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QxOrm使用教程(ORM for C++ 对象关系映射)

后端 orm qt qxorm 2023/05/16

本文于427天之前发表，文中内容可能已经过时。

ORM

ORM 全称是 Object Relational Mapping（对象关系映射），是一种程序设计技术，用于实现面向对象编程语言里不同类型系统的数据之间的转换。从效果上说，它其实是创建了一个可在编程语言里使用的“虚拟对象数据库”。

面向对象是从软件工程基本原则（如耦合、聚合、封装）的基础上发展起来的，而关系数据库则是从数学理论发展而来的，两套理论存在显著的区别。为了解决这个不匹配的现象，对象关系映射技术应运而生。

简单理解，ORM 就是在数据库和对象之间作了一个映射：

  • 数据库的表（table） –> 类（class）

  • 记录（record，行数据）–> 对象（object）

  • 字段（field）–> 对象的属性（attribute）

ORM 的优缺点

优点：

  • ORM 提供了一种面向对象的查询语言，这使得开发者可以专注于对象模型，而不必关心数据库结构或 SQL 语义。
  • ORM 提供了大量的服务，开发者只需要关注业务逻辑，而不是重复的 CRUD（Create、Read、Update、Delete）操作，这可以减少大量的代码。
  • ORM 将迫使你使用 MVC 风格，这通常会使代码更加简洁、更容易理解。
  • ORM 有现成的工具，很多功能可以自动完成，比如预处理、事务等。
  • ORM 对数据库进行了抽象，因此从一种数据库切换到另一种（例如：从 MySQL 到 PostgreSQL）会很容易。

缺点：

  • 无论是什么 ORM 框架，都需要花费相当大的精力去学习和理解。
  • ORM 抽象掉了数据库层，开发者无法了解底层数据库（和 SQL）的相关操作。
  • 对于复杂的查询，ORM 要么难以实现，要么性能不如原生的 SQL。

主流的 ORM 框架

目前为止，C++ 中主流的 ORM 框架有以下几个：

其中，LiteSQL 和 ODB 不依赖于特定的框架，而 QxOrm 依赖于 Qt，Wt::Dbo 依赖于 Wt。

综合考虑，如果是纯 C++ 开发，可以选择使用 ODB。它拥有大量的用户群体，（相比 LiteSQL）技术支持好，（相比 QxOrm）编译时间短，（相比 Wt::Dbo）提供了更多的特性，更重要的是它易于使用，并且提供了很全面的文档。

当然，如果是 Qt 开发，也可以选择使用 QxOrm。它几乎支持所有的数据库，并且也有良好的文档。除此之外，它还提供了一个图形编辑器 - QxEntityEditor，可以很方便地以图形方式来管理数据模型。

关于 QxOrm

QxOrm 是一个 C++ 库，旨在为 C++/Qt 开发人员提供对象关系映射（ORM）功能（类似于 Java 中的 Hibernate，.Net 中的 NHibernate）。

其主要特性包括：

  • 持久性：支持最常见的数据库，如 SQLite、MySQL、PostgreSQL、Oracle、MS SQL Server、MongoDB（具有 1-1、1-n、n-1 和 n-n 关系）。
  • 序列化：JSON、二进制和 XML 格式。
  • 反射（或内省）：动态访问类定义、检索属性和调用类方法。
  • HTTP Web Server：独立的多线程 HTTP 1.1 web 服务器（支持 SSL/TLS、持久连接、cookie、会话、分块响应、URL 分发器/路由）。
  • JSON API：与 C++/Qt 以外的其他技术的互操作性（REST web 服务、QML 应用程序、脚本语言）。

默认情况下，QxOrm 库只依赖 QtCore 和 QtSql 模块。如果启用 QxOrm HTTP web server 特性，那么还将依赖于 QtNetwork 模块。除此之外，有些特性还需要依赖 boost（默认禁用）。

编译 QxOrm

进入 QxOrm 下载页面 ，选择最新版本进行下载，目前最新为 QxOrm 1.4.8 。下载完成之后，将 QxOrm 的 zip 包解压缩。

对一些重点目录的介绍一下：

  • doc：介绍 QxOrm 的相关文档。
  • include：包含了 QxOrm 的所有头文件（.h）。
  • lib：库目录，用于存放编译后的 .lib 和 .dll 文件。
  • src：包含了 QxOrm 的所有源文件（.cpp）。
  • test：包含了 QxOrm 相关的示例程序。

有关 QxOrm 的各个历史版本以及各版本的一些特性，都记录在 changes.txt 文件中，感兴趣的话可以大概看一看。

由于源码包中提供了 CMakeLists.txt、QxOrm.pro 和 QxOrm.sln，所以无论你使用 CMake 还是 Qt Creator，亦或者是 Visual Studio，都能够快速编译 QxOrm。

以 Qt Creator 为例，打开 QxOrm.pro 并进行编译。成功之后，对应的库会生成到 QxOrm/lib 目录下。

默认情况下，这会生成共享库（动态链接库）；倘若要生成静态链接库，需要启用 QxOrm.pri 中的 _QX_STATIC_BUILD 编译选项。

QxOrm 使用

QxOrm 几乎支持所有的主流数据库，比如 SQLite、MySQL、PostgreSQL、Oracle、MS SQL Server、MongoDB 等。为了快速了解它的用法，我们以 SQLite 为例，来介绍一些常见的数据库操作（例如：增删改查）。

先来创建一个名为 User 的项目，项目所在目录与 QxOrm 解压目录同级，可以根据自己的需要调整。项目完整源代码下载地址。

项目文件

项目文件由 User.pro 表示，它包含了项目中所有的文件列表（头文件、源文件），以及所有依赖项（QxOrm.pri 文件包含了与 Qt 和 boost 库的所有依赖项）：

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# QxOrm 的通用配置，包含了 Qt 和 boost 库依赖
include($$PWD/../../QxOrm/QxOrm.pri)

CONFIG += console
DEFINES += _BUILDING_USER

# 预编译头文件
!contains(DEFINES, _QX_NO_PRECOMPILED_HEADER) {
    PRECOMPILED_HEADER = precompiled.h
}

# QxOrm 库相关配置
INCLUDEPATH += $$PWD/../../QxOrm/include
LIBS += -L$$PWD/../../QxOrm/lib

# 设置生成的目标名称、添加依赖库
CONFIG(debug, debug|release) {
    TARGET = Userd
    LIBS += -lQxOrmd
} else {
    TARGET = User
    LIBS += -lQxOrm
}

# 文件列表
HEADERS += \
    precompiled.h \
    export.h \
    user.h

SOURCES += \
    main.cpp \
    user.cpp

这里有一个重要的常量 - _BUILDING_USER，通过它可以知道项目是否正在编译（参见 export.h 和 Windows 下的 DLL 机制 - 导入或导出函数、类…）。

export.h 文件

如果使用过 DLL，相信对此文件并不陌生，它可以管理类、函数 … 的导出/导入。

QxOrm 使用了相同的机制来提供某些功能：因此对于使用 QxOrm 库的所有项目，export.h 文件是必需的：

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#ifndef EXPORT_H
#define EXPORT_H

#ifdef _BUILDING_USER
#define USER_DLL_EXPORT  QX_DLL_EXPORT_HELPER
#else
#define USER_DLL_EXPORT  QX_DLL_IMPORT_HELPER
#endif

#ifdef _BUILDING_USER
#define QX_REGISTER_HPP_USER  QX_REGISTER_HPP_EXPORT_DLL
#define QX_REGISTER_CPP_USER  QX_REGISTER_CPP_EXPORT_DLL
#else
#define QX_REGISTER_HPP_USER  QX_REGISTER_HPP_IMPORT_DLL
#define QX_REGISTER_CPP_USER  QX_REGISTER_CPP_IMPORT_DLL
#endif

#endif // EXPORT_H

预编译头文件

预编译头文件的作用在于：提高编译速度。换句话说，使用它能够减少项目的编译时间。

QxOrm 使用元编程的概念来提供许多功能，元编程在编译时成本很高，因此使用 precompiled.h 文件可以更快地编译项目：

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#ifndef PRECOMPILED_H
#define PRECOMPILED_H

#include <QxOrm.h>
#include "export.h"

#endif // PRECOMPILED_H

此外，还有一个优点：文件 QxOrm.h 包含了 Qt 和 boost 库的基本功能，因此，不需要再编写像 #include <QtCore/QString.h> 这样的语句来使用 Qt 的 QString 类；同样地，也不需要编写像 #include <boost/shared_ptr.hpp> 这样的语句来使用 boost 库的智能指针。

定义 User 类

在 C++ 代码中，User 类对应的是数据库中的 User 表，而类的属性对应的是表中的一个字段（列）。因此，C++ 源代码中的一个 User 类实例对应 User 表中的一条记录（行），这种机制使得 C++ 源代码更易于开发和维护。

为 User 类定义三个属性，id、name 和 age：

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#ifndef USER_H
#define USER_H

class USER_DLL_EXPORT User
{
public:
    User() : id(0) { }
    virtual ~User() { }

    long id;
    QString name;
    int age;
};

QX_REGISTER_HPP_USER(User, qx::trait::no_base_class_defined, 1)

#endif // USER_H

QX_REGISTER_HPP_USER 宏是必须的，用于将 User 类注册到 QxOrm 的上下文中：

  • 参数一：表示要注册的当前类 - User。
  • 参数二：基类，如果没有基类，则使用 qx::trait::no_base_class_defined。
  • 参数三：用于序列化的类版本。

在 user.cpp 文件中，需要实现 qx::register_class()，它是一个设置函数：

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#include "precompiled.h"
#include "user.h"
#include <QxOrm_Impl.h>

QX_REGISTER_CPP_USER(User)

namespace qx {
    template <> void register_class(QxClass<User> & t)
    {
        // 注册 User::id <=> 数据库中的主键
        t.id(&User::id, "id");

        // 注册 User::name 属性，使用的 key 是 name，version 是 1。
        t.data(&User::name, "name", 1);

        // 注册 User::age 属性，使用的 key 是 age。
        t.data(&User::age, "age");
    }
}

和 QX_REGISTER_HPP_USER 相同，QX_REGISTER_CPP_USER 宏也是必需的，用于将 User 类注册到 QxOrm 的上下文中。

基本应用

现在，是时候一展身手了。通过 User 类，来了解 QxOrm 中的一些基本操作：

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#include "precompiled.h"
#include "user.h"
#include <QxOrm_Impl.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    QCoreApplication a(argc, argv);

    // 初始化参数，用于和数据库交互
    qx::QxSqlDatabase::getSingleton()->setDriverName("QSQLITE");
    qx::QxSqlDatabase::getSingleton()->setDatabaseName("./Users.db");
    qx::QxSqlDatabase::getSingleton()->setHostName("localhost");
    qx::QxSqlDatabase::getSingleton()->setUserName("root");
    qx::QxSqlDatabase::getSingleton()->setPassword("");

    // 在数据库中创建 User 表
    QSqlError daoError = qx::dao::create_table<User>();

    // 创建 3 个用户
    // 可以使用 std 和 Qt 智能指针：std::shared_ptr、QSharedPointer 等...
    typedef  QSharedPointer<User> UserPtr;
    UserPtr u1;
    u1.reset(new User());
    u1->name = "Jack Ma";
    u1->age = 30;

    UserPtr u2;
    u2.reset(new User());
    u2->name = "Pony";
    u2->age = 25;

    UserPtr u3;
    u3.reset(new User());
    u3->name = "Waleon";
    u3->age = 18;

    // 将所有用户插入容器中
    // 可以使用 std、boost、Qt 和 qx::QxCollection<Key，Value> 中的许多容器
    typedef QVector<UserPtr> VectorUser;
    VectorUser users;
    users.push_back(u1);
    users.push_back(u2);
    users.push_back(u3);

    // 将容器中的所有用户插入到数据库中
    // p1、p2、p3 的 id 属性会自动更新
    daoError = qx::dao::insert(users);

    // 修改第二个用户的信息，并更新到数据库中
    u2->name = "Pony modified";
    u2->age = 38;
    daoError = qx::dao::update(u2);

    // 从数据库中删除第一个用户
    daoError = qx::dao::delete_by_id(u1);

    // 计算用户的数量
    long userCount = qx::dao::count<User>();
    qDebug() << "User Count: " << userCount;

    // 将 id 为 3 的用户取出，并传给一个新变量
    UserPtr userTmp;
    userTmp.reset(new User());
    userTmp->id = 3;
    daoError = qx::dao::fetch_by_id(userTmp);
    qDebug() << "User Tmp: " << userTmp->id << userTmp->name << userTmp->age;

#if _QX_SERIALIZE_XML
    // 将容器中的用户导出到 XML 文件中（序列化）
    qx::serialization::xml::to_file(users, "./export_users.xml");

    // 将 XML 中的用户导入至新容器
    VectorUser usersXmlTmp;
    qx::serialization::xml::from_file(usersXmlTmp, "./export_users.xml");
#endif

#ifndef _QX_NO_JSON
    // 将容器中的用户导出到 Json 文件中（序列化）
    qx::serialization::json::to_file(users, "./export_users.json");

    // 将 Json 文件中的用户导入至新容器
    VectorUser usersJsonTmp;
    qx::serialization::json::from_file(usersJsonTmp, "./export_users.json");
#endif

    // 克隆一个用户
    UserPtr uClone = qx::clone_to_qt_shared_ptr(*u1);
    qDebug() << "Clone from u1: " << uClone->id << uClone->name << uClone->age;

    // 按类名（factory）创建新用户
    qx::any uAny = qx::create("User");

    // 将用户插入到 qx::cache
    qx::cache::set("users", users);

    // 从 qx::cache 中删除所有元素
    qx::cache::clear();

    // 内存泄漏
    User *user = new User();

    return a.exec();
}

这里重点介绍一下 QxOrm_Impl.h，它的作用是检测内存泄露。如果使用 QxMemLeak 模块或 boost::serialization 引擎，应该在所有的 *.cpp 中包含它；否则，它便是可选的（非必须）。

运行程序

运行程序，除了会打印一系列的输出信息之外，还会生成相应的数据库文件和 JSON 文件。

QxOrm 不会隐藏 SQL 查询（默认情况下，所有的语句都会显示），所以在控制台中可以看到执行过程。

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[QxOrm] qx::QxSqlDatabase : create new database connection in thread '0x2554' with key '{652e45d3-7186-4bd6-81d1-9ff32fcff744}'
[QxOrm] sql query (total: 31.8 ms, db_exec: 0 ms) : CREATE TABLE User (id INTEGER NOT NULL PRIMARY KEY AUTOINCREMENT, name TEXT, age INTEGER)
[QxOrm] sql query (total: 12 ms, db_exec: 1.91 ms) : INSERT INTO User (name, age) VALUES (:name, :age)
[QxOrm] sql query (total: 9.35 ms, db_exec: 0.511 ms) : UPDATE User SET id = :id, name = :name, age = :age WHERE id = :id_bis
[QxOrm] sql query (total: 8.49 ms, db_exec: 8.43 ms) : DELETE FROM User WHERE id = :id
[QxOrm] sql query (total: 0.125 ms, db_exec: 0.0994 ms) : SELECT COUNT(*) FROM User
User Count:  2
[QxOrm] sql query (total: 0.153 ms, db_exec: 0.068 ms) : SELECT User.id AS User_id_0, User.name AS User_name_0, User.age AS User_age_0 FROM User WHERE User.id = :id
User Tmp:  3 "Rose" 18
Clone from u1:  1 "Jack Ma" 30

如果要查看数据库 Users.db 的信息，可以使用数据库可视化工具（例如：Navicat Premium）。

JSON 文件是通过序列化生成的，打开 export_users.json，将会看到相应的数据。

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        "age": 30,
        "id": 1,
        "name": "Jack Ma"
    },
    {
        "age": 38,
        "id": 2,
        "name": "Pony modified"
    },
    {
        "age": 18,
        "id": 3,
        "name": "Rose"
    }
]

文献资料

QxOrm网站提供了一个用户手册。

本文档的目的是提供用户指南，以学习如何使用QxOrm库功能。本手册适用于正在寻找一种解决方案来管理C ++ / Qt中的持久数据层的开发人员和软件架构师。要理解本文档，需要具备C ++和数据库的技术技能。

注意：可以使用QxEntityEditor应用程序（用于QxOrm库的图形编辑器，数据模型设计器和源代码生成器）快速轻松地定义本手册/用户指南中描述的所有功能。QxOrm网站上提供了另一个专门针对QxEntityEditor应用程序的文档。

数据模型管理工具

QxEntityEditor是QxOrm库的图形编辑器：QxEntityEditor提供了一种图形方法来管理数据模型。QxEntityEditor是多平台的（适用于Windows，Linux和Mac OS X），并为所有环境生成本机代码：台式机（Windows，Linux，Mac OS X），嵌入式和移动（Android，iOS，Windows Phone，Raspberry Pi等） ）。 QxOrm网站上提供了QxEntityEditor应用程序的用户手册（文档）。

QxEntityEditor基于插件，并提供了多种导入/导出数据模型的方式：

  • 自动生成C ++持久类（在QxOrm上下文中注册）；
  • 自动为SQLite，MySQL，PostgreSQL，Oracle和MS SQL Server生成DDL SQL脚本（数据库架构）；
  • 管理每个项目版本（ALTER TABLE，ADD COLUMN，DROP INDEX等）的模式演变；
  • 使用 QxService模块通过网络传输数据模型并快速创建客户/服务器应用程序;
  • 导入用于SQLite，MySQL，PostgreSQL，Oracle和MS SQL Server数据库的现有数据库结构（使用ODBC连接或本机驱动程序）；
  • 因为每个项目都是不同的，所以QxEntityEditor提供了几种自定义生成文件的方法（尤其是javascript引擎和集成的调试器）。

结束语

由于 QxOrm 可以自动对 Entity 对象与数据库中的 Table 进行属性与字段的映射，所以在实际项目中几乎不需要编写数据访问层的代码，这在很大程度上提高了我们的开发效率。

但 QxOrm 不能解决 SQL 和数据库的所有问题（没有一种工具是万能的），所以有时也需要使用 Qt 的 QtSql 引擎来编写自己的 SQL 查询或存储过程。

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