用C语言自己动手造个数据库，存数据其实没那么难，轻松搞定大批量信息管理

（引用来源：CSDN博客文章《手写数据库：从零开始实现一个简单的数据库》）

用C语言自己动手造个数据库,听起来是不是特别厉害，感觉是那些顶级程序员才能干的事情？其实不然，只要你掌握了C语言的基础，比如指针、结构体、文件操作，再有一点耐心，完全可以尝试造一个属于自己的、功能简单的数据库，这不仅能让你对数据库底层原理有深刻的理解，还能带来巨大的成就感，我们就来聊聊怎么用C语言一步步实现一个最核心的“键值对”存储数据库。

我们要明确目标,我们不打算做一个像MySQL那样功能齐全的庞然大物，那太复杂了，我们的目标是：一个可以通过键（Key）来存储和读取值（Value）的简单数据库，你可以把它想象成一个可以持久化保存的、超级大的字典（或者叫Map），我把我的名字“小明”这个键存进去，对应的值是我的年龄“18”，下次我输入键“小明”，数据库就能把“18”返回给我，数据要能保存在硬盘上，即使程序关闭再打开，数据也不会丢失。

（引用来源：GitHub项目“simple-db”的README说明）

第一步,设计数据如何存储，既然数据要存到硬盘，最直接的办法就是用C语言的文件操作函数，比如fopen, fwrite, fread，我们可以把一个文件当成我们数据库的“地盘”，不能简单地把数据胡乱往里写，不然找起来就麻烦了，我们需要一个结构。

一个常见的简单设计是,把文件分成固定大小的“页”，我们规定一页是4096字节（这通常是操作系统内存页的大小，操作起来效率高），整个数据库文件就是由一页一页组成的，这样，我们管理硬盘空间就可以按页来分配，就像管理一本书，我们按页来翻看和书写。

（引用来源：经典教材《数据库系统概念》中关于存储结构的描述）

第二步,设计数据在页里面的存放格式，一页这么大，不能只存一条数据，我们需要在里面划出小格子来存我们的键值对，这里，C语言的结构体（struct）就派上大用场了，我们可以定义一个结构体来表示一条记录（Row）。

typedef struct { uint32_t id; // 键，用一个整数表示，占4字节 char username[32]; // 值的一部分，用户名，占32字节 char email[255]; // 值的另一部分，邮箱，占255字节 } Row;

你看,这样一条记录的大小就是 4 + 32 + 255 = 291字节，那么一页4096字节，大概能放14条这样的记录（4096 / 291 ≈ 14），我们需要在每一页的开头做一个“目录”或者“槽位图”，用来记录这一页里，哪个位置是空的，哪个位置已经存了数据，当我们要插入新数据时，就先检查这个槽位图，找到一个空位，然后把结构体数据写进去。

（引用来源：知乎专栏《如何从零开始写一个数据库》中对B树应用的讨论）

第三步,也是最关键的一步：如何快速找到数据？如果我们的数据库里有一百万条数据，我让你找id=500000的那条，你总不能从第一页第一条开始，一页一页、一条一条地扫描吧？那速度就太慢了，这就需要一个“索引”机制。

对于这种按主键（比如id）查找的需求，一个非常高效的数据结构是B树（或它的变种B+树），B树的好处是，它能让查找、插入、删除的时间复杂度都保持在O(log n)，非常快，并且它天然适合存储在硬盘这种按块（页）读取的设备上，实现一个B树是这个小项目里最有挑战性的部分，但核心思想是“分层”。

想象一下一本书的目录,你不会直接翻到第250页，而是先看大章节，再看小章节，最后定位到页码，B树也是类似的，它有一个根节点（像书的目录），根节点下面有子节点（像书的章节），数据最终存储在叶子节点（像书的每一页），通过这种多级结构，我们只需要很少的磁盘读取次数（比如读取3-4个节点）就能在上百万条数据中找到目标。

（引用来源：个人博客“Bean的反抗”中关于数据库序列化的讲解）

第四步,实现命令解析和客户端，我们的数据库核心引擎做好了，但还需要一个方式跟它交互，我们可以做一个简单的命令行界面，程序启动后，显示一个提示符，“db >”，然后我们可以输入命令：

• insert 1 john john@example.com -> 向数据库插入一条id为1，用户名为john，邮箱为john@example.com的记录。
• select -> 打印出所有记录。
• select 1 -> 打印出id为1的记录。
• .exit -> 退出程序。

在主函数里,我们会用一个循环来不断接收用户输入，然后解析这些命令字符串，调用相应的插入函数或查询函数。

别忘了持久化,当我们执行插入操作时，并不是直接写到硬盘文件就完事了，为了效率，我们通常会先在内存中操作（比如修改B树的节点），然后在合适的时机（比如积累了一定量的操作，或者程序正常退出时）再将脏页写回硬盘，这涉及到事务和恢复的雏形，但一开始我们可以做得简单点，每次插入都确保写回硬盘，虽然慢，但保证数据不会丢。

用C语言造数据库的过程就像搭积木：先用文件操作打好地基（持久化存储）；然后用结构体和内存管理造出砖块（数据记录）；接着用B树这个强大的框架把砖块有组织地垒起来（索引与快速查找）；最后装上命令解析这个门窗（用户接口），每一步拆开看，用的都是C语言的基础知识，当你把这些部分组合在一起，一个虽然简单但五脏俱全的数据库就诞生了，这个过程会让你真正明白，那些看似神秘的黑科技，背后都是由一个个扎实的基础概念构建而成的。