第37章 数据库连接操作

你的C++程序需要记住用户信息、商品库存或者游戏存档，这些数据在程序关闭后不能消失。把数据存进文件是一种方式，但当数据关系复杂、查询频繁时，文件操作会变得笨重且低效。这时，你需要一个专业的“数据仓库管理员”——数据库。

在C++中，没有像Java的JDBC那样的标准数据库接口。我们主要通过与数据库厂商提供的原生C语言库（如SQLite）或通用接口封装库（如MySQL Connector/C++、ODBC）进行交互。本章将聚焦于两个最典型的场景：嵌入式数据库SQLite和客户端-服务器数据库MySQL。

37.1 连接方案选型：嵌入式 vs 客户端-服务器

选择哪种数据库，取决于你的应用场景。我在一个桌面工具项目中，因为用户环境无法保证安装MySQL服务，果断选择了SQLite，省去了大量的部署麻烦。

37.2 实战SQLite3：从连接到查询

让我们从一个具体任务开始：创建一个用户表，并插入一条数据。SQLite3是一个C语言库，在C++中可以直接使用。首先需要获取库文件，可以从官网下载 sqlite-amalgamation-3410200.zip（包含源码）和预编译的DLL或SO文件。

连接SQLite数据库的本质是打开一个文件句柄。核心对象是 `sqlite3*`，它代表一个数据库连接。

// 示例：打开或创建一个数据库文件
#include <iostream>
#include "sqlite3.h" // 包含头文件

int main() {
    sqlite3 *db = nullptr;
    const char *db_file = "myapp.db";

    // 打开数据库连接。如果文件不存在，SQLite会创建它。
    int rc = sqlite3_open(db_file, &db);

    if(rc != SQLITE_OK) {
        std::cerr << "无法打开数据库: " << sqlite3_errmsg(db) << std::endl;
        return 1;
    }
    std::cout << "数据库连接成功！" << std::endl;

    // ... 执行SQL操作

    sqlite3_close(db); // 必须关闭连接，释放资源
    return 0;
}

编译这个程序需要链接SQLite3库。在Linux/macOS上通常是 `g++ -o app app.cpp -lsqlite3`，在Windows的Visual Studio中，需要在项目属性中添加 `sqlite3.lib` 的附加依赖项。

37.3 执行SQL与处理结果

打开连接后，就可以发送SQL命令了。最简单的是执行不返回数据的DDL（创建表）或DML（插入、更新、删除）语句，使用 `sqlite3_exec` 函数。

// 创建用户表
const char *sql_create = "CREATE TABLE IF NOT EXISTS users ("
                          "id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT, "
                          "name TEXT NOT NULL, "
                          "age INTEGER);";

char *err_msg = nullptr;
rc = sqlite3_exec(db, sql_create, nullptr, nullptr, &err_msg);
if(rc != SQLITE_OK) {
    std::cerr << "SQL错误: " << err_msg << std::endl;
    sqlite3_free(err_msg); // 错误信息内存需要手动释放！
}

当需要执行查询（SELECT）并处理返回的多行数据时，`sqlite3_exec` 就不够灵活了。你需要使用 `sqlite3_prepare_v2`, `sqlite3_step`, `sqlite3_column_*` 这一套组合拳。

// 查询所有用户
const char *sql_select = "SELECT id, name, age FROM users;";
sqlite3_stmt *stmt = nullptr; // 预处理语句句柄

rc = sqlite3_prepare_v2(db, sql_select, -1, &stmt, nullptr);
if(rc != SQLITE_OK) { /* 处理错误 */ }

while((rc = sqlite3_step(stmt)) == SQLITE_ROW) {
    // 按列索引（从0开始）或列名获取数据
    int id = sqlite3_column_int(stmt, 0);
    const unsigned char *name = sqlite3_column_text(stmt, 1); // TEXT类型
    int age = sqlite3_column_int(stmt, 2);
    std::cout << "ID: " << id << ", Name: " << name << ", Age: " << age << std::endl;
}
if(rc != SQLITE_DONE) { /* 处理非正常结束的错误 */ }

sqlite3_finalize(stmt); // 释放预处理语句资源

37.4 连接MySQL：使用Connector/C++

当你的数据需要被网络上的多个客户端共享时，就需要像MySQL这样的数据库服务器。Oracle官方提供了MySQL Connector/C++ 8.0，这是一个纯C++的驱动库，比老的C API更现代、更安全。

首先，你需要安装：1) MySQL服务器（如MySQL Community Server 8.0.36）；2) Connector/C++库。在Ubuntu上可以 `apt install libmysqlcppconn8-2`，在Windows上需要从官网下载安装包并配置头文件和库路径。

使用Connector/C++连接MySQL的代码风格更面向对象。核心类是 `sql::mysql::MySQL_Driver`, `sql::Connection`, `sql::Statement`, `sql::PreparedStatement` 和 `sql::ResultSet`。

#include <iostream>
#include <mysqlx/xdevapi.h> // Connector/C++ 8.0 的主要头文件
// 注意：新版本推荐使用X DevAPI，老版本是 `#include <cppconn/driver.h>`

int main() {
    try {
        // 1. 创建会话（连接）
        mysqlx::Session sess("localhost", 3306, "your_username", "your_password", "your_database");
        std::cout << "连接到MySQL服务器成功！" << std::endl;

        // 2. 获取数据库模式（Schema）
        mysqlx::Schema db = sess.getSchema("your_database");

        // 3. 执行一个简单查询（不推荐，仅演示）
        mysqlx::SqlResult result = sess.sql("SHOW TABLES;").execute();
        auto rows = result.fetchAll();
        for(auto row : rows) {
            std::cout << row[0] << std::endl;
        }

        // 4. 使用预处理语句安全地插入数据（推荐）
        mysqlx::TableInsert insert_op = db.getTable("users").insert("name", "age");
        insert_op.values("Alice", 25).values("Bob", 30);
        insert_op.execute();
        std::cout << "数据插入成功。" << std::endl;

        sess.close();
    } catch (const mysqlx::Error &err) {
        std::cerr << "MySQL错误: " << err.what() << std::endl;
        return 1;
    } catch (const std::exception &ex) {
        std::cerr << "标准异常: " << ex.what() << std::endl;
        return 1;
    }
    return 0;
}

编译时需要链接 `mysqlcppconn8` 库。例如：`g++ -o mysql_app mysql_app.cpp -lmysqlcppconn8`。如果你看到链接错误“undefined reference to `mysqlx::Session::Session(...)`”，大概率是库路径没设置对或者库文件名不对。

37.5 错误处理与资源管理

数据库操作充满了不确定性：网络可能断开，磁盘可能写满，SQL可能有语法错误。健壮的程序必须处理这些异常。

对于SQLite，每个函数调用后检查返回值是必须的。对于MySQL Connector/C++，它使用C++异常机制，所以必须用 `try-catch` 块包裹可能出错的代码。一个重要的实践是使用RAII（Resource Acquisition Is Initialization）思想来管理数据库资源，确保在任何情况下（包括异常抛出）连接都能被正确关闭。

// 一个简单的RAII包装器示例，用于SQLite连接
class SQLiteDB {
public:
    SQLiteDB(const std::string &filename) {
        if(sqlite3_open(filename.c_str(), &db_) != SQLITE_OK) {
            throw std::runtime_error(sqlite3_errmsg(db_));
        }
    }
    ~SQLiteDB() {
        if(db_) sqlite3_close(db_);
    }
    // 删除拷贝构造和赋值，防止重复关闭
    SQLiteDB(const SQLiteDB&) = delete;
    SQLiteDB& operator=(const SQLiteDB&) = delete;

    operator sqlite3*() { return db_; } // 提供获取原始指针的方法
private:
    sqlite3 *db_ = nullptr;
};

// 使用：当sqlite_db对象离开作用域时，析构函数会自动关闭连接
try {
    SQLiteDB sqlite_db("data.db");
    // 使用 sqlite_db 进行操作...
} catch(const std::exception &e) {
    std::cerr << e.what() << std::endl;
}

对于MySQL，Connector/C++的 `Session` 对象本身已经实现了RAII，在其析构时会自动关闭连接。但你还是应该主动在 `try-catch` 块中调用 `close()`，以便更早地释放服务器资源并捕获可能的关闭错误。