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学习实践：使用模式，原则实现一个C++数据库访问类

2024-07-18 21:37:56   222人阅读

一、概述
在我参与的多个项目中，大家使用libMySQL操作MySQL数据库，而且是源码即复用，在多个项目中有多套相同或相似的源码，这样的复用方式给开发带来了不变，而且libMySQL的使用比较麻烦，要应对很多的细节，很容易出错。
我要写一个动态链接库，将对libMySQL的操作封装起来，以二进制复用代替源码级复用；要提供线程安全的接口，用户无需关系是否加锁这样细节性的问题，减少出错及死锁的机会，当然也要允许用户自己选择是否线程安全的访问数据库；要简化访问数据库的流程，接口越简单越好。
 
我从2011年开始写这个库，我给它起名字叫HiDB。HiDB从2011年到现在，经历了一个由简到繁又有繁到简的过程，中间也包含了自己对程序理解的变化。
很多的考虑看起来很细碎，例如代码的注释风格（选择我们一贯的注释风格还是doxygen的注释风格，代码大全中也讲到了注释风格。是否需要借鉴）；代码的命名规范（匈牙利命名法还是Java，C#的命名法，还有很多开源项目的命名规范）；C++设计新思维中讲到Policy classes，是否可以应用到这个库中；Effective C++中讲的接口与实现分离。
这些年自己考虑过的一些东西包括注释风格的选择（我们一贯的注释，doxygen的注释风格，代码大全中也讲到了注释风格），出错时是使用错误码报出错误还是使用异常报出错误？C++设计新思维中讲的Policy classes，Effective C++中讲的接口与实现分析（Impl）
二、接口
（一）接口概述
首先确定一下HiDB的接口。该库对外显示为一个HiDB类，该类应该包含的接口包括：
1： 用户选择线程安全还是非线程安全
2： 打开数据库连接
3： 关闭数据库连接
4： 执行insert，update等非查询操作的接口（ExecuteNoQuery）
5： 获得查询结果第一行第一列的接口（ExecuteScaler）
6： 获得一次查询的所有记录（多行多列）的接口（ExecuteQuery）
7： 执行事务的接口（OnTransaction）
 
所有的接口都在产生异常时抛出，需要对异常做一个封装，这个异常中最好能标识出异常产生的位置，异常的编号，异常的描述，引起异常的SQL语句。我设计的异常如下：
 
/** @brief 数据库操作异常 */class HI_DB_EXPORT HiDBException{public:HiDBException();public:std::string ToSrting();public:std::string m_sql; /**< 本次操作的SQL语句 */std::string m_descript; /**< 异常描述 */std::string m_position; /**< 异常位置 */long m_errorId; /**< 异常编号 */HiDBType m_dbTyp; /**< 数据库类型 */};

 

 
 
为了方便的抛出异常，我提供了一个宏（这个宏只有HiDB库使用）
/** @brief 异常语句宏 */#define HiDBHelperOnError(ps, script,sql, id) HiDBException exception;exception.m_position = ps;exception.m_descript = script;exception.m_sql = sql;exception.m_errorId = id;throw exception;//return false;

 

 
 
提供该宏，除了简化用户输入外，还有一个想法就是如果用户不想使用异常，可以修改该宏，例如返回false。
 
熟悉ADO.NET的朋友应该可以看出这些接口是借鉴了ADO.NET的。
（二）具体接口
<1> 构造函数
本来在《C++设计新思维》中，有个Policy classes，适合这种根据用户需要提供安全或非安全接口的需求，但是Policy classes适合模板，不适合非模板，所以在这儿就没有使用，只是在构造函数中添加了一个布尔参数isUsingLock，如果为true则提供线程安全接口，否则接口是非线程安全的。
HiDB打算在将来除支持MySQL外，还支持其他数据库，所以在构造函数中，除isUsingLock外，还有一个选择数据库类型的接口。
将数据库类型写成枚举，则枚举为：
 
/** @brief 数据库类型 */enum HiDBType{HiDBType_Invail, /**< 无效类型 */HiDBType_MySQL, /**< MySQL */};  构造函数的声明就明确下来了： /*** @brief 构造函数* @param[in] type 数据库类型* @param[in] isUsingLock 是否需要使用互斥锁*/HiDB(HiDBType type = HiDBType_MySQL, bool isUsingLock = false); <2>打开数据库连接打开数据库连接比较简单： /*** @brief 打开数据库连接* @param[in] conn 数据库连接字符串* @retval true：成功，false；失败* @par 实例：* @code* HiDB db;* if (db.Open("host=127.0.0.1;port=3306;dbname=test;user=root;pwd=root;charset=gbk;"))* {* // 打开成功* }* else* {* // 打开失败* }* @endcode*/bool Open(const char* conn) throw (HiDBException);

 

 
 
该接口的conn参数是一个字符串，这样字符串就具有扩展性，可以针对不同的数据库，进行不同的处理（这一点感觉不是很好，但是能提供接口的稳定性）。不同数据库，需要满足特定的格式，在MySQL中，要使用类似于“host=127.0.0.1;port=3306;dbname=test;user=root;pwd=root;charset=gbk;”的格式。
<3> 关闭数据库连接
 
/*** @brief 关闭据库连接*/void Close(void);

 

 
<4> IsOpen接口
这个接口是延伸出来的，既然有open，close，提供一个IsOpen好像也是应该的，让用户了解当前的打开状态。
 
/*** @brief 数据库连接是否打开*/bool IsOpen();

 

 
 
<5> 执行非查询语句接口
执行SQL语句的接口，应该可以接收可变参数，除可变参数外，还应该有一个包含sql语句的字符串参数，所以接口定义如下：
 
/*** @brief 执行SQL语句，并不返回结果* @param[in] conn SQL语句* @retval true：成功，false；失败* @par 实例：* @code* HiDB db;* if (db.ExecuteNoQuery("UPDATE table SET Paramer1=‘%s‘* and Paramer2=‘%s‘ OR Paramer3=%d", "test1", "test2", 3))* {* // 执行成功* }* else* {* // 执行失败* }* @endcode*/bool ExecuteNoQuery(const char* sql, ...) throw (HiDBException);

 

 
<6> 获得查询结果第一行第一列的接口
该接口的参数与执行非查询语句的接口一致，但是返回值应该为字符串，如果执行失败，则应该返回空字符串。触发异常时，抛出HiDBException异常。
 
 
/*** @brief 执行SQL语句，返回一个结果* @param[in] sql SQL语句* @retval 获得的数据，如果为空，则失败*/std::string ExecuteScalar(const char* sql, ...) throw (HiDBException);

 

 
<7> 获得一次查询的所有记录（多行多列）的接口
该接口的参数与执行非查询语句的接口一致。
返回结果应该是包含多行多列的一个数据集，在ADO.NET中有DataTable，在这儿，我们可以用stl中的vector存储多行，map存储每行数据的多列。
多以需要定义一个数据集：
#ifndef HiDBTable typedef std::map<std::string, std::string> HiDBMap; /** @brief 查询结果 */typedef std::vector<HiDBMap> HiDBTable; /**< 查询结果 */#endif

 

 
 
因为HiDBTable中包含多个map，所以最好避免拷贝，使用stl的shared_ptr来避免多次拷贝：
 
/*** @brief 执行SQL语句，返回一个结果集合* @param[in] sql SQL语句* @retval 存储查询记录的智能指针*/std::shared_ptr<HiDBTable> ExecuteQuery(const char* sql, ...) throw (HiDBException);

 

 
 
<8> 执行事务的接口
执行事务接口是一个Command模式的接口，参数应该是一个函数对象。该对象为无参无返回值的函数对象即可。stl中提供了function对象。（在最初的版本中是自己实现函数对象的）
 
 
/*** @brief 在事务中执行处理* @param[in] fun 处理函数*/void OnTransaction(const std::function<void()>& fun) throw (HiDBException);

 

 
（三） 接口的使用案例
HiDB m_DB = new HiDB(HiDBType_MySQL, true);try{bool ret = m_DB->Open("host=127.0.0.1;port=3306;dbname=test;user=root;pwd=root;charset=gbk;");m_DB->ExecuteNoQuery("drop table if exists table1;");string val = m_DB->ExecuteScalar("SELECT column4 FROM table1 WHERE column1=‘%s‘ AND column3=%d",&val, "hitest", 59);shared_ptr<HiDBTable> table = this->m_DB->ExecuteQuery("SELECT * FROM table1 WHERE column1=‘%s‘ OR column1=‘%s‘","hitest", "mytest");}catch(HiDBException& e){// ...}

 

 
（四） 其他
其实，我以前提供的接口比现在要复杂很多，首先我模仿ADO.NET，对SQL参数进行了封装，封装了SQL参数的名称，类型，是否为空，值等信息，对获得的数据也进行了类似的封装。 ，还针对SQL参数提供了Create和Delete函数。
有一个同时看了我的接口后说，我的接口太复杂了，分层不是明确。我接受了他的建议，就将接口修改为现在的接口了。
另外，执行事务接口，最开始我是自己创建函数对象的，这也增加了复杂度，后来使用了stl的function对象，辅以lambda表达式，则使用起来简单多了。
(五) 完整的接口：
<1>HiDBCommon.h 提供接口应用到的相关枚举和结构体
#pragma once /*** @defgroup 数据库模块* @{*/#include "HiDBExport.h" #include <string>#include <vector>#include <map>#include <sstream> /** @brief 数据库类型 */enum HiDBType{HiDBType_Invail, /**< 无效类型 */HiDBType_MySQL, /**< MySQL */}; #ifndef HiDBTable typedef std::map<std::string, std::string> HiDBMap; /** @brief 查询结果 */typedef std::vector<HiDBMap> HiDBTable; /**< 查询结果 */#endif /** @brief 数据库操作异常 */class HI_DB_EXPORT HiDBException{public:HiDBException();public:std::string ToSrting();public:std::string m_sql; /**< 本次操作的SQL语句 */std::string m_descript; /**< 异常描述 */std::string m_position; /**< 异常位置 */long m_errorId; /**< 异常编号 */HiDBType m_dbTyp; /**< 数据库类型 */}; /** @brief 异常语句宏 */#define HiDBHelperOnError(ps, script,sql, id) HiDBException exception;exception.m_position = ps;exception.m_descript = script;exception.m_sql = sql;exception.m_errorId = id;throw exception;//return false; /**//** @}*/ // 数据库模块

 

 
<2> HiDB.h 主要的接口：
#pragma once /*** @defgroup 数据库模块* @{*/ #include <memory>#include <functional> #include "HiDBCommon.h" class HiDBImpl; #pragma warning (disable: 4290) /*** @brief 数据库操作类，封装数据库的通用操作，本类使用策略模式实现* @author 徐敏荣* @date 2012-06-14** @par 修订历史* @version v0.5 \n* @author 徐敏荣* @date 2012-06-14* @li 初始版本* @version v0.6 \n* @author 徐敏荣* @date 2014-08-04* @li 简化程序**/class HI_DB_EXPORT HiDB{public: /*** @brief 构造函数* @param[in] type 数据库类型* @param[in] isUsingLock 是否需要使用互斥锁*/HiDB(HiDBType type = HiDBType_MySQL, bool isUsingLock = false); /*** @brief 析构函数*/~HiDB(); public: /*** @brief 打开数据库连接* @param[in] conn 数据库连接字符串* @retval true：成功，false；失败* @par 实例：* @code* HiDB db;* if (db.Open("host=127.0.0.1;port=3306;dbname=test;user=root;pwd=root;charset=gbk;"))* {* // 打开成功* }* else* {* // 打开失败* }* @endcode*/bool Open(const char* conn) throw (HiDBException); /*** @brief 关闭据库连接*/void Close(void); /*** @brief 数据库连接是否打开*/bool IsOpen(); public: /*** @brief 执行SQL语句，并不返回结果* @param[in] conn SQL语句* @retval true：成功，false；失败* @par 实例：* @code* HiDB db;* if (db.ExecuteNoQuery("UPDATE table SET Paramer1=‘%s‘* and Paramer2=‘%s‘ OR Paramer3=%d", "test1", "test2", 3))* {* // 执行成功* }* else* {* // 执行失败* }* @endcode*/bool ExecuteNoQuery(const char* sql, ...) throw (HiDBException); public: /*** @brief 执行SQL语句，返回一个结果* @param[in] sql SQL语句* @retval 获得的数据，如果为空，则失败*/std::string ExecuteScalar(const char* sql, ...) throw (HiDBException); public: /*** @brief 执行SQL语句，返回一个结果集合* @param[in] sql SQL语句* @retval 存储查询记录的智能指针*/std::shared_ptr<HiDBTable> ExecuteQuery(const char* sql, ...) throw (HiDBException); public: /*** @brief 在事务中执行处理* @param[in] fun 处理函数*/void OnTransaction(const std::function<void()>& fun) throw (HiDBException); private:/*** @brief 数据库操作实现指针*/HiDBImpl* m_Impl; /**< 数据库操作实现指针 */}; /**//** @}*/ // 数据库模块

 

 
三 实现
实现采用了从《Effective C++》中学习到的实现与接口相分析的原则，在HiDB中使用HiDBImpl实现访问数据库的逻辑。
(一） 可变参数的处理
当然，在HiDB中是需要解决根据sql参数和可变参数拼装成一个完整SQL语句的问题。
该问题使用一个宏来实现：
#if !defined(HISDB_ON_VARLIST)#define HISDB_ON_VARLIST(x, y) char chArr[2048] = {0};char* pchar = &chArr[0];va_list pArgList;va_start(pArgList, y);::_vsnprintf(chArr, 2047, x, pArgList); va_end(pArgList) ;#endif

 

 
（二） 互斥锁的实现
自己根据临界区，实现了一个互斥锁，互斥锁接口如下：
1： 构造函数： 实现临界区的初始化
2： 析构函数： 实现临界区的删除
3： 进入临界区
4： 离开临界区
实现函数如下：
 
/*** @brief 临界区访问类，主要封装windows临界区的访问，该类主要在栈中使用，利用局部变量的构造和析构函数出入临界区* @author 徐敏荣* @date 2012-06-14** @par 修订历史* @version v0.5 \n* @author 徐敏荣* @date 2012-06-14* @li 初始版本**/class HiCritical{public: /*** @brief 构造函数*/HiCritical(){::InitializeCriticalSection(&cs);} /*** @brief 析构函数*/~HiCritical(){::DeleteCriticalSection(&cs);} /*** @brief 进入临界区*/void Enter(){::EnterCriticalSection(&cs);} /*** @brief 离开临界区*/void Leave(){::LeaveCriticalSection(&cs);} CRITICAL_SECTION* GetSection(){return &cs;}private: /*** @brief 临界区对象*/CRITICAL_SECTION cs; /**< 临界区对象 */};

 

 
 
另外还提供一个临界区管理类（HiCriticalMng），在构造该类时，进入临界区，析构该类时离开临界区。如果构造函数中传入的是NULL，则不进行任何互斥处理。
 
/*** @brief 临界区访问管理类，利用构造函数进入临界区，利用西沟函数离开临界区* 如果向构造函数提供NULL参数，则不使用临界区。**/class HiCriticalMng{public:HiCriticalMng(HiCritical& crl): cl(&crl){cl->Enter();} HiCriticalMng(HiCritical* crl): cl(crl){if (cl){cl->Enter();}} ~HiCriticalMng(){if (cl){cl->Leave();}} private:HiCritical* cl;};

 

 
（三） HiDBImpl的接口
作为数据库访问类，HiDBImpl实现HiDB需要的所有接口，所以HiDBImpl与HiDB接口类似，但是HiDBImpl接口接收的参数为完整的SQL语句（因为带可变参数的SQL语句已经被HiDB处理了）。
HiDBImpl不但要支持MySQL，以后还要支持其他数据库，所以不能有LibMySQL相关的东西，HiDBImpl应该是一个基类，可以被派生，例如派生出支持LibMySQL的子类。
HiDBImpl要线程安全的，所以要包含互斥锁HiCritical，又要可以非线程安全（HiCriticalMng支持NULL参数），所以HiCritical需要时这指针，这样，HiDBImpl的接口就出来了。
HiDBImpl接口如下：
 
#pragma once/*** @defgroup 数据库操作实现类接口类* @brief 数据库操作实现类接口类，声明数据库操作实现类的接口。* @author 徐敏荣* @date 2012-06-14** @par 修订历史* @version v0.5 \n* @author 徐敏荣* @date 2012-06-14* @li 初始版本* @{*/ #include "DB/HiDB.h"class HiCritical;/*** @brief 数据库操作实现类接口类，声明数据库操作实现类的接口**/class HiDBImpl{public: /*** @brief 构造函数* @param[in] isUsingLock 是否需要使用互斥锁*/HiDBImpl(bool isUsingLock); /*** @brief 析构函数*/virtual ~HiDBImpl(); public: /*** @brief 打开数据库连接* @param[in] conn 数据库连接字符串* @retval true：成功，false；失败*/virtual bool Open(const char* conn) = 0; /*** @brief 关闭据库连接*/virtual void Close(void) = 0; public: /*** @brief 执行SQL语句，并不返回结果* @param[in] conn SQL语句* @retval true：成功，false；失败*/virtual bool ExecuteNoQuery(const char* sql) = 0; public: /*** @brief 执行SQL语句，返回一个结果* @param[in] sql SQL语句* @param[out] value 取得的结果* @retval true：成功，false；失败*/virtual std::string ExecuteScalar(const char* sql) = 0;public: /*** @brief 执行SQL语句，返回一个结果集合* @param[in] sql SQL语句* @param[out] table 取得的结果集合* @retval true：成功，false；失败*/virtual std::shared_ptr<HiDBTable> ExecuteQuery(const char* sql) = 0; public: /*** @brief 事物处理* @retval true：成功，false；失败*/virtual void OnTransaction(const std::function<void()>& fun) = 0;  protected: /*** @brief 临界区对象，为空表示不需要考虑资源并发访问*/HiCritical* m_pCritical;}; /**//** @}*/ // 数据库操作实现类接口类

 

 
（四）HiDB的实现：
由HiDB负责实现可变参数转换为完整SQL语句，HiDBImpl负责实现所有数据库访问逻辑，并要为以后添加其他数据库支持这些需求可以推到出HiDB的实现代码：
#include <stdarg.h>#include "DB/HiDB.h"#include "HiDBMySQL.h" using namespace std; #if !defined(HISDB_ON_VARLIST)#define HISDB_ON_VARLIST(x, y) char chArr[2048] = {0};char* pchar = &chArr[0];va_list pArgList;va_start(pArgList, y);::_vsnprintf(chArr, 2047, x, pArgList); va_end(pArgList) ;#endif  static bool IsImplOK(HiDBImpl* db){if (!db){return false;}/*if (!db->IsOpen()){return false;}*/return true;} // 构造函数HiDB::HiDB(HiDBType type, bool isUsingLock):m_Impl(NULL){if (type == HiDBType_MySQL){this->m_Impl = new HiDBMySQL(isUsingLock);}} // 析构函数HiDB::~HiDB(){if (this->m_Impl){delete this->m_Impl;this->m_Impl = NULL;}} // 打开数据库连接bool HiDB::Open(const char* conn){if (!this->m_Impl){return false;} return this->m_Impl->Open(conn);} bool HiDB::IsOpen(){if (!this->m_Impl){return false;} return true;//this->m_Impl->IsOpen();} void HiDB::Close(void){if (!IsImplOK(this->m_Impl)){return;} return this->m_Impl->Close();} bool HiDB::ExecuteNoQuery(const char* sql, ...){if (!IsImplOK(this->m_Impl)){return false;} HISDB_ON_VARLIST(sql, sql); return this->m_Impl->ExecuteNoQuery(chArr);} string HiDB::ExecuteScalar(const char* sql, ...){if (!IsImplOK(this->m_Impl)){return "";} HISDB_ON_VARLIST(sql, sql); return this->m_Impl->ExecuteScalar(chArr);} std::shared_ptr<HiDBTable> HiDB::ExecuteQuery(const char* sql, ...){if (!IsImplOK(this->m_Impl)){return NULL;}HISDB_ON_VARLIST(sql, sql); return this->m_Impl->ExecuteQuery(chArr);} void HiDB::OnTransaction(const std::function<void()>& fun){if (!IsImplOK(this->m_Impl)){HiDBHelperOnError("HiDB::OnTransaction","HiDB is not impl", "", 0);}return this->m_Impl->OnTransaction(fun);}

 

 
四 后记
至此，HiDB所有主要的接口和主要的实现就介绍的差不多，其他更多的实现，可以参照源码自己实现。类图将在本文后面提供。
后续的工作包括对HiDB进行测试，我期望能进行自动化测试，类似于Junit。但是我并不知道C++有哪些自动化测试工具，没办法，只有自己写C++自动化测试工具来测试HiDB了，后面的文章我打算介绍一下我写的一个C++自动化测试工具。
HiDB类图：

 

 
源代码：http://download.csdn.net/detail/xumingxsh/7778417
 
我用“逆水行船”账号发布不到首页，就用这个账号发布吧。
这个程序自己陆陆续续编写修改了好几年，我就不信没人看，没人觉得有用。


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