[Linux C编程]嵌入式数据库（二）

嵌入式数据库

 

11.1 嵌入式数据库概述

1.  嵌入式数据库介绍

    随着电子技术的飞速发展，嵌入式系统中的存储器容量和性能也在迅速提高，这为扩

大嵌入式的应用领域提供了必要的物理基础。展望未来，嵌入式系统正在向网络化、智能化

等高端应用方向发展。在这个发展过程中，嵌入式系统内的数据量会急剧膨胀。因此，嵌入

式数据库的作用将会变得越来越重要。

    由于嵌入式平台和应用领域的多样化，所以嵌入式数据库的体系结构与运行模式和企

业级数据库有很大的区别。嵌入式数据库的主要特性如下：

（1）嵌入性

    嵌入性是嵌入式数据库的根本特性。嵌入式数据库不但可以嵌入到各种软件中，也能嵌入到硬件中。

（2）可移植性

    可移植性是嵌入性的基本保证。嵌入式数据库必须能够支持各种硬件平台。

（3）实时性

    在嵌入式领域，实时性是一个重要的指标。所以嵌入式数据库也需要具有较高的实时性

能。

（4）伸缩性

    伸缩性使嵌入式数据库能够满足各种应用需要，提高嵌入式系统的性能。

（5）可移动性

    随着嵌入式系统的网络化发展，可移动性也正变得越来越重要。所以嵌入式数据库需要

满足可移动性的要求。

    为了更好的满足嵌入式应用的需求，嵌入式数据库本身需要具有企业级数据库的基本

功能（比如一致性、安全性等）。此外，嵌入式数据库也必须提供一套完整的 SQL 接口，以满足应用开发的需要。

    总而言之，嵌入式数据库的应用环境是非常苛刻的。嵌入式数据库需要在满足应用要

求的前提下保证高效的运行性能。

 

  根据应用方式的不同，嵌入式数据库可以大致分为以下几类：

（1）C/S 嵌入式数据库

    C/S嵌入式数据库可以看成是企业级数据库的一个精简版，一般运用在对实时性要求不

高的系统中。

（2）面向软件嵌入式数据库  

    面向软件嵌入式数据库以组件的形式嵌入到软件中，一般运用在对运行速度和安全性要

求较高的系统中。

（3）面向硬件嵌入式数据库

   面向硬件嵌入式数据库直接嵌入到硬件设备中，一般运用在对实时性和稳定性要求较高

的系统中。

（4）内存嵌入式数据库

   内存嵌入式数据库直接运行在内存中，所以运行性能非常高。但数据无法永久保存。

2. SQLite 介绍

  SQLite 是一款轻量级的开源嵌入式数据库，由 D.Richard Hipp在2000年发布。SQLite

使用方便，性能出众，广泛应用于消费电子、医疗、工业控制、军事等各种领域。QLite

主要具有以下特点：

（1）性能：SQLite 对数据库的访问性能很高，其运行速度比 Mysql、Postgre SQL 等开源数 据库要快很多。

（2）体积：SQLite的体积非常小巧，最低只需要几百K的内存就可以运行。

（3）可移植性：SQLite 的能支持各种 32 位和 64 位体系的硬件平台，也能在 Windows、

Linux、BSD、Mac OS、Solaries 等软件平台中运行。

（4）稳定性：SQLite 支持事务的 ACID 特性，既原子性、一致性、隔离性、持久性

（5）SQL 支持：SQLite支持 ANSI SQL92 中的大多数标准，提供了对子查询、视图、触发

 器等机制的支持。

（6）接口：SQLite 为 C、Java、PHP、Python、Tcl等多种语言提供了 API 接口。SQLite 总体采用了模块化设计，其结构如图 11-1 所示。

 

 （1）接口。接口由 SQLite  C  API 函数组成。所有的应用程序都必须通过接口访问

SQLite数据库。

 （2）编译器。编译器由词法分析、语法分析和中间代码生成三个模块组成。其中，词法分

析模块和语法分析模块负责检查 SQL 语句的语法，然后把生成的语法树传递给中间代码生

成模块。中间代码生成模块负责生成 SQLite 引擎可以识别的中间代码。

 （3）数据库引擎。数据库引擎是 SQLite 的核心，负责运行中间代码，指挥数据库的具体操作。

 （4）后台。后台由 B 树、页缓存和系统调用三个模块组成。其中，B 树负责维护索引，页缓存负责页面数据的传送，系统调用负责和操作系统交互，最终实现数据库的访问。

 

 

11.2 SQLite3 的使用

11.2.1 SQLite3 的命令

  SQLite3 是目前最新的 SQLite 版本。可以从 http://www.sqlite.org/download.html 网站上下载 SQLite3 的源代码（本书使用的版本是 sqlite-3.6.12.tar.gz）。

  解压缩后进入 sqlite-3.6.12 的根目录，首先命令“./configure”生成 Makefile 文件，接着运行命令“make”对源代码进行编译，最后运行命令“make install”安装 SQLite3。安装完毕后，可以运行命令 sqlite3 查看 SQLite3 是否能正常运行，如下所示：

[root@localhost ~]# sqlite3
SQLite version 3.6.12
Enter ".help" for instructions
Enter SQL statements terminated with a ";"
sqlite>

  可以看到，SQLite3 启动后会停留在提示符 sqlite>处，等待用户输入 SQL 语句。

  在使用 SQLite3 前需要先了解下 SQLite3 支持的数据类型。SQLite3 支持的基本数据类型主要有以下几类：

（1）NULL  

（2）NUMERIC

（3）INTEGER  

（4）REAL

（5）TEXT

SQLite3 会自动把其他数据类型转换成以上 5 类基本数据类型，转换规则如下所示：

（1）char、clob、test、varchar—> TEXT

（2）integer—>INTEGER

（3）real、double、float—> REAL l  

（4）blob—>NULL l  

（5）其余数据类型都转变成 NUMERIC

 

下面通过一个实例来演示 SQLite3 的使用方法。

（1）新建一个数据库

     新建数据库 test.db（使用.db 后缀是为了标识数据库文件）。在 test.db 中新建一个表test_table，该表具有 name,、sex、age 三列。SQLite3 的具体操作如下所示：

 [root@localhost home]# sqlite3 test.db
SQLite version 3.6.12
Enter ".help" for instructions
Enter SQL statements terminated with a ";"
sqlite> create table test_table(name, sex, age);

    如果数据库 test.db 已经存在，则命令“sqlite3 test.db”会在当前目录下打开 test.db。如果数据库 test.db 不存在，则命令“sqlite3 test.db”会在当前目录下新建数据库 test.db。为了提高效率，SQLite3 并不会马上创建 test.db，而是等到第一个表创建完成后才会在物理上创建数据库。

    由于 SQLite3 能根据插入数据的实际类型动态改变列的类型，所以在 create 语句中并不要求给出列的类型。

（2）创建索引

     为了加快表的查询速度，往往在主键上添加索引。如下所示的是在 name 列上添加索引的过程。

sqlite> create index test_index on test_table(name);

（3）操作数据

   如下所示的是在 test_table 中进行数据的插入、更新、删除操作：

sqlite> insert into test_table values ('xiaoming', 'male', 20);
sqlite> insert into test_table values ('xiaohong', 'female', 18);
sqlite> select * from test_table;
xiaoming|male|20
xiaohong|female|18
sqlite> update test_table set age=19 where name = 'xiaohong';
sqlite> select * from test_table; 258
xiaoming|male|20
xiaohong|female|19
sqlite> delete from test_table where name = 'xiaoming';
sqlite> select * from test_table;
xiaohong|female|19

 

（4）批量操作数据库

如下所示的是在 test_table 中连续插入两条记录：

sqlite> begin;
sqlite> insert into test_table values ('xiaoxue', 'female', 18);
sqlite> insert into test_table values ('xiaoliu', 'male', 20);
sqlite> commit;
sqlite> select * from test_table;
xiaohong|female|19
xiaoxue|male|18
xiaoliu|male|20

运行命令 commit 后，才会把插入的数据写入数据库中。

 

（5）数据库的导入导出

 如下所示的是把 test.db 导出到 sql 文件中：

[root@localhost home]# sqlite3 test.db ".dump" > test.sql;
test.sql 文件的内容如下所示：
BEGIN TRANSACTION;
CREATE TABLE test_table(name, sex, age);
INSERT INTO "test_table" VALUES('xiaohong','female',19);
CREATE INDEX test_index on test_table(name);
COMMIT;

如下所示的是导入 test.sql 文件（导入前删除原有的 test.db）：

[root@localhost home]# sqlite3 test.db < test.sql;

通过对 test.sql 文件的导入导出，可以实现数据库文件的备份。

 

11.2.2 SQLite3 的 C 接口

 以上介绍的是 SQLite3 数据库的命令操作方式。在实际使用中，一般都是应用程序需要对数据库进行访问。为此，SQLite3 提供了各种编程语言的使用接口（本书介绍 C 语言接口）。SQLite3 具有几十个 C 接口，下面介绍一些常用的 C 接口。

（1）sqlite_open

作用：打开 SQLite3 数据库

原型：int sqlite3_open(const char *dbname, sqlite3 **db)

参数： dbname：数据库的名称；

           db：数据库的句柄；

 

（2）sqlite_colse

作用：关闭 SQLite3 数据库

原型：int sqlite_close(sqlite3 *db)

例如： test.c：

#include 
#include 
static      sqlite3 *db=NULL;
 
int main()
{
     int rc;
     rc= sqlite3_open("test.db", &db);
     
     if(rc)
     {
        printf("can't open database!\n");
     }
     else 260
     {
        printf("open database success!\n");
     }
 
     sqlite3_close(db);
     return 0;
}

运行命令“gcc –o test test.c –lsqlite3”进行编译，运行 test 的结果如下所示：

[root@localhost home]# open database success!

（3） sqlite_exec

作用：执行 SQL 语句

原型：int sqlite3_exec(sqlite3 *db, const char *sql, int (*callback)(void*,int,char**,char**),

      void *, char **errmsg)

参数： db：数据库；

       sql：SQL 语句；

   callback：回滚；

   errmsg ：错误信息

   

例如：test.c：

#include 
#include 
 
static   sqlite3 *db=NULL;
static char *errmsg=NULL;
 
int main()
{
     int rc;
 
     rc = sqlite3_open("test.db", &db);
     rc = sqlite3_exec(db,"insert into test_table values('daobao', 'male', 24)", 0, 0, &errmsg);
 
     if(rc)
     {
        printf("exec fail!\n");
     }
     else
     {
        printf("exec success!\n");
     }
 
     sqlite3_close(db);
     return 0; 261
}

编译完成后，运行 test 的结果如下所示：

[root@localhost home]# ./test
exec success!
[root@localhost home]# sqlite3 test.db
SQLite version 3.6.11
Enter ".help" for instructions
Enter SQL statements terminated with a ";"
sqlite> select * from test_table;
daobao|male|24

（4）sqlite3_get_table

作用：执行 SQL 查询

原型：int sqlite3_get_table(sqlite3 *db,  const char *z Sql, char ***paz Result,  int  *pn Row,              int *pn Column, char **pz Errmsg)

参数：db：数据库；

      z Sql：SQL 语句；

      paz Result：查询结果集；

      pn Row：结果集的行数；

      pn Column：结果集的列数；

      errmsg：错误信息；

 

（5）sqlite3_free_table

作用：注销结果集

 

原型：void sqlite3_free_table(char **result)

参数：result：结果集；

例如： test.c：

#include 
#include 
 
static   sqlite3 *db=NULL;
static char **Result=NULL;
static char *errmsg=NULL;
 
int main()
{
    int rc, i, j;
    int nrow;
    int ncolumn;
 
    rc= sqlite3_open("test.db", &db);
    rc= sqlite3_get_table(db, "select * from test_table", &Result, &nrow, &ncolumn,  
&errmsg);  262
 
     if(rc)
     {
        printf("query fail!\n");
     }
     else
     {
        printf("query success!\n");
        for(i = 1; i <= nrow; i++)
        {
           for(j = 0; j < ncolumn; j++)
           {
              printf("%s | ", Result[i * ncolumn + j]);
           }
           printf("\n");
        }
     }
 
     sqlite3_free_table(Result);
     sqlite3_close(db);
     return 0;
}

编译完成后，运行 test 的结果如下所示：

[root@localhost home]# ./test
query success!
xiaohong | female | 19 |
xiaoxue | female | 18 |
xiaoliu | male | 20 |
daobao | male | 24 |

（6）sqlite3_prepare

作用：把 SQL 语句编译成字节码，由后面的执行函数去执行

原型：int sqlite3_prepare(sqlite3 *db, const char *z Sql, int n Byte, sqlite3_stmt **stmt, const

char **p Tail)

参数：db：数据库；

      z Sql：SQL 语句；

      n Byte：SQL 语句的最大字节数；

      stmt：Statement 句柄；

      p Tail：SQL 语句无用部分的指针；

 

（7）sqlite3_step

作用：步步执行 SQL 语句字节码

原型：int sqlite3_step (sqlite3_stmt *)

例如： test.c：

#include 
#include 
 
static   sqlite3 *db=NULL;
static   sqlite3_stmt *stmt=NULL;
 
int main()
{
     int rc, i, j;
     int ncolumn;
 
     rc= sqlite3_open("test.db", &db);
     rc=sqlite3_prepare(db,"select * from test_table",-1,&stmt,0);
 
     if(rc)
     {
        printf("query fail!\n");
     }
     else
     {
        printf("query success!\n");
        rc=sqlite3_step(stmt);
        ncolumn=sqlite3_column_count(stmt);
        while(rc==SQLITE_ROW)
        {
           for(i=0; i<2; i++)
           {
               printf("%s | ", sqlite3_column_text(stmt,i));
           }
           printf("\n");
           rc=sqlite3_step(stmt);
        }
     }
 
     sqlite3_finalize(stmt);
     sqlite3_close(db);
     return 0;
}

编译完成后，运行 test 的结果如下所示：

[root@localhost home]# ./test
query success!
xiaohong | female | 19 |
xiaoxue | female | 18 |
xiaoliu | male | 20 |

在程序中访问 SQLite3 数据库时，要注意 C API 的接口定义和数据类型是否正确，否则会得到错误的访问结果。