学习实践：使用模式，原则实现一个C++数据库访问类

浏览数：11 / 时间：2015年06月12日

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：