【成人版python基础入门】第八章 SQLAlchemy——与数据库的“心灵交流”

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SQLAlchemy——与数据库的“心灵交流”

在 Python 生态系统中，有许多优秀的库可以帮助开发者与数据库进行交互，而 SQLAlchemy 无疑是最闪耀的明星之一。它不仅仅是一个简单的数据库连接库，更像是一个桥梁，让 Python 代码和数据库之间实现了“心灵交流”。本文将带你深入了解 SQLAlchemy 的特点和优势，学习如何安装和使用 SQLAlchemy，通过一个实际的代码示例展示如何创建一个待办事项应用，帮助你在数据库开发中更加得心应手。

SQLAlchemy 简介

特点

ORM（对象关系映射）：SQLAlchemy 最显著的特点是其强大的 ORM 功能，使得开发者可以通过 Python 对象来操作数据库，而无需直接编写复杂的 SQL 语句。
灵活性：SQLAlchemy 支持多种数据库，包括 SQLite、MySQL、PostgreSQL 等，为你提供了非常大的灵活性。
事务管理：它内置了事务管理功能，确保数据库操作的一致性和完整性。
查询语言：SQLAlchemy 提供了丰富的查询语言，使得查询操作更加简洁和直观。
性能优化：虽然 SQLAlchemy 提供了高级的功能，但它在性能优化方面也做得非常出色，能够生成高效的 SQL 语句。

优势

减少重复代码：通过 ORM，开发者可以减少大量的重复 SQL 代码。
增强代码可读性：SQLAlchemy 的模型和查询语句更加直观和易读。
跨数据库支持：同一个代码可以在不同的数据库之间切换，无需重写逻辑。
强大的社区支持：SQLAlchemy 拥有庞大的社区，可以轻松获取帮助和资源。

风趣的例子

想象一下，你是一名魔法师，拥有一本魔法书（数据库），但这本书是用一种古老的语言（SQL）写的，你很难理解。这时，一位智慧的长老给了你一个魔法指南（SQLAlchemy），这本指南能够将古老的魔法书翻译成你熟悉的语言，使得你能够更加轻松地施展魔法。SQLAlchemy 就是这本魔法指南，它让你能够用 Python 对象来操作数据库，而无需直接接触复杂的 SQL 语句。

安装 SQLAlchemy

安装步骤

打开魔法洞穴（命令行）：
- Windows：点击 Win + R，输入 cmd 或 PowerShell，按回车键。
- macOS 和 Linux：打开 Terminal。
安装 SQLAlchemy：

在现代的魔法世界中，我们使用 pip 来安装 SQLAlchemy。就像一位魔法师从魔法商店购买魔法道具一样简单。
```
pip install sqlalchemy
```
安装 SQLite 数据库驱动：

虽然 SQLite 通常是预装的，但为了确保一切顺利，我们还是安装一下 SQLite 数据库驱动。
```
pip install sqlite
```

交互式连接和操作

现在，我们已经准备好了一切魔法工具，让我们来展示如何使用 SQLAlchemy 连接和操作 SQLite 数据库。

# main.py
from sqlalchemy import create_engine, Column, Integer, String, ForeignKey
from sqlalchemy.ext.declarative import declarative_base
from sqlalchemy.orm import sessionmaker, relationship

# 创建引擎
engine = create_engine('sqlite:///example.db', echo=True)

# 创建基类
Base = declarative_base()

# 创建会话工厂
Session = sessionmaker(bind=engine)
session = Session()

create_engine：创建一个数据库引擎。echo=True 参数使 SQLAlchemy 在执行 SQL 语句时打印出来，方便调试。
declarative_base：创建一个基类，所有数据库模型都继承自这个基类。
sessionmaker：创建一个会话工厂，用于管理数据库会话。
Session：创建一个会话对象，用于执行数据库操作。

定义模型

在 SQLAlchemy 中，定义模型是一件非常简单的事情。我们只需要创建一个继承自 Base 的类，并使用 Column 来定义表的列。

示例：定义一个书籍模型

class Book(Base):
    __tablename__ = 'books'

    id = Column(Integer, primary_key=True)
    title = Column(String, nullable=False)
    author = Column(String, nullable=False)
    publication_year = Column(Integer)

    def __repr__(self):
        return f"<Book(title='{self.title}', author='{self.author}', publication_year={self.publication_year})>"

# 创建表
Base.metadata.create_all(engine)

__tablename__：指定表的名称。
Column：定义表的列。Integer 表示整数类型，String 表示文本类型，primary_key=True 表示该列是主键，nullable=False 表示该列不允许为空。
Base.metadata.create_all(engine)：根据定义的模型创建表。

链接模型

如果你有多个表需要链接，可以使用 ForeignKey 和 relationship。例如，我们可以定义一个作者模型，并将其与书籍模型链接。

class Author(Base):
    __tablename__ = 'authors'

    id = Column(Integer, primary_key=True)
    name = Column(String, nullable=False)
    books = relationship('Book', back_populates='author')

    def __repr__(self):
        return f"<Author(name='{self.name}')>"

class Book(Base):
    __tablename__ = 'books'

    id = Column(Integer, primary_key=True)
    title = Column(String, nullable=False)
    publication_year = Column(Integer)
    author_id = Column(Integer, ForeignKey('authors.id'))
    author = relationship('Author', back_populates='books')

    def __repr__(self):
        return f"<Book(title='{self.title}', publication_year={self.publication_year}, author='{self.author.name}')>"

# 创建表
Base.metadata.create_all(engine)

ForeignKey('authors.id')：指定 author_id 列为外键，引用 authors 表的 id 列。
relationship('Author', back_populates='books')：定义 Book 和 Author 之间的关系，并指定反向关系。

CRUD 操作

增加（Create）

在 SQLAlchemy 中，插入数据非常简单。你只需要创建一个模型对象，并使用 session.add 方法将其添加到会话中，最后调用 session.commit 提交事务。

# 创建一个作者
author = Author(name='Guido van Rossum')
session.add(author)
session.commit()

# 创建一本书
book = Book(title='Python 编程', publication_year=1991, author=author)
session.add(book)
session.commit()

查询（Read）

查询数据也非常直观。你可以使用 session.query 方法来查询数据，并使用 filter、filter_by 等方法来过滤结果。

# 查询所有书籍
books = session.query(Book).all()
print('所有书籍：')
for book in books:
    print(book)

# 查询特定作者的书籍
author_books = session.query(Book).filter_by(author=author).all()
print('特定作者的书籍：')
for book in author_books:
    print(book)

# 使用 filter 进行复杂查询
books_2000_plus = session.query(Book).filter(Book.publication_year > 1999).all()
print('2000 年以后出版的书籍：')
for book in books_2000_plus:
    print(book)

更新（Update）

更新数据也非常简单。你只需要查询到要更新的对象，修改其属性，然后提交事务。

# 更新书籍信息
book.title = 'Python 编程指南'
session.commit()
print('更新后的书籍：')
print(book)

删除（Delete）

删除数据同样简单。你只需要查询到要删除的对象，使用 session.delete 方法将其删除，然后提交事务。

# 删除书籍
session.delete(book)
session.commit()
print('删除后的书籍：')
books = session.query(Book).all()
for book in books:
    print(book)

风趣的例子

想象一下，你是一个图书管理员，使用 SQLAlchemy 管理图书馆的书籍。你可以轻松地添加新书、查询书籍信息、更新书籍信息，甚至删除不再需要的书籍。所有的操作都像在 Python 代码中管理对象一样简单，不再需要复杂的 SQL 语句。SQLAlchemy 就像是你的魔法助手，让你能够更加高效地管理图书馆。

代码样例：利用 SQLAlchemy 创建一个待办事项应用

项目结构

一个简单的待办事项项目结构如下：

todo_app/
    main.py
    todo.db

创建项目

创建项目目录：
```
mkdir todo_app
cd todo_app
```
创建数据库文件：
```
touch todo.db
```

编写代码

编辑 main.py 文件，编写以下代码：

# main.py
from sqlalchemy import create_engine, Column, Integer, String, Boolean
from sqlalchemy.ext.declarative import declarative_base
from sqlalchemy.orm import sessionmaker

# 创建引擎
engine = create_engine('sqlite:///todo.db', echo=True)

# 创建基类
Base = declarative_base()

# 创建会话工厂
Session = sessionmaker(bind=engine)
session = Session()

# 定义待办事项模型
class TodoItem(Base):
    __tablename__ = 'todo_items'

    id = Column(Integer, primary_key=True)
    title = Column(String, nullable=False)
    completed = Column(Boolean, default=False)

    def __repr__(self):
        status = '已完成' if self.completed else '未完成'
        return f"<TodoItem(title='{self.title}', status={status})>"

# 创建表
Base.metadata.create_all(engine)

def add_todo_item(title):
    """ 添加待办事项 """
    item = TodoItem(title=title)
    session.add(item)
    session.commit()
    print(f'待办事项 {title} 添加成功')

def get_all_todo_items():
    """ 查询所有待办事项 """
    items = session.query(TodoItem).all()
    return items

def get_todo_item_by_id(item_id):
    """ 根据 ID 查询待办事项 """
    item = session.query(TodoItem).get(item_id)
    return item

def update_todo_item(item_id, title=None, completed=None):
    """ 更新待办事项 """
    item = get_todo_item_by_id(item_id)
    if item:
        if title:
            item.title = title
        if completed is not None:
            item.completed = completed
        session.commit()
        print(f'待办事项 {item_id} 更新成功')
    else:
        print(f'没有找到 ID 为 {item_id} 的待办事项')

def delete_todo_item(item_id):
    """ 删除待办事项 """
    item = get_todo_item_by_id(item_id)
    if item:
        session.delete(item)
        session.commit()
        print(f'待办事项 {item_id} 删除成功')
    else:
        print(f'没有找到 ID 为 {item_id} 的待办事项')

def main():
    # 添加几个待办事项
    add_todo_item('学习 Python')
    add_todo_item('写论文')
    add_todo_item('锻炼身体')

    # 查询所有待办事项
    items = get_all_todo_items()
    print('所有待办事项：')
    for item in items:
        print(item)

    # 更新特定待办事项
    update_todo_item(1, title='学习 SQLAlchemy', completed=True)

    # 再次查询所有待办事项
    items = get_all_todo_items()
    print('更新后的所有待办事项：')
    for item in items:
        print(item)

    # 删除特定待办事项
    delete_todo_item(2)

    # 最后再次查询所有待办事项
    items = get_all_todo_items()
    print('删除后的所有待办事项：')
    for item in items:
        print(item)

if __name__ == '__main__':
    main()

运行项目

保存代码：将上述代码保存为 main.py。
运行脚本：
```
python main.py
```

查看结果：脚本运行后，你将在控制台中看到以下输出：

数据库连接成功
待办事项 学习 Python 添加成功
待办事项 写论文 添加成功
待办事项 锻炼身体 添加成功
所有待办事项：
<TodoItem(title='学习 Python', status=False)>
<TodoItem(title='写论文', status=False)>
<TodoItem(title='锻炼身体', status=False)>
待办事项 1 更新成功
更新后的所有待办事项：
<TodoItem(title='学习 SQLAlchemy', status=True)>
<TodoItem(title='写论文', status=False)>
<TodoItem(title='锻炼身体', status=False)>
待办事项 2 删除成功
删除后的所有待办事项：
<TodoItem(title='学习 SQLAlchemy', status=True)>
<TodoItem(title='锻炼身体', status=False)>

摘要

SQLAlchemy 是 Python 编程语言中非常流行的一个 ORM（对象关系映射）工具，它让 Python 代码和数据库之间实现了“心灵交流”。通过本文，你学会了如何安装 SQLAlchemy，如何定义数据库模型，以及如何执行常见的数据库操作，如增加、查询、更新和删除数据。我们通过一个实际的代码示例，展示了一个待办事项应用的创建过程，展示了 SQLAlchemy 的实用性和简洁性。

希望本文能够帮助你快速入门 SQLAlchemy，提高你的数据库开发效率。站在 SQLAlchemy 的肩膀上，你不仅能快速地实现数据存储功能，还能更好地理解和管理复杂的数据关系。继续探索 SQLAlchemy 的更多功能，你会发现，它不仅强大，而且充满魅力。祝你在数据库开发的道路上越走越远，成为一名优秀的 Python 数据库开发者！

posted @ 2025-01-25 10:06 爱上编程技术阅读(8) 评论(0) 编辑收藏举报来源

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示例：定义一个书籍模型

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