微信移动端数据库组件WCDB系列（三） — WINQ原理篇
背景
高效、完整、易用是WCDB的基本原则。前几篇文章分享了WCDB的基本用法和修复工具，接下来将更深入地聊聊WCDB在易用性上的思考和实践。
对于各类客户端数据库，似乎都绕不开拼接字符串这一步。即便在Realm这样的NoSQL的数据库中，在进行查询时，也依赖于字符串的语法：
别看小小的字符串拼接，带来的麻烦可不小：
代码冗余。为了拼接出匹配的SQL语句，业务层往往要写许多胶水代码来format字符串。这些代码冗长且没有什么“营养”。
难以查错。对于编译器而言，SQL只是一个字符串。这就意味着即便你只写错了一个字母，也得在代码run起来之后，通过log或断点才能发现错误。倘若SQL所在的代码文件依赖较多，即使改正一个敲错的字母，就得将整个工程重新编译一遍，简直是浪费生命。
SQL注入。举一个简单的例子：
它会在插入一句空消息后，将message表内的所有消息删除。若App内存在这样的漏洞被坏人所用，后果不堪设想。
反注入的通常做法是，
利用SQLite的绑定参数。通过绑定参数避免字符串拼接。
对于不适用绑定参数的SQL，则可以将单引号替换成双单引号，避免传入的单引号提前截断SQL。
尽管反注入并不难，但要求业务开发都了解、并且在开发过程中时时刻刻都警惕着SQL注入，是不现实的。
一旦错过了在框架层统一解决这些问题的机会，后面再通过代码规范、Code Review等等人为的方式去管理，就难免会发生疏漏。
因此，WCDB的原则是，问题应当更早发现更早解决。
能在编译期发现的问题，就不要拖到运行时；
能在框架层解决的问题，就不要再让业务去分担。
基于这个原则，我开始进行对SQLite的接口的抽象。
SQL的组合能力
思考的过程注定不会是一片坦途，我遇到的第一个挑战就是：
问题一：SQL应该怎么抽象？
SQL是千变万化的，它可以是一个很简单的查询，例如：
这个查询只是取出message表中的所有元素。假设我们可以封装成接口：
但SQL也可以是一个很复杂的查询，例如：
这个查询包含了条件、分组、分组过滤、排序、限制、聚合函数、子查询，多表查询。什么样的接口才能兼容这样的SQL？
遇到这种两极分化的问题，我的思路通常是二八原则。即
封装常用操作，覆盖80%的使用场景。
暴露底层接口，适配剩余20%的特殊情况。
但更多的问题出现：
问题二：怎么定义常用操作？
对于微信常用的操作，是否也适用于所有开发者？
现在不使用的操作，以后是否会变成常用？
问题三：常用操作与常用操作的组合，是否仍属于常用操作？
查询某个字段的最大值或最小值，应该属于常用操作的：
假设可以封装为
但，SQL是存在组合的能力的。同时查询最大值和最小值，是否仍属于常用操作？
若以此规则，继续封装为：
显然，“常用接口”的定义在不断地扩大，接口的复杂性也在增加。以后维护起来，就会疲于加新接口，并且没有边界。
问题四：特殊场景所暴露的底层接口，应该以什么形式存在？
若底层接口还是接受字符串参数的传入，那么前面所思考的一切都是徒劳。
SQL语法规则
显然，基于上述问题，我需要一个理论基础，去支持我的封装是合理的，而不仅仅是堆砌接口。
于是，我找到造成SQL千变万化组合的根源 --- SQL语法规则：http://www.sqlite.org/lang.html
例如，这是一个SELECT语句的语法规则：
SQLite按照图示箭头流向的语法规则解析传入的SQL字符串。每个箭头都有不同的流向可选。
例如，SELECT后，可以直接接result-column，也可以插入DISTINCT或者ALL。
语法规则中的每个字段都有其对应涵义，其中
SELECT、DISTINCT、ALL等等大写字母是keyword，属于SQL的保留字。result-column、``table-or-subquery、expr等等小写字母是token。token可以再进一步地展开其构成的语法规则。
例如，在WHERE、GROUP BY、HAVING、LIMIT、OFFSET后所跟的参数都是expr，它的展开如下：
可以看到，expr有很多种构成方式，例如：
expr:literal-value。literal-value可以进一步展开，它是纯粹的数值。如数字1、数字30、字符串"Hello"等都是
literal-value，因此它们也是expr。expr:expr (binary operator) expr。两个expr通过二元操作符进行连接，其结果依然属于expr。如1+"Hello"。1和"Hello"都是
literal-value，因此它们都是expr，通过二元操作符"+"号连接，其结果仍然是一个expr。尽管1+"Hello"看上去没有实质的意义，但它仍是SQL正确的语法。
以刚才那个复杂的SQL中的查询语句为例：
content IS NOT NULL，符合expr IS NOT NULL的语法，因此其可以归并为exprcreateTime!=modifiedTime，符合expr (binary operator) expr的语法，因此其可以归并为exprtype NOT BETWEEN 0 AND 2，符合expr NOT BETWEEN expr AND expr的语法，因此其可以归并为expr1. AND 2.，符合expr (binary operator) expr的语法，因此其可以归并为expr4. OR 3.，符合expr (binary operator) expr的语法，因此其可以归并为expr
最终，这么长的条件语句归并为了一个expr，符合SELECT语法规则中WHERE expr的语法，因此是正确的SQL条件语句。
也正是基于此，可以得出：只要按照SQL的语法封装，就可以保留其组合的能力，就不会错过任何接口，落入疲于加接口的陷阱。
WCDB的具体做法是：
将固定的keyword，封装为函数名，作为连接。
将可以展开的token，封装为类，并在类内实现其不同的组合。
以SELECT语句为例：
在语法规则中，WHERE、LIMIT等都接受expr作为参数。因此，不管SQL多么复杂，StatementSelect也只接受Expr的参数。而其组合的能力，则在Expr类内实现。
Expr通过构造函数和C++的偏特化模版，实现了从字符串和数字等进行初始化的效果。同时，通过C++运算符重载的特性，可以将SQL的运算符无损地移植到过来，使得语法上也可以更接近于SQL。
在对应函数里，再进行SQL的字符串拼接即可。同时，所有传入的字符串都会在这一层预处理，以防注入。如：
基于这个抽象方式，就可以对复杂查询中的条件语句进行重写为：
首先通过Column创建对应数据库字段的映射，再转换为Expr，调用对应封装的函数或运算符，即可完成字符串拼接操作。
这个抽象便是WCDB的语言集成查询的特性 --- WINQ（WCDB Integrated Query）。
WINQ+ORM
更进一步，由于WCDB在接口层的ORM封装，使得开发者可以直接通过className.propertyName的方式，拿到字段的映射。因此连上述的转换操作也可以省去，查询代码可以在一行代码内完成。
以下是WCDB在接口层和WINQ的支持下，对前面所提到的SQL语句的代码示例：
总结
WCDB通过WINQ抽象SQLite语法规则，使得开发者可以告别字符串拼接的胶水代码。通过和接口层的ORM结合，使得即便是很复杂的查询，也可以通过一行代码完成。并借助IDE的代码提示和编译检查的特性，大大提升了开发效率。同时还内建了反注入的保护。
（代码提示）
（编译时检查）
虽然WINQ在实现上使用了C++11特性和模版等，但在使用过程并不需要涉及。对于熟悉SQL的开发，只需按照本能即可写出SQL对应的WINQ语句。最终达到提高WCDB易用性的目的。同时，基于C++的实现也使得WINQ在性能可以期待。
后续我们还将分享WCDB在多线程管理上的思考。
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