嵌入式資料庫介紹

隨著電子技術的飛速發展，嵌入式系統中的儲存器容量和效能也在迅速提高，這為擴大嵌入式的應用領域提供了必要的物理基礎。展望未來，嵌入式系統正在向網路化、智慧化等高階應用方向發展。在這個發展過程中，嵌入式系統內的資料量會急劇膨脹。因此，嵌入式資料庫的作用將會變得越來越重要。

由於嵌入式平臺和應用領域的多樣化，所以嵌入式資料庫的體系結構與執行模式和企業級資料庫有很大的區別。嵌入式資料庫的主要特性如下：

（1）嵌入性

嵌入性是嵌入式資料庫的根本特性。嵌入式資料庫不但可以嵌入到各種軟體中，也能嵌入到硬體中。

（2）可移植性

可移植性是嵌入性的基本保證。嵌入式資料庫必須能夠支援各種硬體平臺。

（3）實時性

在嵌入式領域，實時性是一個重要的指標。所以嵌入式資料庫也需要具有較高的實時效能。

（4）伸縮性

伸縮性使嵌入式資料庫能夠滿足各種應用需要，提高嵌入式系統的效能。

（5）可移動性

隨著嵌入式系統的網路化發展，可移動性也正變得越來越重要。所以嵌入式資料庫需要滿足可移動性的要求。

為了更好的滿足嵌入式應用的需求，嵌入式資料庫本身需要具有企業級資料庫的基本功能（比如一致性、安全性等）。此外，嵌入式資料庫也必須提供一套完整的SQL介面，以滿足應用開發的需要。

總而言之，嵌入式資料庫的應用環境是非常苛刻的。嵌入式資料庫需要在滿足應用要求的前提下保證高效的執行效能。

根據應用方式的不同，嵌入式資料庫可以大致分為以下幾類：

（1）C/S嵌入式資料庫

   C/S嵌入式資料庫可以看成是企業級資料庫的一個精簡版，一般運用在對實時性要求不高的系統中。

（2）面向軟體嵌入式資料庫

    面向軟體嵌入式資料庫以元件的形式嵌入到軟體中，一般運用在對執行速度和安全性要求較高的系統中。

（3）面向硬體嵌入式資料庫

面向硬體嵌入式資料庫直接嵌入到硬體裝置中，一般運用在對實時性和穩定性要求較高的系統中。

（4）記憶體嵌入式資料庫

    記憶體嵌入式資料庫直接執行在記憶體中，所以執行效能非常高。但資料無法永久儲存。

2. SQLite介紹

SQLite是一款輕量級的開源嵌入式資料庫，由D.Richard Hipp在2000年釋出。SQLite使用方便，效能出眾，廣泛應用於消費電子、醫療、工業控制、軍事等各種領域。SQLite主要具有以下特點：

l  效能：SQLite對資料庫的訪問效能很高，其執行速度比Mysql、PostgreSQL等開源數

據庫要快很多。

l  體積：SQLite的體積非常小巧，最低只需要幾百K的記憶體就可以執行。

l  可移植性：SQLite的能支援各種32位和64位體系的硬體平臺，也能在Windows、Linux、

BSD、Mac OS、Solaries等軟體平臺中執行。

l  穩定性：SQLite支援事務的ACID特性，既原子性、一致性、隔離性、永續性

l  SQL支援：SQLite支援ANSI SQL92中的大多數標準，提供了對子查詢、檢視、觸發

器等機制的支援。

l  介面：SQLite為C、Java、PHP、Python、Tcl等多種語言提供了API介面。

SQLite總體採用了模組化設計

（1）介面。介面由SQLite C API函式組成。所有的應用程式都必須通過介面訪問SQLite資料庫。

（2）編譯器。編譯器由詞法分析、語法分析和中間程式碼生成三個模組組成。其中，詞法分析模組和語法分析模組負責檢查SQL語句的語法，然後把生成的語法樹傳遞給中間程式碼生成模組。中間程式碼生成模組負責生成SQLite引擎可以識別的中間程式碼。

（3）資料庫引擎。資料庫引擎是SQLite的核心，負責執行中間程式碼，指揮資料庫的具體操作。

（4）後臺。後臺由B樹、頁快取和系統呼叫三個模組組成。其中，B樹負責維護索引，頁快取負責頁面資料的傳送，系統呼叫負責和作業系統互動，最終實現資料庫的訪問。

11.2 SQLite3的使用

11.2.1 SQLite3的命令

解壓縮後進入sqlite-3.6.12的根目錄，首先命令“./configure”生成Makefile檔案，接著執行命令“make”對原始碼進行編譯，最後執行命令“make install”安裝SQLite3。安裝完畢後，可以執行命令sqlite3檢視SQLite3是否能正常執行，如下所示：

[[email protected] ~]#sqlite3

SQLite version 3.6.12

Enter".help" for instructions

Enter SQLstatements terminated with a ";"

sqlite>

可以看到，SQLite3啟動後會停留在提示符sqlite>處，等待使用者輸入SQL語句。

在使用SQLite3前需要先了解下SQLite3支援的資料型別。SQLite3支援的基本資料型別主要有以下幾類：

l  NULL

l  NUMERIC

l  INTEGER

l  REAL

l  TEXT

SQLite3會自動把其他資料型別轉換成以上5類基本資料型別，轉換規則如下所示：

l  char、clob、test、varchar—> TEXT

l  integer—>INTEGER

l  real、double、float—> REAL

l  blob—>NULL

l  其餘資料型別都轉變成NUMERIC

下面通過一個例項來演示SQLite3的使用方法。

（1）      新建一個數據庫

新建資料庫test.db（使用.db字尾是為了標識資料庫檔案）。在test.db中新建一個表test_table，該表具有name,、sex、age三列。SQLite3的具體操作如下所示：

[[email protected]]# sqlite3 test.db

SQLite version 3.6.12

Enter".help" for instructions

Enter SQLstatements terminated with a ";"

sqlite>create table test_table(name, sex, age);

如果資料庫test.db已經存在，則命令“sqlite3 test.db”會在當前目錄下開啟test.db。如果資料庫test.db不存在，則命令“sqlite3 test.db”會在當前目錄下新建資料庫test.db。為了提高效率，SQLite3並不會馬上建立test.db，而是等到第一個表建立完成後才會在物理上建立資料庫。

由於SQLite3能根據插入資料的實際型別動態改變列的型別，所以在create語句中並不要求給出列的型別。

（2）      建立索引

為了加快表的查詢速度，往往在主鍵上新增索引。如下所示的是在name列上新增索引的過程。

sqlite>create index test_index on test_table(name);

（3）      操作資料

如下所示的是在test_table中進行資料的插入、更新、刪除操作：

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;

xiaoming|male|20

xiaohong|female|19

sqlite>delete from test_table where name = 'xiaoming';

sqlite>select * from test_table;

xiaohong|female|19

（4）      批量操作資料庫

如下所示的是在test_table中連續插入兩條記錄：

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

執行命令commit後，才會把插入的資料寫入資料庫中。

（5）      資料庫的匯入匯出

如下所示的是把test.db匯出到sql檔案中：

[[email protected]]# sqlite3 test.db ".dump" > test.sql;

test.sql檔案的內容如下所示：

BEGINTRANSACTION;

CREATE TABLEtest_table(name, sex, age);

INSERT INTO"test_table" VALUES('xiaohong','female',19);

CREATE INDEXtest_index on test_table(name);

COMMIT;

如下所示的是匯入test.sql檔案（匯入前刪除原有的test.db）：

[[email protected]]# sqlite3 test.db < test.sql;

通過對test.sql檔案的匯入匯出，可以實現資料庫檔案的備份。

11.2.2 SQLite3的C介面

以上介紹的是SQLite3資料庫的命令操作方式。在實際使用中，一般都是應用程式需要對資料庫進行訪問。為此，SQLite3提供了各種程式語言的使用介面（本書介紹C語言介面）。SQLite3具有幾十個C介面，下面介紹一些常用的C介面。

l  sqlite_open

作用：開啟SQLite3資料庫

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

引數：

dbname：資料庫的名稱；

db：資料庫的控制代碼；

返回值：返回值的具體含義如表11-1所示：

表11-1

返回值	識別符號	含義
0	SQLITE_OK	操作成功
1	SQLITE_ERROR	操作失敗
2	SQLITE_INTERNAL	內部邏輯錯誤
3	SQLITE_PERM	訪問許可權錯誤
4	SQLITE_ABORT	操作異常
5	SQLITE_BUSY	資料庫被鎖定
6	SQLITE_LOCKED	表被鎖定
7	SQLITE_NOMEM	記憶體申請失敗
8	SQLITE_READONLY	寫只讀資料庫
9	SQLITE_INTERRUPT	內部中斷
10	SQLITE_IOERR	I/O錯誤
11	SQLITE_CORRUPT	資料庫映象格式錯誤
12	SQLITE_NOTFOUND	找不到檔案或資料
13	SQLITE_FULL	資料庫已滿
14	SQLITE_CANTOPEN	無法開啟資料庫檔案
15	SQLITE_PROTOCOL	鎖協議出錯
16	SQLITE_EMPTY	表為空
17	SQLITE_SCHEMA	資料庫體系發生改變
18	SQLITE_TOOBIG	記錄資料溢位
19	SQLITE_CONSTRAINT	違反約束產生異常
20	SQLITE_MISMATCH	資料型別不匹配
21	SQLITE_MISUSE	資料庫使用不正確
22	SQLITE_NOLFS	系統不支援
23	SQLITE_AUTH	未獲授權
100	SQLITE_ROW	sqlite_step()
101	SQLITE_DONE	sqlite_step()結束執行

l  sqlite_colse

作用：關閉SQLite3資料庫

原型：int sqlite_close(sqlite3 *db)

例如：

l  test.c：

#include <stdio.h>

#include <sqlite3.h>

static    sqlite3 *db=NULL;

int main()

{

   int rc;

   rc= sqlite3_open("test.db", &db);

   if(rc)

   {

      printf("can't open database!\n");

   }

   else

   {

      printf("open database success!\n");

   }

   sqlite3_close(db);

   return 0;

}

執行命令“gcc –o test test.c –lsqlite3”進行編譯，執行test的結果如下所示：

[[email protected]]# open database success!

l  sqlite_exec

作用：執行SQL語句

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

引數：

db：資料庫；

sql：SQL語句；

callback：回滾；

errmsg：錯誤資訊

例如：

l  test.c：

#include <stdio.h>

#include <sqlite3.h>

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;

}

編譯完成後，執行test的結果如下所示：

[[email protected]]# ./test

exec success!

[[email protected]]# sqlite3 test.db

SQLite version 3.6.11

Enter".help" for instructions

Enter SQLstatements terminated with a ";"

sqlite>select * from test_table;

daobao|male|24

l  sqlite3_get_table

作用：執行SQL查詢

原型：int sqlite3_get_table(sqlite3 *db, const char *zSql, char***pazResult, int *pnRow,            int *pnColumn,char **pzErrmsg)

引數：

db：資料庫；

zSql：SQL語句；

pazResult：查詢結果集；

pnRow：結果集的行數；

pnColumn：結果集的列數；

errmsg：錯誤資訊；

l  sqlite3_free_table

作用：登出結果集

原型：void sqlite3_free_table(char **result)

引數：

result：結果集；

例如：

l  test.c：

#include <stdio.h>

#include <sqlite3.h>

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);

    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;

}

編譯完成後，執行test的結果如下所示：

[[email protected]]# ./test

query success!

xiaohong |female | 19 |

xiaoxue | female| 18 |

xiaoliu | male |20 |

daobao | male |24 |

l  sqlite3_prepare

作用：把SQL語句編譯成位元組碼，由後面的執行函式去執行

原型：int sqlite3_prepare(sqlite3 *db, const char *zSql, int nByte,sqlite3_stmt **stmt, const char **pTail)

引數：

db：資料庫；

zSql：SQL語句；

nByte：SQL語句的最大位元組數；

stmt：Statement控制代碼；

pTail：SQL語句無用部分的指標；

l  sqlite3_step

作用：步步執行SQL語句位元組碼

原型：int sqlite3_step (sqlite3_stmt *)

例如：

l  test.c：

#include<stdio.h>

#include<sqlite3.h>

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 * fromtest_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;

}

編譯完成後，執行test的結果如下所示：

[[email protected]]# ./test

query success!

xiaohong |female | 19 |

xiaoxue | female| 18 |

xiaoliu | male |20 |

daobao | male |24 |

    在程式中訪問SQLite3資料庫時，要注意C API的介面定義和資料型別是否正確，否則會得到錯誤的訪問結果。