小白python入门 - 25. SQL 与表设计入门

1. 先看一张「像 Excel」的表

上一课说了「为什么需要数据库」。本课不讲空道理，先看数据长什么样。

假设班级要记同学信息，在 Excel 里可能是这样：

学号	姓名	手机号
1	小明	13800001111
2	小红	13900002222
3	小刚	13700003333

在数据库里，这整张格子就叫一张 表（table）。可以把它想成：

表 ≈ 一张有表头的 Excel 工作表（比如叫 students）
列（column） ≈ 表头：学号、姓名、手机号（规定每一列存什么）
行（row） ≈ 表头下面的每一条记录：小明一行、小红一行

再记三个中文说法，后面会反复用到：

说法	是什么	上面例子
表	一类东西的清单	学生表
行 / 记录	清单里的一条	小明那一整行
列 / 字段	清单里的一种信息	「姓名」这一列

小练习（心里想） ：若再加一列「生日」，是加了一行还是一列？

答案：加的是一列（多了一种信息）；小明、小红各多一个生日格子，行数仍是 3。

2. 为什么要拆成多张表？（看坏例子）

Day24 的记账如果全塞进一张大表，可能变成：

流水号	用户姓名	用户邮箱	金额	备注
1	alice	alice@example.com	12.5	lunch
2	bob	bob@example.com	30.0	taxi
3	alice	alice@example.com	-5.0	refund

问题一眼能看出来：

alice 的邮箱写了两遍。她以后改邮箱，你要改两行（实际业务可能改几百行），漏改一行就乱了。
「人」和「一笔账」混在同一行，表又宽又难维护。

更好的做法（本课主线）：

表 1：users（只存「人」）

id	name	email
1	alice	alice@example.com
2	bob	bob@example.com

表 2：ledger（只存「账」）

id	user_id	amount	note
1	1	12.5	lunch
2	2	30.0	taxi
3	1	-5.0	refund

注意 ledger 里没有再写姓名、邮箱，只写了 user_id = 1 表示「属于 id 为 1 的用户」 。

1 就是指向 users 表里 alice 那一行的「门牌号」。

这样：

改 alice 邮箱 → 只改 users 里一行；
流水再多，也不用复制姓名邮箱。

3. 键、主键、外键------用「身份证 / 门牌号」理解

3.1 什么是「键」？

键不是键盘上的键，而是：用来认出某一行 、或把两张表对上号的那一列（或几列）。

最常见两种：

名称	白话	在本课例子里
主键（PRIMARY KEY）	这一行的「身份证号」，全表唯一	`users.id`、`ledger.id`
外键（FOREIGN KEY）	写在 A 表里、指向 B 表主键的「门牌号」	`ledger.user_id` → `users.id`

3.2 主键长什么样？

再看 users 表，把主键圈出来：

text 复制代码

users
+----+-------+---------------------+
| id | name  | email               |   ← 列名
+----+-------+---------------------+
| 1  | alice | alice@example.com   |   ← 第 1 行，主键是 1
| 2  | bob   | bob@example.com     |   ← 第 2 行，主键是 2
+----+-------+---------------------+
     ↑
   主键列：每人一个号，不重复、不能空

规则记三句就够：

主键用来唯一认出一行（不能两个人都是 id=1）。
主键不能为空（没有身份证号就无法认人）。
常用自增整数：插入时不写 id，数据库自动给 1、2、3...

SQL 里常见写法：

sql 复制代码

id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT

3.3 外键长什么样？

外键写在「多」的那一侧。一笔账属于一个用户 → 外键在流水表：

text 复制代码

users（被指向的表）              ledger（带着门牌号的表）
+----+-------+                 +----+---------+--------+--------+
| id | name  |                 | id | user_id | amount | note   |
+----+-------+                 +----+---------+--------+--------+
| 1  | alice |  <----+         | 1  |    1    |  12.5  | lunch  |
| 2  | bob   |  <----|----+    | 2  |    2    |  30.0  | taxi   |
+----+-------+       |    |    | 3  |    1    |  -5.0  | refund |
                     |    |    +----+---------+--------+--------+
                     |    |              ↑
                     |    +---- user_id=2 表示「bob 的账」
                     +--------- user_id=1 表示「alice 的账」

对照读一遍：

流水第 1 行：user_id = 1 → 去 users 找 id=1 → alice，午餐 12.5
流水第 2 行：user_id = 2 → bob，打车 30
流水第 3 行：又是 user_id = 1 → 还是 alice（一人可以有多笔账）

如果有人强行插入 user_id = 999，但 users 里没有 id=999 的人，这就是脏数据 。

打开外键约束后，数据库会直接拒绝，后面实践里你会看到报错：

IntegrityError: FOREIGN KEY constraint failed

3.4 和 Excel「VLOOKUP」的感觉类似

你在 Excel 里用学号去另一张表查姓名，就是「用编号把两张表对上」。

数据库的外键 + 查询，就是把这件事变成规则（不能指到不存在的学号），而不只靠人工小心。

4. SQL 是什么？（先建立地图）

SQL 是和数据库说话的专用语言。你写出「建什么表、查什么数据」，由数据库去执行，而不是自己用 Python 一行行扫文件。

本课只要分清四大类（后三类下节细讲）：

类别	人话	例子
DDL	定规矩：桌子长什么样	`CREATE TABLE users (...)`
DML	改数据：增删改格子里的值	`INSERT` / `UPDATE` / `DELETE`
DQL	查数据：把符合条件的行找出来	`SELECT ... FROM users`
DCL	谁能看、谁能改（权限）	后续课

本课工具仍是 SQLite （Python 自带 sqlite3，不用先装 MySQL）。

5. 建表语句怎么读？（对照真实例子）

下面这段 SQL 就是在「画表头 + 定规则」：

sql 复制代码

CREATE TABLE users (
    id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT,  -- 主键，自动 1,2,3...
    name TEXT NOT NULL,                    -- 姓名，不能空
    email TEXT NOT NULL UNIQUE             -- 邮箱，不能空，且不能重复
);

CREATE TABLE ledger (
    id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT,
    user_id INTEGER NOT NULL,              -- 存的是 users.id 的号码
    amount REAL NOT NULL,                  -- 金额
    note TEXT,                             -- 备注，允许空
    FOREIGN KEY (user_id) REFERENCES users(id)  -- 声明：user_id 必须在 users 里存在
);

逐项对照：

写法	意思	生活例子
`TEXT` / `INTEGER` / `REAL`	这列存文字 / 整数 / 小数	姓名、学号、金额
`NOT NULL`	这格不能空着	报名表「姓名」必填
`UNIQUE`	整列不能有重复值	邮箱不能两人相同
`PRIMARY KEY`	本表主键	每人唯一学号
`FOREIGN KEY ... REFERENCES`	外键指向哪张表的哪一列	成绩单上的学号必须在学生花名册里

类型入门记三样即可：

存什么	声明	例子
整数、编号	`INTEGER`	id、user_id、数量
小数	`REAL`	12.5 元
文字	`TEXT`	姓名、备注、邮箱

删表（表结构 + 里面所有数据都没）：

sql 复制代码

DROP TABLE IF EXISTS ledger;

改表结构用 ALTER TABLE，本课知道有这回事即可。

6. 表设计：三个「好习惯」（仍用例子）

习惯 1：一格只放一种信息

不好：爱好 一格写 "篮球,钢琴,编程"，以后很难查「所有喜欢编程的人」。

更好：爱好单独一张表，或先接受「本课不查爱好」------至少别在一格里塞一堆又当多个值用。

习惯 2：少复制会变的信息

不好：每笔流水都抄一遍用户邮箱。

更好：流水只存 user_id，邮箱只在 users 里存一份。

习惯 3：历史可以「拍快照」

订单打印小票时的「商品名称」可以抄一份存在订单里，这样商品以后改名，旧订单标题不变。

这是有意冗余，和「无害地到处复制邮箱」不同。

命名建议：表名、列名用小写英文 + 下划线，如 user_id、created_at，团队统一一种风格。

7. 画关系图（ER）：动笔前先想清楚

ER 草图 = 用方框和连线回答：有哪些「东西」？它们谁连谁？

三种常见关系（只记形状）：

关系	人话例子	外键放哪
1 对 1	一人一本护照	外键放任一侧，或两表合并
1 对多	一用户有多笔流水	外键放在「多」的那张表（流水表的 `user_id`）
多对多	学生选多门课，一门课很多学生	再加一张中间表，两头各一个外键

本课：用户 1 ------ 多流水

text 复制代码

  users                     ledger
+--------+                +----------+
| id (主键) | ←------门牌号------ | user_id(外键) |
| name     |                | amount     |
| email    |                | note       |
+--------+                +----------+
   1 人                        多 笔账

扩展：图书借阅（多对多）

一个读者可借多本书，一本书可被多人借过 → 中间表 loans：

text 复制代码

readers          loans                    books
+--------+     +-------------+          +--------+
| id     |←----| reader_id   |          | id     |
| name   |     | book_id     |----→     | title  |
+--------+     | borrowed_at |          +--------+
               +-------------+

中间表每一行的意思很具体：「某读者在某天借了某本书」。

8. 实践：亲手建「用户表 + 流水表」

8.0 运行环境说明

项目	要求
Python	3.10+（推荐 3.12）；标准库 `sqlite3`
工作目录	自拟，下文以 `~/python-lab/src/day25` 为例
Shell	Bash 兼容（支持 `mkdir`、`cat <<'EOF'`）

各系统建议：

系统	建议
Linux / macOS	系统终端 + `python3`
Windows	推荐 Cygwin （或 WSL）。不推荐在纯 CMD / 未配置 heredoc 的 PowerShell 中硬套 `cat <<`

bash 复制代码

mkdir -p ~/python-lab/src/day25
cd ~/python-lab/src/day25
python3 --version

8.1 一键生成并运行

脚本会：建库文件 shop.db → 建两张表 → 插入样例 → 打印表结构 → 按 user_id 对上姓名 → 故意插入不存在的用户看外键是否拦住。

bash 复制代码

cat > schema_demo.py << 'EOF'
# Day25: users + ledger schema demo
import sqlite3
from pathlib import Path

DB = Path(__file__).with_name("shop.db")


def main():
    if DB.exists():
        DB.unlink()
    conn = sqlite3.connect(DB)
    conn.execute("PRAGMA foreign_keys = ON")

    conn.executescript(
        """
        CREATE TABLE users (
            id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT,
            name TEXT NOT NULL,
            email TEXT NOT NULL UNIQUE
        );

        CREATE TABLE ledger (
            id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT,
            user_id INTEGER NOT NULL,
            amount REAL NOT NULL,
            note TEXT,
            FOREIGN KEY (user_id) REFERENCES users(id)
        );
        """
    )

    conn.execute(
        "INSERT INTO users (name, email) VALUES (?, ?)",
        ("alice", "alice@example.com"),
    )
    conn.execute(
        "INSERT INTO users (name, email) VALUES (?, ?)",
        ("bob", "bob@example.com"),
    )
    conn.execute(
        "INSERT INTO ledger (user_id, amount, note) VALUES (?, ?, ?)",
        (1, 12.5, "lunch"),
    )
    conn.execute(
        "INSERT INTO ledger (user_id, amount, note) VALUES (?, ?, ?)",
        (2, 30.0, "taxi"),
    )
    conn.execute(
        "INSERT INTO ledger (user_id, amount, note) VALUES (?, ?, ?)",
        (1, -5.0, "refund"),
    )
    conn.commit()

    print("--- tables ---")
    for row in conn.execute(
        "SELECT name FROM sqlite_master WHERE type='table' ORDER BY name"
    ):
        print(row[0])

    print("--- users columns ---")
    for row in conn.execute("PRAGMA table_info(users)"):
        print(row)

    print("--- ledger columns ---")
    for row in conn.execute("PRAGMA table_info(ledger)"):
        print(row)

    print("--- sample join ---")
    sql = (
        "SELECT u.name, l.amount, l.note "
        "FROM ledger l JOIN users u ON u.id = l.user_id "
        "ORDER BY l.id"
    )
    for row in conn.execute(sql):
        print(row)

    print("--- bad FK insert ---")
    try:
        conn.execute(
            "INSERT INTO ledger (user_id, amount, note) VALUES (?, ?, ?)",
            (999, 1.0, "ghost"),
        )
        conn.commit()
        print("unexpected success")
    except sqlite3.IntegrityError as e:
        print("IntegrityError:", e)

    conn.close()


if __name__ == "__main__":
    main()
EOF

python3 schema_demo.py

8.2 实测输出

text 复制代码

--- tables ---
ledger
sqlite_sequence
users
--- users columns ---
(0, 'id', 'INTEGER', 0, None, 1)
(1, 'name', 'TEXT', 1, None, 0)
(2, 'email', 'TEXT', 1, None, 0)
--- ledger columns ---
(0, 'id', 'INTEGER', 0, None, 1)
(1, 'user_id', 'INTEGER', 1, None, 0)
(2, 'amount', 'REAL', 1, None, 0)
(3, 'note', 'TEXT', 0, None, 0)
--- sample join ---
('alice', 12.5, 'lunch')
('bob', 30.0, 'taxi')
('alice', -5.0, 'refund')
--- bad FK insert ---
IntegrityError: FOREIGN KEY constraint failed

对照着读输出：

输出	说明
`users` / `ledger`	两张表建成功了
`sqlite_sequence`	自增主键用的内部表，可先忽略
`PRAGMA table_info`	打印每一列：名字、类型等；最后一项为 1 表示该列是主键
`('alice', 12.5, 'lunch')`	用 `user_id` 对上了姓名，说明两表通过「门牌号」连起来了
`FOREIGN KEY constraint failed`	`user_id=999` 在用户表不存在，被拦住了------这就是外键的作用

SQLite 默认不强制外键，所以脚本里有一句：

python 复制代码

conn.execute("PRAGMA foreign_keys = ON")

每个新连接都要开一次，外键才会真正生效。

总结

表像 Excel 工作表，列是表头，行是一条记录。
主键是这一行的唯一编号（身份证）；外键是写在另一张表上的门牌号，指向主键。
拆表是为了少复制、好维护；user_id 把「人」和「账」连起来。
建表用 DDL（CREATE TABLE + 类型 + NOT NULL / UNIQUE + 主键外键）。
SQLite 使用外键前先 PRAGMA foreign_keys = ON。
下一课：增删改查与过滤（系统学 INSERT / UPDATE / DELETE / SELECT）。

小练笔

题 1

看表：

id	title
1	Python 入门
2	SQL 基础

这里的主键最可能是哪一列？为什么？

题 2

流水表有一行：user_id = 2, amount = 30。用户表如下：

id	name
1	alice
2	bob

这笔 30 元是谁花的？user_id 在这里扮演什么角色（主键还是外键）？

题 3

判断：可以把主键设为 NULL，反正很少用到空值。

（对 / 错）

题 4

设计题：学校要记录「哪个学生选了哪门课」。学生可多选，一门课也有很多学生。

请写出建议的表（至少表名 + 主键/外键列），可用文字列表。

题 5（可选实践）

在本课 day25 目录（已有 shop.db）下列出所有表名。写出命令与输出。

小练笔参考答案

题 1

它能唯一区分每一本书；title 理论上可能重名，不适合单独当主键。

题 2

是 bob 花的（users 里 id=2）。

user_id 是流水表上的外键，指向用户表主键 id。

题 3

错

主键必须能认出这一行，不能为空，也不能重复。

题 4（参考）

text 复制代码

students(id 主键, name, ...)
courses(id 主键, title, ...)
enrollments(id 主键,
            student_id 外键→students.id,
            course_id 外键→courses.id)

中间表 enrollments 每一行表示「某学生选了某课」。

题 5（示例）

bash 复制代码

python3 - <<'PY'
import sqlite3
conn = sqlite3.connect('shop.db')
for (name,) in conn.execute(
    "SELECT name FROM sqlite_master WHERE type='table' ORDER BY name"
):
    print(name)
conn.close()
PY

典型输出：

text 复制代码

ledger
sqlite_sequence
users