淺談基于Qt反射機制的對象關(guān)系映射框架

童辰 蔣超 蔣俊銘

摘 要 C++語言不具備高級語言如Java的反射機制，無法在程序運行時獲取類的結(jié)構(gòu)信息，在開發(fā)數(shù)據(jù)庫交互程序時不具備Hibernate、Mybatis等對象關(guān)系映射能力。Qt是基于C++語言的工具包，提供QProperty宏獲取類結(jié)構(gòu)信息，本文基于該特性，開發(fā)對象關(guān)系映射框架，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)到類對象的雙向轉(zhuǎn)換，支持?jǐn)?shù)據(jù)庫的增、刪、改、查操作，支持主流的Oracle和Mysql數(shù)據(jù)庫，支持緩存操作，提高訪問效率。同時開發(fā)配套工具自動生成數(shù)據(jù)類代碼。

關(guān)鍵詞 對象關(guān)系映射;Qt;Oracle;Mysql

引言

對象關(guān)系映射（Object Relational Mapping，簡稱ORM）模式是一種為了解決面向?qū)ο笈c關(guān)系數(shù)據(jù)庫存在的互不匹配的技術(shù)。簡單來說，ORM是通過使用類成員變量和數(shù)據(jù)庫之間映射的元數(shù)據(jù)，將程序中的對象自動持久化到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中。而C++作為主流且歷史悠久的開發(fā)語言，不具備在程序運行時獲取類的結(jié)構(gòu)信息的能力。C++的數(shù)據(jù)類型如何適配Oracle和Mysql的數(shù)據(jù)類型。數(shù)據(jù)庫操作均需要使用Sql語句，程序函數(shù)如何轉(zhuǎn)換為Sql語句。對于頻繁訪問的程序?qū)ο笕绾卧O(shè)計緩存避免訪問數(shù)據(jù)庫提高效率。類文件通常代碼比較多，如何加快代碼開發(fā)速度，這些問題都需要研究討論。

1運行時類結(jié)構(gòu)信息獲取

Qt的類對象在C++的基礎(chǔ)上封裝了類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)信息并支持運行時獲取接口。首先需要對其實現(xiàn)原理進(jìn)行了解[1]。通常C++的編譯過程為預(yù)處理->編譯->鏈接->運行，Qt編譯的過程中，有一個moc的過程，即為moc->預(yù)處理->編譯->鏈接->運行。在moc過程中，需要識別一些特殊的宏Q_OBJECT、Q_PROPERTY、Q_INVOKABLE，然后根據(jù)頭文件生成moc實現(xiàn)文件，實現(xiàn)文件中包含了類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)信息并支持運行時獲取接口，獲取接口包括metaObject（），property（），className（），method（），constructor（）等。

2程序類型和數(shù)據(jù)庫類型的轉(zhuǎn)換

不同數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)類型定義是有差異的，Oracle和Mysql在數(shù)據(jù)類型定義上差異較大，如何屏蔽數(shù)據(jù)庫類型的差異性？可以使用QVariant通用數(shù)據(jù)類型與數(shù)據(jù)庫類型進(jìn)行第一次映射，QVariant類的函數(shù)屏蔽了類型操作細(xì)節(jié)，與QSqldatabase類配合，通過加載不同的數(shù)據(jù)庫插件屏蔽了數(shù)據(jù)庫類型差異[2]。

C++常用的數(shù)據(jù)類型有int、double等，Qt也定義了QString、QDatetime等更為方便實用的類對象，對于int、double、QString、QDatetime等常用類型，QVariant能自動根據(jù)數(shù)據(jù)庫類型進(jìn)行轉(zhuǎn)換，但是一些性能或空間限制下，將數(shù)據(jù)庫時間類型設(shè)置為int，則QVariant無法自動轉(zhuǎn)換。本框架使用Q_CLASSINFO（）宏進(jìn)行映射，比如上述例子，標(biāo)注類成員為int類型，對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫類型為時間類型，在生成數(shù)據(jù)庫sql語句時根據(jù)此映射進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

3類成員變量生成數(shù)據(jù)庫Sql語句

數(shù)據(jù)庫支持Sql進(jìn)行增刪改查，限制數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)可以映射到程序類對象，自然對數(shù)據(jù)庫的增刪改查也要提升到對程序類對象，需要對增刪改查四個動作分別封裝處理函數(shù)。類對象與業(yè)務(wù)相關(guān)所以字段均不一致，而處理函數(shù)參數(shù)只能是一種類型。有兩種解決方案：①使用模板參數(shù)作為函數(shù)入?yún)?，缺點是代碼實現(xiàn)必須編寫在頭文件中，不利用功能更新升級，調(diào)用時需要注明參數(shù)類型，代碼冗長。②抽象公共基類，所有類均繼承該類，利用多態(tài)特性，將基類作為函數(shù)入?yún)?，這樣分離了接口和實現(xiàn)，擴展性好。綜合比較選擇方案2。

對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的操作包括增刪改查四種，基本語法基本一致，不同數(shù)據(jù)差異主要在字段不一致，只要保證類成員變量名和數(shù)據(jù)庫表每一個字段名對應(yīng)，即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)對象到Sql語句的轉(zhuǎn)換，包括如下4種情況。增加數(shù)據(jù)，Insert into 表名字段名 values（字段值）。刪除數(shù)據(jù)，Delete from 表名 where 主鍵=值。修改數(shù)據(jù)，update 表名字段名 values（字段值）。查詢，Select 字段名 from 表名 where 條件 order 條件。從上述可見，不同操作差異的地方就是表名、字段名、主鍵、條件，在類定義中只要定義了前三者即可，條件的可變性較大，可在處理函數(shù)擴展參數(shù)，作為入?yún)⑤斎搿?/p>

4程序緩存設(shè)計

程序設(shè)計中經(jīng)常出現(xiàn)核心數(shù)據(jù)頻繁使用，如果每次均從數(shù)據(jù)庫獲取則延時大影響程序的運行效率，前面對數(shù)據(jù)庫的操作已經(jīng)封裝了增刪改查四種函數(shù)，則可以在函數(shù)實現(xiàn)中緩存數(shù)據(jù)。當(dāng)增加數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫成功同時增加緩存，刪除數(shù)據(jù)庫成功時刪除緩存，修改數(shù)據(jù)庫成功時修改緩存，查詢數(shù)據(jù)庫時同步增加緩存，如此就實現(xiàn)程序使用的每一個數(shù)據(jù)在緩存中均具備且和數(shù)據(jù)庫保持狀態(tài)一致。當(dāng)數(shù)據(jù)量大時，要快速檢索數(shù)據(jù)，使用Map結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲，分兩層進(jìn)行檢索，先按照類型再按照每一條數(shù)據(jù)的主鍵值進(jìn)行檢索，從而將檢索效率提高到O（nlgn）時間復(fù)雜度級別。

5類代碼文件生成工具

數(shù)據(jù)類代碼因為包含成員變量的讀寫函數(shù)、元數(shù)據(jù)配置定義、其他配置定義、字段值打印等，代碼量較大，若手寫代碼開發(fā)效率低。通過分析多個數(shù)據(jù)類代碼文件，其差異的地方在于成員變量名、類名、表配置名、主鍵名等，而這些信息均可以從對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表拿到，因此所有的信息來源是數(shù)據(jù)庫表，配合數(shù)據(jù)類代碼模板即可實現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)類代碼。生成工具提供數(shù)據(jù)庫表名的輸入框，從數(shù)據(jù)庫表基礎(chǔ)信息中提取字段名、主鍵等信息，替換代碼模板中的占位符，即可生成數(shù)據(jù)類代碼。

6結(jié)束語

本文研究了Qt運行時類結(jié)構(gòu)信息獲取方法，解決數(shù)據(jù)庫類型和程序類型映射問題，提出類成員變量生成Sql語句的方案，進(jìn)一步優(yōu)化程序緩存設(shè)計，研究類代碼文件生成工具，從而實現(xiàn)C++語言下的對象關(guān)系映射框架，極大提高了數(shù)據(jù)庫交互程序的開發(fā)效率和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1] Mark S，白建平.Qt高級編程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011：171.

[2] 王維波，栗寶鵑，候春望.Qt 5.9 C++ 開發(fā)指南[M].北京：人民郵電出版社，2018：213.