TarsCpp 元件之 MySQL 操作

TARS基金會發表於2020-11-02

作者 Eaton

導語
在後臺開發中，我們經常需要和資料庫打交道，而在 C++ 開發中，MySQL Connector/C++ 只提供了基礎操作介面，複雜的業務常常需要一系列複雜的呼叫過程，非常容易出錯，那有什麼方法可以避免呢？TarsCpp 中提供了資料庫操作類 TC_Mysql，使我們能夠方便地進行資料庫操作，提高業務開發效率。本文將對 TC_Mysql 進行介紹分析。

MySQL

簡介

資料庫是計算機應用系統中一種專門管理資料資源的系統，以資料為中心，解決了傳統檔案儲存資料存在的資料冗餘、移植性差等問題。在後臺開發中，資料庫操作具有非常重要的地位，不可避免地需要和資料庫打交道。現在市面上的資料庫軟體多種多樣，最常用的便是 MySQL。它是一款安全、跨平臺、高效的關係型資料庫系統，由瑞典的 MySQL AB 公司開發、釋出並支援。由於其體積小、速度快、總體擁有成本低，尤其是開放原始碼這一特點，使得很多公司都採用 MySQL 資料庫以降低成本。

在這裡插入圖片描述

資料庫的基礎操作包括增、刪、改、查四種操作，對應的在 MySQL 中為 Insert, Delete, Update, Select 等，能夠方便地實現對資料庫中資料的管理。

MySQL 常用 API

MySQL 支援了各種主流的程式設計語言，提供了豐富的資料庫操作 API 函式。在 C++ 開發中，MySQL 官方提供了相關的資料庫連線動態庫 MySQL Connector/C++，介面定義在 mysql.h 中，包含 MySQL 基礎操作 API，像常用的 mysql_real_connect, mysql_real_query, mysql_store_result, mysql_fetch_row 等。其中

mysql_real_connect 用於建立到 MySQL 資料庫服務的連線；
mysql_real_query 用於執行 MySQL 語句；
mysql_store_result 用於將執行結果儲存到本地；
mysql_fetch_row 用於獲取返回結果中的行。

這四個函式一般情況下能夠滿足大部分需求，它們在 mysql.h 中的宣告如下

MYSQL *STDCALL mysql_real_connect(MYSQL *mysql, const char *host,
                                  const char *user, const char *passwd,
                                  const char *db, unsigned int port,
                                  const char *unix_socket,
                                  unsigned long clientflag);

int STDCALL mysql_real_query(MYSQL *mysql, const char *q, unsigned long length);

MYSQL_RES *STDCALL mysql_store_result(MYSQL *mysql);

MYSQL_ROW STDCALL mysql_fetch_row(MYSQL_RES *result);

mysql_real_connect 函式有很多引數，涵蓋了連線資料庫所需要的基本資訊如 host, user, password 等，成功建立連線會獲得一個 MYSQL 物件，並將引數中的 MYSQL * 指標 mysql 指向該物件，供其它操作使用。

mysql_real_query 函式需要傳入剛才提到的連線物件指標，SQL 字串 q 和字串長度 length，返回執行結果的行數。

mysql_store_result 函式傳入 MYSQL 物件指標，返回執行結果，型別為 MYSQL_RES。

mysql_fetch_row 傳入獲取的結果，返回每行的資料。

存在的問題

然而使用這些介面進行一次 MySQL 操作是非常麻煩的一件事，下面我們通過一個例子來看看如何通過這四個函式實現一次 MySQL 查詢操作

#include "mysql.h"

using namespace std;

int main() 
{
    // 建立 MYSQL 物件
    MYSQL *mysql = mysql_init(NULL);
    
    // 建立連線
    mysql_real_connect(mysql, "127.0.0.1", "root", "123456", "db_tars", 3306, NULL, 0);
    
    // 執行sql語句
    string sql = "select * from server";
    mysql_real_query(mysql, sql.c_str(), sql.length());
    
    // 獲取執行結果
    MYSQL_RES *res = mysql_store_result(mysql);
    
    // 欄位名陣列
    vector<string> fields;
    MYSQL_FIELD *field;
    // 通過 mysql_fetch_field 獲取欄位名儲存在陣列 fields 中
    while((field = mysql_fetch_field(res))) 
    {
        fields.push_back(field->name);
    }

    // 宣告 row 用於儲存每行資料
    MYSQL_ROW row;
    // 讀取返回結果所有欄位值
    // mysql_fetch_row 從 res 中獲取一行資料
    while((row = mysql_fetch_row(res) != (MYSQL_ROW)NULL)) 
    {
        // 獲取每個欄位值的字串長度，因為每個欄位是一個字元陣列 (C 風格字串)
        unsigned long * lengths = mysql_fetch_lengths(res);
        for(size_t i = 0; i < fields.size(); i++) 
        {
            cout << fields[i] << ":" << string(row[i], lengths[i]) << ";";
        }
        cout << endl;
    }
    return 0;
}

上述程式碼在 main 函式中，用最簡單的方式實現了查詢操作，沒有包含任何錯誤和返回值判斷的邏輯，但是看起來已經很複雜了。而實際業務場景中通常還需要對一些錯誤碼還有返回結果進行判斷，比如連線失敗或斷開，返回值為空等，總的來說，存在以下幾個問題

需要自己構造 SQL 語句，容易出錯；
需要開發者自己新增錯誤碼和異常的判斷和處理邏輯；
每次查詢返回的結果需要呼叫 mysql_fetch 系列的多個函式才能完成結果讀取。

可見，開發者需要關注的細節太多，會很大程度上降低了開發效率。因此，把開發者無需關注的或重複的過程和細節隱藏起來，將 MySQL 操作 API 進一步封裝，顯得非常必要。自己封裝的話未免太過於小題大做，而且難免有疏漏，對開發者自身能力要求也比較高。常見的方式是引入完備的第三方庫，TarsCpp 的工具元件中就包含資料庫操作類 TC_Mysql，能夠完美解決這些問題。

TC_Mysql

TC_Mysql 是 TarsCpp 中提供的 MySQL 操作類，定義在檔案 tc_mysql.h 中，對 MySQL C++ 庫中提供的 API 進一步地封裝，遮蔽了很多與業務開發無關的細節，使用上更加方便簡單。

檔案 tc_mysql.h 中定義了三個類 TC_DBConf, TC_Mysql, TC_Mysql_Exception。其中 TC_Mysql 類中還定義兩個子類。如圖所示

tc_mysql.h
│
├── TC_DBConf           # 資料庫配置介面
├── TC_Mysql            # 資料庫操作類
│   ├── MysqlRecord     # 資料庫記錄類（單條查詢記錄）
│   └── MysqlData       # 資料庫資料類（所有查詢記錄）
└── TC_Mysql_Exception  # 資料庫異常類

其中異常類 TC_Mysql_Exception 和資料庫配置介面 TC_DBConf 作為輔助類，主要在類 TC_Mysql 中使用。

TC_Mysql 類中的兩個子類 MysqlRecord 和 MysqlData，作為資料儲存類，類似於 MySQL C++ 庫中的 MYSQL_ROW 和 MYSQL_RES，用於儲存每次查詢返回的結果。

下面我們就來對每個類進行分析。

資料庫配置介面 TC_DBConf

在類 TC_Mysql 中，使用 TC_DBConf 型別的成員變數 _dbConf 來儲存 MySQL 配置資訊。TC_DBConf 用於儲存資料庫的連線配置如 host、user 等，提供了 loadFromMap 介面，能夠從 map 型別變數中讀取資料庫配置。我們可以通過兩種方式來載入配置

直接對成員變數賦值

TC_DBConf dbConf;
dbConf._host = "127.0.0.1";
dbConf._user = "root";
...

使用 loadFromMap 從 map<string, string> 型別引數讀取配置

map<string, string> mapConf;
mapConf.insert(make_pair("dbhost", "127.0.0.1"));
mapConf.insert(make_pair("dbuser", "root"));
...

TC_DBConf dbConf;
dbConf.loadFromMap(mapConf);

TC_DBConf 的定義也非常簡單，具體如下

/**
* @brief 資料庫配置介面
*/
struct TC_DBConf
{
    string _host;
    string _user;
    string _password;
    string _database;
    string _charset;
    int _port;
    int _flag;

    /**
    * @brief 建構函式
    */
    TC_DBConf()
        : _port(0)
        , _flag(0)
    {}

    /**
    * @brief 讀取資料庫配置. 
    * 
    * @param mpParam 存放資料庫配置的map 
    *        dbhost:主機地址
    *        dbuser:使用者名稱
    *        dbpass:密碼
    *        dbname:資料庫名稱
    *        dbport:埠
    */
    void loadFromMap(const map<string, string> &mpParam)
    {
        map<string, string> mpTmp = mpParam;

        _host        = mpTmp["dbhost"];
        _user        = mpTmp["dbuser"];
        _password    = mpTmp["dbpass"];
        _database    = mpTmp["dbname"];
        _charset     = mpTmp["charset"];
        _port        = atoi(mpTmp["dbport"].c_str());
        _flag        = 0;

        if(mpTmp["dbport"] == "")
        {
            _port = 3306;
        }
    }
};

資料庫操作類 TC_Mysql

建構函式

TC_Mysql 提供了三個版本的建構函式，實現了多種初始化方式。

支援傳入一個 TC_DBConf 物件來進行初始化，簡化了引數，降低了出錯的可能，也能提高程式碼可讀性。

    TC_Mysql(const TC_DBConf& tcDBConf);

提供預設建構函式，不傳入引數，後續使用時再進行初始化。

    TC_Mysql();

與 mysql_real_connet 引數相似，傳入資料庫配置資訊來初始化。

不同的是這種方式在構造物件時即完成 MySQL 連線的初始化，而且可以直接使用 string 型別字串。mysql_real_connect 需要先通過 mysql_init 建立物件後才能呼叫（可見 MySQL 常用 API 部分的示例），並且只能傳入 C 風格的字串。

    TC_Mysql(const string& sHost, const string& sUser = "", const string& sPasswd = "", const string& sDatabase = "", const string &sCharSet = "", int port = 0, int iFlag = 0);

下面這個例子展示了這三種構造方式

// 宣告並初始化資料庫配置物件 dbConf
TC_DBConf dbConf;
dbConf._port = 3306;
dbConf._host = "127.0.0.1";
dbConf._user = "root";
dbConf._password = "12345";
dbConf._database = "db_tars";
dbConf._charset  = "utf8";

// 通過 TC_DBConf 物件構造初始化
TC_Mysql mysqlObj0(dbConf);

// 先構造物件，不初始化，後續使用init初始化
TC_Mysql mysqlObj1 = new TC_Mysql();
mysqlObj1.init(dbConf);

// 直接傳入資料庫配置初始化
TC_Mysql mysqlObj2("127.0.0.1", "root", "12345", "db_tars", "utf8", 3306);

MySQL 操作函式

TC_Mysql 中的包含了 Insert、Update、Replace、Delete、Query 等常用操作的函式，更加符合一般使用場景，相比 MySQL C++ 庫都通過 mysql_real_query 來實現，使用上要簡單得多。常用的幾個操作函式宣告如下

// 插入記錄
size_t insertRecord(const string &sTableName, const map<string, pair<FT, string> > &mpColumns);
// 更新記錄
size_t updateRecord(const string &sTableName, const map<string, pair<FT, string> > &mpColumns, const string &sCondition);
// 替換記錄
size_t replaceRecord(const string &sTableName, const map<string, pair<FT, string> > &mpColumns);
// 刪除記錄
size_t deleteRecord(const string &sTableName, const string &sCondition = "");
// 獲取記錄計數
size_t getRecordCount(const string& sTableName, const string &sCondition = "");
// 字元轉義
string realEscapeString(const string& sFrom);
// 查詢記錄
MysqlData queryRecord(const string& sSql);

更多其他操作函式參見 tc_mysql.h

Insert、Update、Replace、Delete

從上述定義中可以看出，增、刪、改相關的操作不需要自己構建 SQL 語句，傳入相關引數就能夠完成操作。

實際上，構造 SQL 語句的過程封裝在函式中。

其中引數 sTableName 為表名，mpColumns 為需要插入、更新或替換的資料， sCondition 為條件。下面通過一個例子來看看如何使用這些操作函式

...
    // 表名
    string tableName = "tars_table";
    
    // 構造需要增、刪、改的資料
    map<string, pair<TC_Mysql::FT, string>> record0;
    record0.insert(make_pair("user_id"  , make_pair(TC_Mysql::DB_STR, "abcd")));
    record0.insert(make_pair("age"      , make_pair(TC_Mysql::DB_INT, "25")));

    // 構造用於替換的資料
    map<string, pair<TC_Mysql::FT, string>> record1;
    record1.insert(make_pair("user_id"  , make_pair(TC_Mysql::DB_STR, "abcd")));
    record1.insert(make_pair("age"      , make_pair(TC_Mysql::DB_INT, "40")));

    try 
    {
        // mysqlObj0 為前文已經初始化好的 TC_Mysql 物件指標
        // 向 tars_table 插入記錄
        mysqlObj0->insertRecord(tableName, record0);
        // 獲取 user_id 為 abcd 的記錄計數
        int count = mysqlObj0->getRecordCount(tableName, "where `user_id`='abcd'");
        // 替換 user_id 為 abcd 的記錄(不存在則為插入資料), 替換後 age 值為 40
        mysqlObj0->replaceRecord(tableName, record1);
        // 更新 user_id 為 abcd 的記錄，更新後 age 值為 25
        mysqlObj0->updateRecord(tableName, record0, "where `user_id`='abcd'");
        // 刪除 age 為 25 的記錄
        mysqlObj0->deleteRecord(tableName, "where `age`=40");
    } 
    catch (exception &e) 
    { 
        // 異常處理
        ...
    }
...

可以看到上述示例中存在一個 TC_Mysql::FT 型別，定義如下

    /**
     * @brief 定義欄位型別， 
     *  DB_INT:數字型別
     *  DB_STR:字串型別
     */
    enum FT
    {
        DB_INT,     
        DB_STR,    
    };

它是 TC_Mysql 類中定義的列舉型別，用於定義欄位的型別為字串還是數字，判斷在構建 SQL 語句時是否需要新增引號 '' 並轉義。

例如上述例子中，最後實際執行的 Insert SQL 語句中，abcd 有引號，25 沒有引號，如下

insert into tars_table (`user_id`, `age`) values ('abcd', 25)

Query

增、刪、改都有了，那麼查（Query）呢？就是前面定義中的 queryRecord 了。與 mysql_real_query 類似，引數傳入 SQL 語句字串。

MysqlData queryRecord(const string& sSql);

不同的是，queryRecord 傳入引數型別為 string，不需要額外傳入字串長度；並且 queryRecord 直接返回查詢結果記錄，不需要再呼叫 mysql_store_result 等函式來獲取（實際上這個過程封裝在函式內，參見 TC_Mysql 原始碼）。

具體使用方式如下

    ...
    // 宣告返回資料
    TC_Mysql::MysqlData res;

    try
    {
        res = mysqlObj->queryRecord("select user_id, age from tars_table");
    }
    catch (exception &e)
    {
        cout << "Error: " << e.what() << endl;
    }

    size_t resCount = res.size();
    // 輸出返回資料
    for (size_t i = 0; i < resCount; ++i)
    {
        cout << "user_id: " << res[0]["user_id"] 
             << " age: "    << res[0]["age"] 
             << endl;
    }
    ...

返回資料的型別為 MysqlData，它是 TC_Mysql 的子類，用於儲存資料，相當於 MySQL C++ 庫中的 MYSQL_RES，我們會在下一部分詳細介紹它。讀取 MysqlData 型別資料的過程非常友好方便，能夠直接以陣列的方式遍歷，並且讀取欄位值的型別為 string 而不是 char *，不需要額外獲取字串長度。這也使得程式碼變得更加簡潔清晰。

資料儲存類 MysqlRecord 與 MysqlData

類 TC_Mysql 中包含了兩個子類 MysqlRecord 和 MysqlData，用於儲存查詢返回的資料，方便資料的讀取。MysqlRecord 相當於 map，用於儲存一條記錄；MysqlData 相當於 MysqlRecord 型別陣列，用於儲存多條記錄。

MysqlRecord

MysqlRecord 類用於記錄一條 mysql 的記錄，相當於 MYSQL_ROW，在 MysqlData 中被使用。MysqlRecord 型別的物件能夠直接使用下標訪問資料，例如

map<string, string> record_map;
record_map.insert(make_pair("name", "TARS"));
// 構建並初始化物件
TC_Mysql::MysqlRecord record(record_map);
// 通過下標訪問
cout << record["name"] << endl;

MysqlRecord 類的定義如下

    /**
     *  @brief mysql的一條記錄
     */
    class MysqlRecord
    {
    public:
        /**
         * @brief 建構函式.
         * @param record
         */
        MysqlRecord(const map<string, string> &record);

        /**
         * @brief 獲取資料，s一般是指資料表的某個欄位名 
         * @param s 要獲取的欄位
         * @return  符合查詢條件的記錄的s欄位名
         */
        const string& operator[](const string &s);
    protected:
        const map<string, string> &_record;
    };

可以看到 MysqlRecord 過載了 [] 運算子，實現了像 map 一樣的下標訪問資料的方式。MysqlRecord 還包含 map<string, string> 型別引用的成員變數 _record，因此實際儲存記錄的資料型別為 map<string, string>。

MysqlData

儲存一次查詢的所有 mysql 資料記錄，相當於 MYSQL_RES，每條記錄即為一個 MysqlRecord 型別的資料。MysqlData 型別的資料能夠通過下標訪問每條記錄，與陣列相似，比如下面的例子

map<string, string> record_map;
record_map.insert(make_pair("name", "TARS"));
// 宣告物件
TC_Mysql::MysqlData data;
// 新增記錄
data.data().push_back(record_map);
// 通過下標獲取 MysqlRecord 物件
TC_Mysql::MysqlRecord record = data[0];

cout << record["name"] << endl;
cout << data[0]["name"] << endl;

MysqlData 過載了 [] 運算子，實現了與陣列一樣的方式遍歷和讀取記錄，每條記錄型別為 MysqlRecord。實際儲存資料的成員變數為 _data，型別為 vector< map<string, string> >，即通過 vector 容器來儲存所有記錄。定義如下

    /**
     * @brief 查詢出來的mysql資料
     */
    class MysqlData
    {
    public:
        /**
         * @brief 所有資料.
         * @return vector<map<string,string>>&
         */
        vector<map<string, string> >& data();

        /**
         * @brief 資料的記錄條數
         * @return size_t
         */
        size_t size();

        /**
         * @brief 獲取某一條記錄. 
         * @param i  要獲取第幾條記錄 
         * @return   MysqlRecord型別的資料，可以根據欄位獲取相關資訊，
         */
        MysqlRecord operator[](size_t i);

    protected:
        vector< map<string, string> > _data;
    };

資料庫異常類 TC_Mysql_Exception

在前面 MySQL 的介紹中可以看到，常規 MySQL 的操作沒有進行異常判斷和處理，需要自己實現相關的邏輯。

tc_mysql.h 中定義了異常類 TC_Mysql_Exception，用於在 MySQL 操作出現錯誤時丟擲異常，作為類 TC_Mysql 的輔助類被使用。例如下面是 TC_Mysql 中函式 queryRecord 的部分實現，返回的指標 pstRst 為空時丟擲一個錯誤：

...
    MYSQL_RES *pstRes = mysql_store_result(_pstMql);

    if(pstRes == NULL)
    {
        throw TC_Mysql_Exception("[TC_Mysql::queryRecord]: mysql_store_result: " + sSql + " : " + string(mysql_error(_pstMql)));
    }
...

TC_Mysql 類中包含了異常處理邏輯，並將異常通過 TC_Mysql_Exception 丟擲。方便使用者在使用時，能夠直接通過 try catch 來捕捉異常，比如

...

tars::TC_Mysql *mysql_ptr = new tars::TC_Mysql();

try 
{
    mysql_ptr->init("127.0.0.1", "root", "123456", "db_tars", "utf-8", 3306);
    mysql_ptr->connect();
}
catch (exception &e)
{
    // 獲取異常資訊
    cout << e.what() << endl;
    ...
}
...

總結

TC_Mysql 在 MySQL Connector C++ API 基礎上進一步封裝，對一些常用的流程例如 Insert、Update、Replace 等操作封裝了獨立的操作函式，使開發者無需自行拼接 SQL 語句，降低了出錯的可能；同時遮蔽了錯誤處理等邏輯，開發者無需關注，僅通過 try catch 語句即可捕捉異常。另外，通過類 MysqlRecord, MysqlData 儲存返回資料型別，極大的方便了資料的讀取。這些都使得開發者能夠更加方便地操作 MySQL，專注於業務程式碼的開發，進一步提高開發效率。

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