thenextentrydownonthestackisaninteger
**whichisthenumberofrecords.
设置游标
pC=p->apCsr[p1];
assert(pC!=if(pC->pCursor!=TherecordisstoredinaB-Tree移到当前游标
rc=sqlite3VdbeCursorMoveto(pC);
if(rc)gotoabort_due_to_error;
zRec=0;
pCrsr=pC->pCursor;
if(pC->nullRow){
payloadSize=0;
}elseif(pC->cacheStatus==p->cacheCtr){
payloadSize=pC->payloadSize;
zRec=(char*)pC->aRow;
}if(pC->isIndex){
i64payloadSize64;
sqlite3BtreeKeySize(pCrsr,&payloadSize64);
payloadSize=payloadSize64;
}else{
解析数据,payloadSize保存cell的数据字节数
sqlite3BtreeDataSize(pCrsr,&payloadSize);
}
nField=pC->nField;
}if(pC->pseudoTable){
Therecordisthesoleentryofapseudo-table*/
payloadSize=pC->nData;
zRec=pC->pData;
pC->cacheStatus=CACHE_STALE;
assert(payloadSize==0||zRec!=0);
nField=pC->nField;
pCrsr=else{
zRec=0;
payloadSize=0;
pCrsr=0;
nField=0;
}
IfpayloadSizeis0,thenjustpushaNULLontothestack.if(payloadSize==0){
assert(pTos->flags==MEM_Null);
break;
}
assert(p2<nField);
Readandparsethetableheader.Storetheresultsoftheparse
**intotherecordheadercachefieldsofthecursor.
if(pC&&pC->cacheStatus==p->cacheCtr){
aType=pC->aType;
aOffset=pC->aOffset;
}else{
u8*zIdx;Indexintoheader*/
u8*zEndHdr;Pointertofirstbyteaftertheheader(指向header之后的第一个字节)*/
u32offset;OffsetintothedataintszHdrSz;Sizeoftheheadersizefieldatstartofrecordintavail;Numberofbytesofavailabledata*/
数据类型数组
aType=pC->aType;
if(aType==每个数据类型分配8字节---sizeof(aType)==4
pC->aType=aType=sqliteMallocRaw(2*nField*sizeof(aType));
}
gotono_mem;
}
每列数据的偏移
pC->aOffset=aOffset=&aType[nField];
pC->payloadSize=payloadSize;
pC->cacheStatus=p->cacheCtr;
Figureouthowmanybytesareintheheaderif(zRec){
zData=zRec;
}if(pC->isIndex){
zData=(char*)sqlite3BtreeKeyFetch(pCrsr,&avail);
}获取数据
zData=(char*)sqlite3BtreeDataFetch(pCrsr,&avail);
}
IfKeyFetch()/DataFetch()managedtogettheentirepayload,
**savethepayloadinthepC->aRowcache.Thatwillsaveusfrom
**havingtomakeadditionalcallstofetchthecontentportionof
**therecord.
if(avail>=payloadSize){
zRec=zData;
pC->aRow=(u8*)zData;
}else{
pC->aRow=0;
}
}
assert(zRec!=0||avail>=payloadSize||avail>=9);
获得headersize
szHdrSz=GetVarint((u8*)zData,offset);
TheKeyFetch()orDataFetch()abovearefastandwillgettheentire
**recordheaderinmostcases.Buttheywillfailtogetthecomplete
**recordheaderiftherecordheaderdoesnotfitonasinglepage
**intheB-Tree.Whenthathappens,usesqlite3VdbeMemFromBtree()to
**acquirethecompleteheadertext.
if(!zRec&&avail<offset){
rc=sqlite3VdbeMemFromBtree(pCrsr,0,offset,pC->isIndex,&sMem);
if(rc!=sqlITE_OK){
gotoop_column_out;
}
zData=sMem.z;
}
一个记录的例子:
**08|08|04001301|63617401
**08:nSize,payload总的大小——后面8个字节
**08:关键字大小,对于整型则为关键字本身
**04:headersize，包括本身共4个字节——04001301
**00:第一列的数据类型——空类型
**13:第二列的数据类型——字符串,长为(19-13)/2=3——“cat”
**01:第三列的数据类型——整型，占一个字节——1
**对于这里的zData保存的数据为:0400130163617401
header之后的数据,对于上例为:63617401
zEndHdr=(u8*)&zData[offset];
header数据的索引号,对于上例为:001301
zIdx=(u8*)&zData[szHdrSz];
ScantheheaderanduseittofillintheaType[]andaOffset[]
**arrays.aType[i]willcontainthetypeintegerforthei-th
**columnandaOffset[i]willcontaintheoffsetfromthebeginning
**oftherecordtothestartofthedataforthei-thcolumn
扫描header，然后设置aType[]和aOffset[]数组;aType[i]为第i列的数据类型,
**aOffset[i]为第i列数据相对于记录的开始的偏移.
for(i=0;i<nField;i++){
if(zIdx<zEndHdr){
计算每一列数据的偏移
aOffset[i]=offset;
计算每一列的数据类型
zIdx+=GetVarint(zIdx,aType[i]);
offset指向下一列
offset+=sqlite3VdbeSerialTypeLen(aType[i]);
}IfiislessthatnField,thentherearelessfieldsinthis
**recordthanSetNumColumnsindicatedtherearecolumnsinthe
**table.Settheoffsetforanyextracolumnsnotpresentin
**therecordto0.ThistellscodebelowtopushaNULLontothe
**stackinsteadofdeserializingavaluefromtherecord.
*/
aOffset[i]=0;
}
}
Release(&sMem);
sMem.flags=MEM_Null;
Ifwehavereadmoreheaderdatathanwascontainedintheheader,
**oriftheendofthelastfieldappearstobepasttheendofthe
**record,thenwemustbedealingwithacorruptdatabase.
if(zIdx>zEndHdr||offset>payloadSize){
rc=sqlITE_CORRUPT_BKPT;
gotoop_column_out;
}
}
Getthecolumninformation.IfaOffset[p2]isnon-zero,then
**deserializethevaluefromtherecord.IfaOffset[p2]iszero,
**thentherearenotenoughfieldsintherecordtosatisfythe
**request.Inthiscase,setthevalueNULLortoP3ifP3is
**apointertoaMemobject.
获取P2指定的列的数据if(aOffset[p2]){
assert(rc==sqlITE_OK);
if(zRec){
取得该列的数据
zData=&zRec[aOffset[p2]];
}else{
len=sqlite3VdbeSerialTypeLen(aType[p2]);
rc=sqlite3VdbeMemFromBtree(pCrsr,aOffset[p2],len,0)">解析zData，并将结果保存在pTos中
sqlite3VdbeSerialGet((u8*)zData,aType[p2],pTos);
pTos->enc=encoding;
}if(pOp->p3type==P3_MEM){
sqlite3VdbeMemShallowCopy(pTos,(Mem*)(pOp->p3),MEM_Static);
}else{
pTos->flags=MEM_Null;
}
}
Ifwedynamicallyallocatedspacetoholdthedata(inthe
**sqlite3VdbeMemFromBtree()callabove)thentransfercontrolofthat
**dynamicallyallocatedspaceovertothepTosstructure.
**Thispreventsamemorycopy.
if((sMem.flags&MEM_Dyn)!=0){
assert(pTos->flags&MEM_Ephem);
assert(pTos->flags&(MEM_Str|MEM_Blob));
assert(pTos->z==sMem.z);
assert(sMem.flags&MEM_Term);
pTos->flags&=~MEM_Ephem;
pTos->flags|=MEM_Dyn|MEM_Term;
}
pTos->zmightbepointingtosMem.zShort[].Fixthatsothatwe
**canabandonsMem*/
rc=sqlite3VdbeMemMakeWriteable(pTos);
op_column_out:
4、Next指令
移动游标，使其指向表的下一个记录
caseOP_Prev:caseOP_Next:{*/
Cursor*pC;
BtCursor*pCrsr;
CHECK_FOR_INTERRUPT;
assert(pOp->p1>=0&&pOp->p1<p->nCursor);
pC=p->apCsr[pOp->p1];
assert(pC!=intres;
if(pC->nullRow){
res=1;
}else{
assert(pC->deferredMoveto==
rc=pOp->opcode==OP_Next?sqlite3BtreeNext(pCrsr,&res):
sqlite3BtreePrevIoUs(pCrsr,&res);
pC->nullRow=res;
pC->cacheStatus=CACHE_STALE;
}
if(res==1;
sqlite3_search_count++;
}
}else{
pC->nullRow=1;
}
pC->rowidIsValid=0;
break; }
