学习实践：使用模式，原则实现一个C++数据库訪问类

一、概述

在我參与的多个项目中。大家使用libMySQL操作MySQL数据库，并且是源代码级复用，在多个项目中同样或相似的源代码。这种复用方式给开发带来了不便。

libMySQL的使用比較麻烦。非常easy出错。

基于以上原因。我写了一个动态链接库，将对libMySQL的操作封装起来。以二进制复用取代源代码级复用。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，降低出错及死锁的机会。当然也要同意用户自己选择是否线程安全的訪问数据库；要简化訪问数据库的流程，接口越简单越好。

我从2011年開始写这个库，我给它起名字叫HiDB。HiDB从2011年到如今，经历了一个由简到繁又有繁到简的过程，中间也包括了自己对程序理解的变化。

非常多的考虑看起来非常细碎，比如代码的凝视风格（选择我们一贯的凝视风格还是doxygen的凝视风格，代码大全中也讲到了凝视风格。是否须要借鉴）；代码的命名规范（匈牙利命名法还是Java，C#的命名法。还有非常多开源项目的命名规范）；C++设计新思维中讲到Policy classes。能否够应用到这个库中。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含凝视风格的选择（我们一贯的凝视，doxygen的凝视风格，代码大全中也讲到了凝视风格）。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，该类应该包括的接口包括：

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： 运行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： 获得一次查询的全部记录（多行多列）的接口（ExecuteQuery）

7： 运行事务的接口（OnTransaction）

全部的接口都在产生异常时抛出。须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，异常的描写叙述，引起异常的SQL语句。

我设计的异常例如以下：

/** @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;		/**<  异常描写叙述 */
	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（这个宏仅仅有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，另一个想法就是假设用户不想使用异常，能够改动该宏。比如返回false。

熟悉ADO.NET的朋友应该能够看出这些接口是借鉴了ADO.NET的。

（二）详细接口

<1> 构造函数

本来在《C++设计新思维》中。有个Policy classes，适合这样的依据用户须要提供安全或非安全接口的需求，可是Policy classes适合模板，不适合非模板，所以在这儿就没有使用，仅仅是在构造函数中加入了一个布尔參数isUsingLock，假设为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，还支持其它数据库，所以在构造函数中，除isUsingLock外，另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白下来了：

 

   /**
	*   @brief 构造函数
	*	@param[in] type			数据库类型
	*	@param[in] isUsingLock	是否须要使用相互排斥锁
	*/
	HiDB(HiDBType type = HiDBType_MySQL, bool isUsingLock = false);

<2>打开数据库连接

打开数据库连接比較简单：

	/**
	*   @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參数是一个字符串，这样字符串就具有扩展性。能够针对不同的数据库。进行不同的处理（这一点感觉不是非常好，可是能提供接口的稳定性）。

不同数据库，须要满足特定的格式，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> 运行非查询语句接口

运行SQL语句的接口，应该能够接收可变參数，除可变參数外，还应该有一个包括sql语句的字符串參数，所以接口定义例如以下：

	/**
	*   @brief 运行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))
	*	{
	*		// 运行成功
	*	}
	*	else
	*	{
	*		// 运行失败
	*	}
	*   @endcode
	*/
	bool ExecuteNoQuery(const char* sql, ...) throw (HiDBException);

<6> 获得查询结果第一行第一列的接口

该接口的參数与运行非查询语句的接口一致，可是返回值应该为字符串，假设运行失败，则应该返回空字符串。

触发异常时，抛出HiDBException异常。

   /**
	*   @brief 运行SQL语句，返回一个结果
	*	@param[in] sql			SQL语句
	*   @retval 获得的数据。假设为空，则失败
	*/
	std::string ExecuteScalar(const char* sql, ...) throw (HiDBException);

<7> 获得一次查询的全部记录（多行多列）的接口

该接口的參数与运行非查询语句的接口一致。

返回结果应该是包括多行多列的一个数据集，在ADO.NET中有DataTable，在这儿，我们能够用stl中的vector存储多行。map存储每行数据的多列。

多以须要定义一个数据集：

#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

由于HiDBTable中包括多个map，所以最好避免拷贝，使用stl的shared_ptr来避免多次拷贝：

	/**
	*   @brief 运行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> 运行事务的接口

运行事务接口是一个Command模式的接口，參数应该是一个函数对象。

该对象为无參无返回值的函数对象就可以。stl中提供了function对象。

（在最初的版本号中是自己实现函数对象的）

       /**
	*   @brief 在事务中运行处理
	*	@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） 其它

事实上，我曾经提供的接口比方今要复杂非常多，首先我模仿ADO.NET，对SQL參数进行了封装，封装了SQL參数的名称，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參数提供了Create和Delete函数。

有一个同一时候看了我的接口后说，我的接口太复杂了。分层不是明白。我接受了他的建议，就将接口改动为如今的接口了。

另外。运行事务接口。最開始我是自己创建函数对象的，这也添加了复杂度，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;		/**<  异常描写叙述 */
	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 基本的接口：

#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 初始版本号
*    @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	是否须要使用相互排斥锁
	*/
	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 运行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))
	*	{
	*		// 运行成功
	*	}
	*	else
	*	{
	*		// 运行失败
	*	}
	*   @endcode
	*/
	bool ExecuteNoQuery(const char* sql, ...) throw (HiDBException);
	
public:
	/**
	*   @brief 运行SQL语句。返回一个结果
	*	@param[in] sql			SQL语句
	*   @retval 获得的数据，假设为空，则失败
	*/
	std::string ExecuteScalar(const char* sql, ...) throw (HiDBException);
	
public:
	/**
	*   @brief 运行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 在事务中运行处理
	*	@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

实现採用了从《Effective C++》中学习到的实现与接口相分析的原则。在HiDB中使用HiDBImpl实现訪问数据库的逻辑。

(一） 可变參数的处理

当然，在HiDB中是须要解决依据sql參数和可变參数拼装成一个完整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） 相互排斥锁的实现

自己依据临界区，实现了一个相互排斥锁，相互排斥锁接口例如以下：

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

实现函数例如以下：

/**
* @brief 临界区訪问类，主要封装windows临界区的訪问，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 初始版本号
*
*/
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。假设构造函数中传入的是NULL。则不进行不论什么相互排斥处理。

/**
* @brief 临界区訪问管理类。利用构造函数进入临界区。利用西沟函数离开临界区
*		假设向构造函数提供NULL參数，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

作为数据库訪问类，HiDBImpl实现HiDB须要的全部接口，所以HiDBImpl与HiDB接口类似。可是HiDBImpl接口接收的參数为完整的SQL语句（由于带可变參数的SQL语句已经被HiDB处理了）。

HiDBImpl不但要支持MySQL，以后还要支持其它数据库。所以不能有LibMySQL相关的东西，HiDBImpl应该是一个基类，能够被派生，比如派生出支持LibMySQL的子类。

HiDBImpl要线程安全的，所以要包括相互排斥锁HiCritical，又要能够非线程安全（HiCriticalMng支持NULL參数），所以HiCritical须要时这指针，这样，HiDBImpl的接口就出来了。

HiDBImpl接口例如以下：

#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 初始版本号
* @{
*/ 
#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	是否须要使用相互排斥锁
	*/
	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 运行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 运行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 运行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。为空表示不须要考虑资源并发訪问
	*/
	HiCritical*	m_pCritical;
};
/**//** @}*/ // 数据库操作实现类接口类

（四）HiDB的实现：

由HiDB负责实现可变參数转换为完整SQL语句，HiDBImpl负责实现全部数据库訪问逻辑，并要为以后加入其它数据库支持这些需求能够推到出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全部基本的接口和基本的实现就介绍的几乎相同，其它很多其它的实现。能够參照源代码自己实现。

类图将在本文后面提供。

兴许的工作包含对HiDB进行測试。我期望能进行自己主动化測试，类似于Junit。可是我并不知道C++有哪些自己主动化測试工具。没办法。仅仅有自己写C++自己主动化測试工具来測试HiDB了，后面的文章我打算介绍一下我写的一个C++自己主动化測试工具。

HiDB类图：

源码：http://download.csdn.net/detail/xumingxsh/7778417