数据库编程：从SQLite基础到C语言集成

一、数据库概述

1.1 数据库的定义与作用

数据库（Database）是一种按照数据结构来组织、存储和管理数据的软件系统。它能够高效地处理大批量数据，提供数据持久化、快速检索、并发控制、安全性保障等功能，是应用程序与数据之间的桥梁。

1.2 数据库的分类

根据数据组织方式，数据库主要分为两类：

• 关系型数据库：基于关系模型，使用表格（二维表）存储数据，表与表之间通过外键等约束建立关联。常见的有：

  • Oracle：大型企业级数据库，功能强大但资源占用高。

  • MySQL：开源广泛使用，适用于Web应用。

  • SQL Server：微软产品，与.NET生态集成良好。

  • SQLite：轻量级嵌入式数据库，无需独立服务进程，直接集成到应用程序中。

• 非关系型数据库：以键值对、文档、列族或图结构存储数据，适用于高并发、海量数据的场景。如Redis（键值存储）、MongoDB（文档型）等。

本次学习主要围绕SQLite展开，因为它轻巧、无需配置、支持标准SQL，非常适合嵌入式设备和桌面应用开发。

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二、SQLite数据库基础

2.1 SQLite的特点

• 零配置：不需要安装和配置服务器，数据库就是一个单一的文件。

• 跨平台：支持Windows、Linux、macOS等多种操作系统。

• 轻量级：代码库小（约250KB），内存占用低。

• 支持SQL：实现了大部分SQL-92标准，支持事务（ACID）。

• C语言接口：提供原生C API，便于嵌入式开发。

2.2 SQLite的安装（Ubuntu环境）

在Linux系统中，通过apt-get工具集安装SQLite及相关开发包：

sudo apt-get install sqlite3          # SQLite命令行工具
sudo apt-get install libsqlite3-dev   # SQLite开发库（供C语言调用）
sudo apt-get install sqlitebrowser    # 图形化管理工具（可选）

安装完成后，终端输入sqlite3即可进入交互式命令行环境。

2.3 SQLite常用命令

在sqlite3提示符下，以点号开头的命令用于管理数据库，常见的有：

命令	功能
.databases	列出当前打开的数据库文件
.tables	显示所有表名
.header on/off	开启/关闭查询结果头部显示
.mode MODE	设置输出格式，如csv、column、list等
.schema [表名]	显示创建表的SQL语句
.quit	退出sqlite3

例如，设置列对齐显示：

sqlite> .header on
sqlite> .mode column

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三、SQL语句详解

SQL（Structured Query Language）是操作关系型数据库的标准语言。以下通过一个学生信息表student来演示常用操作。

3.1 数据定义语言（DDL）

创建表

CREATE TABLE student (
    学号 INTEGER PRIMARY KEY,
    姓名 TEXT,
    性别 TEXT,
    年龄 INTEGER,
    成绩 INTEGER
);

• PRIMARY KEY约束指定学号为主键，唯一标识一条记录。

• SQLite支持的数据类型：INTEGER、REAL、TEXT（实际上SQLite采用动态类型，但建议明确声明）。

删除表

DROP TABLE student;

3.2 数据操作语言（DML）

插入数据

• 全字段插入：INSERT INTO student VALUES (1002, '李四', '女', 13, 80);

• 部分字段插入：INSERT INTO student (学号, 姓名, 性别) VALUES (1009, '熊大', '男');

删除数据

DELETE FROM student WHERE 姓名 = '赵五';

更新数据

UPDATE student SET 年龄 = 16, 成绩 = 85 WHERE 姓名 = '熊大';

3.3 数据查询语言（DQL）

基本查询

SELECT * FROM student;                           -- 查询所有列
SELECT 学号, 成绩 FROM student;                   -- 查询指定列
SELECT 姓名 FROM student WHERE 成绩 < 60 AND 性别 = '男';  -- 带条件查询
SELECT 姓名 FROM student WHERE 姓名 LIKE '%田%';   -- 模糊查询

排序

SELECT 学号, 姓名 FROM student WHERE 成绩 > 60 ORDER BY 成绩 DESC;  -- 降序
SELECT 学号, 姓名 FROM student WHERE 成绩 > 60 ORDER BY 成绩 ASC;   -- 升序

3.4 多表联合查询

实际应用中数据往往分散在多个表中，需要通过连接（JOIN）获取完整信息。假设有以下三表：

• 学生信息表：学生信息(学号, 姓名, ...)

• 课程表：学生课程(编号, 名称)

• 成绩表：学生成绩(学号, 课程编号, 成绩)

交叉连接（CROSS JOIN）

返回两表的笛卡尔积，较少使用。

SELECT 学生信息.姓名 AS 姓名, 学生课程.名称 AS 课程
FROM 学生信息 CROSS JOIN 学生课程;

内连接（INNER JOIN）

返回两表中满足连接条件的记录。

SELECT 学生信息.姓名 AS 姓名, 学生成绩.成绩 AS 成绩
FROM 学生信息 INNER JOIN 学生成绩 ON 学生信息.学号 = 学生成绩.学号;

左外连接（LEFT OUTER JOIN）

返回左表全部记录，右表无匹配时填充NULL。

SELECT 学生信息.姓名 AS 姓名, 学生成绩.成绩 AS 成绩
FROM 学生信息 LEFT OUTER JOIN 学生成绩 ON 学生信息.学号 = 学生成绩.学号;

三表联合查询

SELECT 学生信息.姓名 AS 姓名, 学生课程.名称 AS 课程, 学生成绩.成绩 AS 成绩
FROM 学生信息
LEFT OUTER JOIN 学生成绩 ON 学生信息.学号 = 学生成绩.学号
LEFT OUTER JOIN 学生课程 ON 学生成绩.课程编号 = 学生课程.编号
WHERE 成绩 > 60
ORDER BY 成绩 DESC;

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四、C语言数据库编程（SQLite API）

SQLite提供了一套C语言接口，允许程序直接操作数据库。核心API如下：

4.1 打开数据库：sqlite3_open

int sqlite3_open(const char *filename, sqlite3 **ppDb);

• 功能：打开（或创建）一个SQLite数据库文件，返回数据库句柄sqlite3 *。

• 返回值：成功返回SQLITE_OK，否则返回错误码。

4.2 错误处理：sqlite3_errmsg

const char *sqlite3_errmsg(sqlite3 *db);

• 功能：根据数据库句柄获取最后一次操作的错误描述。

4.3 执行SQL语句：sqlite3_exec

int sqlite3_exec(
    sqlite3 *db,                                  /* 数据库句柄 */
    const char *sql,                              /* 要执行的SQL语句 */
    int (*callback)(void*, int, char**, char**),  /* 回调函数（处理查询结果） */
    void *arg,                                     /* 传递给回调函数的参数 */
    char **errmsg                                  /* 错误信息指针 */
);

• 该函数可以执行任何SQL语句（DDL、DML、DQL）。

• 对于SELECT语句，每检索到一行就会调用一次回调函数。回调函数原型：

  int callback(void *arg, int nColumns, char **colValues, char **colNames);

  • arg：用户传入的参数。

  • nColumns：当前行的列数。

  • colValues：字符串数组，存放各列的值。

  • colNames：字符串数组，存放各列的字段名。

  • 返回值：0表示继续处理后续行，非0则终止查询。

4.4 释放错误信息：sqlite3_free

void sqlite3_free(void *ptr);

• 用于释放sqlite3_exec中由errmsg分配的内存。

4.5 关闭数据库：sqlite3_close

int sqlite3_close(sqlite3 *db);

• 关闭数据库连接，释放资源。

4.6 示例：查询学生信息

#include <stdio.h>
#include <sqlite3.h>

int callback(void *arg, int nCol, char **val, char **colName) {
    for (int i = 0; i < nCol; i++)
        printf("%s = %s\n", colName[i], val[i] ? val[i] : "NULL");
    printf("\n");
    return 0;
}

int main() {
    sqlite3 *db;
    char *errmsg = NULL;
    int rc = sqlite3_open("test.db", &db);
    if (rc != SQLITE_OK) {
        fprintf(stderr, "Can't open database: %s\n", sqlite3_errmsg(db));
        return 1;
    }

    const char *sql = "SELECT * FROM student;";
    rc = sqlite3_exec(db, sql, callback, NULL, &errmsg);
    if (rc != SQLITE_OK) {
        fprintf(stderr, "SQL error: %s\n", errmsg);
        sqlite3_free(errmsg);
    }

    sqlite3_close(db);
    return 0;
}

编译时需要链接SQLite库：

gcc example.c -lsqlite3 -o example

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五、实践作业分析

本次学习的作业之一是构建一个单词查询系统，要求：

1. 将单词文件中的所有单词和含义插入到数据库中。

2. 从终端输入单词，通过数据库查找对应的含义并打印；若无匹配则提示输入有误。