查询#

Cozo 数据库的查询语言名为 CozoScript，是 Datalog 的一种方言。

CozoScript 中，查询由一个或多个规则组成。每个规则都有名字，代表一个 关系表 （以下简称表），即行列数据的集合。名称为 ? 的规则是查询的入口，而它所代表的表是查询的结果。每个规则都由头部与正文组成。头部的绑定对应于表中的列，而正文则声明应该如何计算表的内容。

Cozo 中的表（不管是不是存储表）都遵守 集合语义 ：即使一个规则多次产生同一行数据，同样的数据最终的结果只包含一次。

CozoScript 中有两种规则：

内联规则 ，使用 := 来连接头部和正文。正文中通过原子的组合来声明结果的计算方法。
固定规则 ，使用 <~ 来连接头部和正文。固定规则中计算结果的算法是提前预设的，正文中只需要给出参数和选项。

使用 <- 来连接头部和正文的 常量规则 其实是语法糖。比如：

const_rule[a, b, c] <- [[1, 2, 3], [4, 5, 6]]

与下面查询意思一致：

const_rule[a, b, c] <~ Constant(data: [[1, 2, 3], [4, 5, 6]])

内联规则#

一个内联规则的例子：

hc_rule[a, e] := rule_a['constant_string', b], rule_b[b, d, a, e]

内联规则的正文由多个原子组成，原子间以逗号连接，其意义为这些原子的合取。

原子#

原子分为多种。上例中：

rule_a['constant_string', b]

是一个 规则应用 原子：名为 rule_a 的规则必须定义在同一个查询中，且其必须接受对应数量的绑定（这里是 2）。这个规则所代表的表中的每行数据都会与方括号中给出的绑定进行归一：这里每行的第一列都与给出的常量字符串归一，如果这行所包含的第一列不等于这个字符串，则个归一会失败，而这行则被舍弃而不出现在结果中；而第二列则与一个变量 a 归一。由于这个变量在这里是新的（第一次出现），这个归一永远不会失败，且在接下来的语句中这行里这列的值就成为了这个变量的值，这个变量也就成了 已绑定 的变量。当已绑定的变量再次被归一时，只有当其当前值与新的归一值相等时，归一才会成功。因此，对多个规则应用使用同样的变量进行归一，就相当于关系代数中对表的内联操作。

对于 存储表 的规则应用，语法如下：

*stored_relation[bind1, bind2]

这里星号表明这是一个存储表。当使用方括号时，我们必须给出与这个表所含列同样多的绑定。如果有些列不需要被绑定，可以使用特殊的变量 _ ：这个变量不参与任何归一。

存储表的列都有其名字，所以归一时可以通过名字来指定列：

*stored_relation{col1: bind1, col2: bind2}

如果使用此形式的归一，不需要的列可以不出现，顺序也不重要。如果需要绑定的列与变量名相同，可以简便地写做： *stored_relation{col1} ，意思与 *stored_relation{col1: col1} 一样。

另一种原子是 表达式，例如：

a > b + 1

这里 a 和 b 不能是新的，必须在同一规则内其他地方被绑定（但绑定的地方不一定需要在这个表达式之前）。作为原子的表达式的结果必须是一个布尔值，当值为真的时候当前行被保留，为假的时候舍弃。因此原子表达式是用来过滤行的。

原子也可以是 显性归一 的表达式：

a = b + c + d

等号左侧必须是一个变量，该变量与右侧的表达式归一。

备注

显性归一与等于算符 == 不同：等于算符的左侧可以是任何表达式。当然，当显性归一的左侧变量已被绑定时，这两种写法语义上是等价的。

显性归一也可以将变量与一个数组中的元素依次归一：

a in [x, y, z]

如果 in 右侧的表达式的结果不是一个数组，查询会报错。

头部#

如上所述，原子对应于关系代数中的表、表的投影或过滤，而逗号连接起来的原子则表示关系表的内联，其中表的列可以绑定为常量，也可以绑定为变量。最简单的规则头部就是一个变量列表，这个列表声明了正文中出现的所有变量中哪些需要被输出为结果，以及它们作为输出列的顺序。

头部变量列表中的所有变量都必须在正文中被绑定（安全规则）。不需要的变量可以不出现在头部列表中。

多重正文和原子的析取#

一个内联规则（仅内联规则）可以有多条不同的正文，但这些正文所对应的头部的变量数目必须相同。当有多条正文时，这个规则的结果集合为每条正文所计算的集合的析取（即多个集合中行的的“或”操作）。

有时候使用 or 算符来表达析取可以使查询更加简洁：

rule1[a, b] := rule2[a] or rule3[a], rule4[a, b]

另外，算符 and 也可以用来表达合取，与逗号一样。但是算符 and 的算符优先级比 or 高， or 又比逗号高。

否定#

在一个原子前使用 not 算符来表示对其的否定：

not rule1[a, b]

当否定规则或存储表的应用时，至少有一个绑定变量必须是在正文中未绑定的部位被绑定过的（这也是一条 安全规则）。如果否定应用中的其它变量没有出现在未绑定的部位，那这些变量也不会成为绑定的，也就是说他们不能出现在头部中：否定的原子不会产生新的绑定。

使用 not 对表达式进行的否定，其语义与使用 ! 对这个表达式进行的否定相同，其结果是一个新的表达式，作为过滤器使用。

对显性归一的否定只有在其左边变量已经被绑定时才被允许。在这种情况下，整个归一被转换成等价的布尔表达式，然后对这个表达式求非。

递归#

内联规则中可以出现对其它规则的应用，包括对自己的应用，且多个内联规则间可以相互应用：这就是递归。这里有一个例外：名为 ? 的规则不能被应用，自我应用也不行。

递归应用不可以被否定（ 安全规则 ）： r[a] := not r[a] 是非法的。

警告

CozoScript 允许显性归一，而显性归一可以生成无穷大的表。一个简单的例子是：

r[a] := a = 0
r[a] := r[b], a = b + 1
?[a] := r[a]

编译器从原理上无法检测一个查询是否一定会生成无穷表，而禁止这种可能性则会同时禁止很多其实结果有限的查询。因此用户有责任保证返回表都是有限的。如果你不小心进行了一个无穷大的查询，你可以杀掉其进程：具体方法见系统操作章节。或者你可以在提交查询时就给一个时间限制。

聚合#

在 CozoScript 中，聚合表示为在内联规则的头部对变量应用 聚合算符：

?[department, count(employee)] := *personnel{department, employee}

这里我们应用了常见的计数 count 算符。头部中没有聚合算符的变量都被视为 分组变量 ，以它们作为键进行聚合。如果你没有指定任何分组变量，那么产生的表仅会包含一行。

在应用聚合算符时，使用的是词袋语义而非集合语义，原因是如果不这样，那下面的查询：

?[count(employee)] := *personnel{employee}

当存储表中有数据时会返回 1，没有时会返回 0。这与一般人理解的“计数”算符不一样。而在此处使用词袋语义则没有这个问题。

如果一个内联规则有多条正文，那每条正文所对应的头部都必须在相同的位置应用了相同的聚合算符。

Cozo 允许同时应用聚合算符与自递归，前提是聚合算符必须是 半晶格算符 （详见此章）：

shortest_distance[destination, min(distance)] :=
    route{source: 'A', destination, distance}

shortest_distance[destination, min(distance)] :=
    shortest_distance[existing_node, prev_distance], # recursion
    route{source: existing_node, distance: route_distance},
    distance = prev_distance + route_distance

?[destination, min_distance] :=
    shortest_distance[destination, min_distance]

这里 shortest_distance 的自递归含有半晶格算符 min。

这种半晶格算符与自递归的组合同时要求所有的聚合算符都出现在头部列表的末尾部分。在上例中，如果将头部写为 shortest_distance[min(distance), destination]，则编译器会报错，因为这时编译器不会讲 min 作为半晶格算符来考虑，因而会禁止其在递归中的应用。

固定规则#

固定规则的正文由规则名称及参数和选项的列表组成，比如：

?[] <~ PageRank(*route[], theta: 0.5)

上例中，存储表 *route 是唯一的参数。只有存储表与规则所代表的表才能作为参数。

不同的固定规则对参数有不同的要求，具体而言必须查阅相应的文档才能了解如何使用。

在固定规则中，参数的绑定通常被省略。如果提供绑定，则这些绑定的意义也是根据不同的规则而不懂的。例如在 DFS 算法中，绑定就有其特殊的作用。

在上例中， theta 是算法的一个选项，而这个算法的API要求其为值是常数的表达式。不同的算法要求不同的选项，而有些选项有默认值，可以省略。

每个固定规则都会输出固定数量的列。因此，固定规则头部的绑定可以省略。但如果不省略，那数量就必须对得上。

查询选项#

每个查询都可以有其 查询选项：

?[name] := *personnel{name}

:limit 10
:offset 20

上例中， :limit 与 :offset 是查询选项，对于使用过 SQL 的人来说意思很明显。所有的查询选项都以单个冒号 : 开头。查询选项可以放在规则前，也可以放在后面，甚至夹在中间。

有一些查询选项的作用是对数据库进行读写，这部分的选项将在另一章节中详述。接下来我们介绍与读写无关的选项。

:limit <N>: 限制最大返回行数为 <N> 。可能的话，在查询生成了足够数量的返回行数后执行便会停止（早停法）。

:offset <N>: 在返回时跳过前 <N> 行。

:timeout <N>: 如果查询不在 <N> 秒内完成，则强行终止。秒数可以是一个表达式，因此可以指定随机的秒数。

:sleep <N>: 查询完成后等待 <N> 秒再提交事务并返回。秒数可以是一个表达式，因此可以指定随机的秒数。用处是用来进行复杂逻辑中穿插事务的测试。

:sort <SORT_ARG> (, <SORT_ARG>)*: 对结果进行排序。如果 :limit 或 :offset 选项存在，则 :sort 执行后它们才会被执行。 <SORT_ARG> 用来指定排序的列，列名与 ? 规则头部中的绑定相同，如需要多个以逗号隔开。可以在列名前添加 + 用来表示升序排列（和不加效果一样），添加 - 用来表示降序排列，例如 :sort -count(employee), dept_name 先以计数进行降序排列，当计数相同时按照名字顺序升序排列。

警告

只有在内联规则中才能应用聚合算符。因此在上例中， ? 规则的头部必须包含聚合 count(employee) ，单有 employee 是不行的。

:order <SORT_ARG> (, <SORT_ARG>)*: :sort 的别名。

:assert none: 如果查询返回结果非空，则报错。主要在事务与触发器中使用。

:assert some: 如果查询结果为空，则报错。主要在事务与触发器中使用。如果不需要返回所有行，你可以同时加上 :limit 1 选项，这也可能会触发早停法使查询变得更快。