基于C++的对象关系映射架构

第３６卷　ＶｏＬ３６　第７期　Ｎｏ．７　计算机工程　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　２０１０年４月　

Ａｐｒｉｌ　２０１０　

・软件技术与数据库・　文章编号：１ｏ００—＿３４２８（２０１ｏ）０７—＿００７１—－０２　文献标识码：Ａ　中图分类号：ＴＰ３９３　基于Ｃ＋＋的对象关系映射架构　

雷文平，韩捷，董辛曼，王丽雅　（郑州大学机械工程学院，郑州４５０００１）　

摘要：为了解决领域模型和数据库之问的紧耦合问题，提出基于ｃ＋＋的对象关系映射（ＯＲＭ）架构。给出抽象基类、映射器注册表类的关　键技术和部分实现代码，通过智能指针实现领域对象的关系映射和生命周期管理。基于该架构设计并实现的ＯＲＭ子系统，已应用于设备　状态检测－ｊ安全评价系统中，运行情况良好。　关键词：对象关系映射；智能指针；ｃ＋＋语言　

ｏｂｊ　ｅｃｔ　Ｒｅｌａｔｉｏｎ　Ｍａｐｐｉｎｇ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　Ｂａｓｅｄ　Ｏｉｌ　Ｃ＋＋　ＬＥＩ　Ｗｅｎ－ｐｉｎｇ，ＨＡＮ　Ｊｉｅ，ＤＯＮＧ　Ｘｉｎ－ｍｉｎ，＂ＷＡＮＧ　Ｌｉ－）　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５０００１）　

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｒｅｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｔｉｇｈｔ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｄｏｍａｉｎ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　ｄａｔａｂａｓｅ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｏｐｏｓｅｓ　Ｏｂｊｅｃｔ　Ｒｅｌａｔｉｏｎ　Ｍａｐｐｉｎｇ（ＯＲＭ）ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｃ＋＋．Ｉｔ　ｇｉｖｅｓ　ｓｏｍｅ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ａｎｄ　ｓｅｃｔｉｏｎａｌ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ　ｃｏｄｅｓ　ａｂｏｕｔ　ａｂｓｔｒａｃｔ　ｂａｓｅ　ｃｌａｓｓｅｓ，ｍａｐｐｅｒ　ｒｅｇｉｓｔｒｙ　ｃｌａｓｓｅｓ，ｒｅａｌｉｚｅｓ　ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｍａｐｐｉｎｇ　ａｎｄ　ｌｉｆｅｃｙｃｌｅ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｄｏｍａｉｎ　ｏｂｊｅｃｔ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｐｏｉｎｔｅｒ　Ｔｈｅ　ＯＲＭ　ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａｎｄ　ｒｅａｌｉｚｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｉｆｓ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ｉｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｓｔａｔｅ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ａｎｄ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ，ｉｔｓ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｗｅｌ１．　［Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］Ｏｂｊｅｃｔ　Ｒｅｌａｔｉｏｎ　Ｍａｐｐｉｎｇ（ＯＲＭ１：ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｐｏｉｎｔｅｒ；Ｃ＋＋ｌａｎｇｕａｇｅ　

传统ｃ＋＋的数据库应用大多采用面向过程的方法，常导　致系统难以扩展和维护。然而，由于ｃ＋＋自身不足，因此该　领域至今仍无完整意义上的对象关系映射（Ｏｂｊｅｃｔ—Ｒｅｌａｔｉｏｎ　Ｍａｐｐｉｎｇ，ＯＲＭ）产品。本文利用Ｃ＋＋实现对象关系映射的部　分关键技术。　１总体架构　对象关系映射的基本思想是为了解决领域模型和数据库　之间的紧耦合而引入一个中间映射层…（Ｍａｐｐｅｒ），如图１所示。　

圈１总体架构　在图１中，Ｍａｐｐｅｒ承担了数据映射器（层）的角色；　ＤｏｍａｉｎＯ￣ｅｃｔ表示领域模型，包含数据和业务逻辑。为了叙　述方便，假设数据库（Ｄａｔａｂａｓｅ，ＤＢ）中有表Ｓｅｎｓｏｒ和　ＳｅｎｓｏｒＴｙｐｅ，其结构由ＤＤＬ定义为　ｃｒｅａｔｅ　ｔａｂｌｅ　ｓｅｎｓｏｒ（ＩＤ　ｐｒｉｍａｒｙ　ｋｅｙ，ｎａｍｅ　ｖａｒｃｈａｒ，ｔｙｐｅｌＤ　ｉｎｔ　ｆｏｒｅｉｇｎ　Ｋｅｙ），ｃｒｅａｔｅ　ｔａｂｌｅ　ｓｅｎｓｏｒＴｙｐｅ（ＩＤ　ｐｒｉｍａｒｙ　ｋｅｙ，ｎａｍｅ　ｖａｒｃｈａｒ）　其对应的领域模型类分别为Ｓｅｎｓｏｒ和ＳｅｎｓｏｒＴｙｐｅ，对应　的数据映射器分别为ＳｅｎｓｏｒＭａｐｐｅｒ和ＳｅｎｓｏｒＴｙｐｅＭａｐｐｅｒ。　２领域对象及其标志　为ｒ方便对内存的领域对象进行身份识别以及缓存管　理，需要为对象制定一个标识域，通常它与关系数据库的主　键相对应。考虑现存数据库表中大量采用组合键，且键的数　

目不定，因此，必须有一个统一的键的封装类。以下是任意　个数整型组合键的Ｋｅｙ类的部分ｃ＋＋实现：　ｃｌａｓｓ　Ｋｅｙ｛　／／复合键类　ｐｒｉｖａｔｅ：　ｖｅｃｔｏｒ＜ｉｎｔ＞ｍ　ｋｅｙ；／／整型复合链的数编　ｐｕｂｌｉｃ：　Ｋｅｙ（ｉｎｔ　ｋＯ）｛ｍ　ｋｅｙ　ｐｕｓｈｂａｃｋ（ｋ０　Ｊ；｝；　

／／构造方法，单一整型主键　Ｋｅｙ（ｉｎｔ　ｋ０，ｉｎｔ　ｋ１）；／／构造方法，２整型主键　Ｋｅｙ＆ｏｐｅｒａｔｏｒ＜（ｃｏｎｓｔ　Ｋｅｙ＆ｋ）ｃｏｎｓｔ；　／／应用ｍａｐ必须实现此重载ｌ＾Ｊ　ＢＯＯＬ　ｏｐｅｒａｔｏｒ：＝（ｃｏｎｓｔ　Ｋｅｙ＆ｋ）ｃｏｎｓｔ；／／方便进行键值的比较　ｉｎｔ　ｖａｌｕｅ（ｉｎｔ　ｉ）；／／返回键值　…／／其他构造或助手方法　｝　通过Ｋｅｙ类的定义，对于任意个数的整型键有一个统一　

的封装。　通过Ｋｅｙ的定义，可定义ＤｏｍａｉｎＯ￣ｅｃｔ，每个Ｄｏｍａｉｎ　Ｏｂｊｅｃｔ都有一个Ｋｅｙ唯一标志。每个需要持久化的领域对象　（如Ｓｅｎｓｏｒ）都从ＤｏｍａｉｎＯＮｅｃｔ继承，如图１所示。　３数据映射器的设计　３．１抽象基类　如果每个领域对象对应一个数据映射器，则必然有很多　

基金项目：国家自然科学基金资助项目“全矢谱技术体系构建及故　障诊断基础研究”（５０６７５２０９）；河南省杰出人才创新基金资助项目“同　源信息融合空间域体系构建与系列产品研发”（０６２】００５００）　作者筒介：雷文平（１９７７一），男，讲师、硕士，主研方向：数据库　技术，系统状态监测与故障诊断；韩捷，教授、博士生导师；　董辛曼，副教授、博士研究生；乇丽雅，副教授、硕士　收稿日期：２００９—０９－１　３　Ｅ—ｍａｉｌ：１ｗｐ＠ＺＺＨ．ｅｄｕ．ｃｎ　

７】一　功能相似的数据映射器。为了减少冗余代码，从中抽取一个　共同的抽象基类ＡｂｓｔｒａｃｔＭａｐｐｅｒ，其主要职责有：（１）封装数　据库的ＣＲＵＤ（Ｃｒｅａｔｅ，Ｒｅｔｒｉｅｖｅ，Ｕｐｄａｔｅ，Ｄｅｌｅｔｅ）逻辑。（２）进行　缓存的管理。客户端（调用者）主要通过ＡｂｓｔｒａｃｔＭａｐｐｅｒ的接　口来完成访问操作，该类的接Ｅｌ定义如下：　ｔｙｐｅｄｅｆｂｏｏｓｔ：：ｓｈａｒｅ０ｐｔｒ＜Ｄｏｍａｉｎ０ｈｊｅｃｔ＞ＤＯＰＴＲ；　ｃｌａｓｓ　ＡｂｓｔｒａｃｔＭａｐｐｅｒ｛　ｐｒｏｔｅｃｔｅｄ：ｍａｐ＜Ｋｅ　ｙ’ＤＯＰＴＲ＞ｍ　ｃａｃｈｅｍａｐ；　／／缓存容器　ｐｕｂｌｉｃ：ｉｎｔ　Ｄｅｌｅｔｅ（Ｋｅｙ　ｋ）；　ＤＯＰＴＲ　Ｌｏａｄ（Ｋｅｙ　ｋ）；　Ｋｅｙ　Ｉｎｓｅｒｔ（ＤＯＰＴＲ　ｄｐ）；　ｖｏｉｄ　Ｕｐｄａｔｅ（ＤＯＰＴＲ　ｄｐ）；　

３．２智能指针与裸指针　本文用自定义类型智能指针（ＤＯＰＴＲ）取代裸指针　ＤｏｍａｉｎＯｂｊｅｃｔ　主要是防止由于指针所有权不明带来的内存泄　露问题。ＤＯＰＴＲ在映射器和客户端之间的传递如图２所示。　

图２　ＤＯＰＴＲ在映射器和客户靖之间的传递　由图２可知，当客户ｃｌｉｅｎｔｌ调用Ｌｏａｄ（）时，如果　ＸＸＭａｐｐｅｒ从堆中更新一个ＤｏｍａｉｎＯｂｊｅｃｔ对象指针，加载数　据后将该对象指针缓存到ｍｃａｃｈｅｍａｐ容器中，然后将对象　指针返回给客户ｃｌｉｅｎｔｌ，此时有２个用户ｆｍ　ｃａｃｈｅ　ｍａｐ和　ｅｌｉｅｎｔ１）同时拥有该指针，如果ｃｌｉｅｎｔ２请求同一对象，因此，　该ＤｏｍａｉｎＯｂｊｅｃｔ对象指针同时有３个所有者，且很难决定由　谁删除该对象。可见，这是缺少垃圾回收机制的ｃ＋＋带来的　问题，会导致内存泄露。为了解决该问题，采用ｂｏｏｓｔ扩展　库提供的智能指针ｓｈａｒｅｄ　ｐｔｒ，ｓｈａｒｅｄ　ｐｔｒ支持共享所有权和　引用计数，当指针的引用计数减少为０时自动删除对象，且　由于ｓｈａｒｅｄ￣ｔｒ能与标准Ｃ＋＋容器兼容　Ｊ，因此也简便了缓　存的管理。用ｓｈａｒｅｄ　ｐｔｒ封装ＤｏｍａｉｎＯｂｊｅｃｔ指针可以在各个　子系统之问方便地传输对象指针，而不用考虑释放问题。　３．３　ＣＲＵＤ操作与缓存管理　数据映射器的ＣＲＵＤ操作是通过ＡｂｓｔｒａｃｔＭａｐｐｅｒ和其子　类（ｉｎ　ＳｅｎｓｏｒＭａｐｐｅｒ）协作完成的，以Ｌｏａｄ（）为例，在基类中　Ｌｏａｄ实现为　ＤＯＰＴＲ　ＡｂｓｔｒａｃｔＭａｐｐｅｒ：：Ｌｏａｄ（Ｋｅｙ　ｋ）｛　ＤＯＰＴＲ　ｐｒｅｔ＝ＦｉｎｄＦｒｏｍｃａｃｈｅ（ｋ）；／／查询缓存　ｉｆ（ｐｒｅｔ．ｇｅｔ（）！＝ＮＵＬＬ）ｒｅｔｕｒｎ　ｐｒｅｔ；　ＣＯＤＢＣＲｅｃｏｒｄｓｅｔ　ｍｓｅｔ（ＰｅｒｓｉｓｔＤａｔａｂａｓｅ：：ＧｅｔＤａｔａｂａｓｅ（））；　ｍｓｅｔ．Ｏｐｅｎ（‘‘ｓｅｌｅｃｔ　ｆｒｏｍ”＋ＧｅｔＤＢＴａｂｌｅＮａｍｅ（））；　ｍｓｅｌ＝ＬｏａｄＢｙＲｓ（＆ｍｓｅｔ）；　／／钩子函数，子类实现　ｐｓｅｔ　Ｃｌｏｓｅ（）；　ＰｕｔＩｎｔｏＣａｃｈｅ（ｐｒｅｔ）；　｝　其中，ＰｅｒｓｉｓｔＤａｔａｂａｓｅ类封装了数据库连接管理功能；　

ＣＯＤＢＣＲｅｃｏｒｄｓｅｔ类为ＣＲｅｃｏｒｄｓｅｔ的派生类，进行记录集的　管理；ＧｅｔＤＢＴａｂｌｅＮａｍｅ（）函数让其子类提供要操作的数据库　表名；ＦｉｎｄＦｒｏｍＣａｃｈｅ０表示查看加载的对象是否在本地缓存　中，其作用是为了避免重复加载，保证内存中对象的唯一性，　每次从数据库加载一个新的对象后，用ＰｕｔｌｎｔｏＣａｃｈｅ０将其缓　存。子类中ＬｏａｄＢｙＲｓ０函数为　～７２一　ＤＯＰＴＲ　ＳｅｎｓｏｒＭａｐｐｅｒ：：ＬｏａｄＢｙＲｓ（ＣＯＤＢＣＲｅｃｏｒｄｓｅｔ　ｐｓｅｔ）｛　ＤＯＰＴＲ　ｄｏｐｔｒ（ｎｅｗ　Ｓｅｎｓｏｒ（））；　Ｓｅｎｓｏｒ　ｐｓｅｎｓｏｒ　（Ｓｅｎｓｏｒ　）（ｄｏｐｔｒ．ｇｅｔ（））；　ｐｓｅｎｓｏｒ．＞ＳｅｔｌＤ（ｐｓｅｔ．＞Ｇｅｔｌｎｔ（“ＩＤ”））；／／读取数据库字段值　ｉｎｔ　ｓｅｎｓｏｒＴｙｐｅｌｄ＝ｐｓｅｔ一＞Ｇｅｔｌｎｔ（“ｔｙｐｅｌＤ”）；　ｄｏｐｔｒ一＞ＳｅｔＫｅｙ（Ｋｅｙ（ｐｓｅｌ１ｓｏｒ＿＞ｍ—ＩＤ））；　ＭａｐｐｅｒＲｅｇｉｓｔｒｙ　ｐｍｒ＝ＭａｐｐｅｒＲｅｇｊｓｔｒｙ：：Ｉｎｓｔａｎｃｅ（）；／／获取注册表　ＳｅｎｓｏｒＴｙｐｅＭａｐｐｅｒ　ｐＭａｐ＝（ＳｅｎｓｏｒＹｙｐｅＭａｐｐｅｒ　）ｐｍｒ一＞ＧｅｔＭａｐ—　ｐｅｒ（ｆｙｐｅｉｄ（Ｓｅｎｓ０ｒＴｙｐｅ）ｎａｍｅ（））；　ｐｓｅｎｓｏｒ一＞ＳｅｔＳｅｎｓｏｒＴｙｐｅ（ｐＭａｐ一＞Ｌｏａｄ（Ｋｅｙ（ｓｅｎｓｏｒｒｙｐｅＩｄ）））；　／／￣ｆｌ载关联对象　ｒｅｔｕｒｎ　ｄｏｐｔｒ；｝　４映射器注册表　由于应用中有许多的ＤｏｍａｉｎＯｂｊｅｃｔＭａｐｐｅｒ，因此为了简　化访问，为所有映射器提供一个全局访问点，定义单件类　ＭａｐｐｅｒＲｅｇｉｓｔｒｙ　ｃｌａｓｓ　ＭａｐｐｅｒＲｅｇｉｓｔｒｙ｛　ｍａｐ＜ＣＳｔｒｉｎｇ，ＡｂｓｔｒａｃｔＭａｐｐｅｒ　＞ｍｍａｐｐｅｒｓ；　ＭａｐｐｅｒＲｅｇｉｓｔｒｙ（）；　／／私有构造函数　ｓｔａｔｉｃ　ＭａｐｐｅｒＲｅｇｉｓｔｒｙ　ｉｎｓｔａｎｃｅ；　ｐｕｂｌｉｃ：　ｓｔａｔｉｃ　ＭａｐｐｅｒＲｅｇｉｓｔｒｙ＆Ｉｎｓｔａｎｃｅ（）；　ＡｂｓｔｒａｃｔＭａｐｐｅｒ　ＧｅｔＭａｐｐｅｒ（ＣＳｔｒｉｎｇ　ｃｌａｓｓｎａｍｅ）；｝；　对应实现文件（即．ｃｐｐ文件）在初始化时进行映射器的注　册工作，注册代码为　ｍｍａｐｐｅｒｓ．ｉｎｓｅｒｔ（ｍａｋｅｐａｉｒ（ｔｙｐｅｉｄ（ｓｅｎｓｏｒ）．ｎａｍｅ（），ｎｅｗ　Ｓｅｎｓｏｒ—　Ｍａｐｐｅｒ（）））；　ＭａｐｐｅｒＲｅｇｉｓｔｒｙ类通过一个集合ｍ～ｍａｐｐｅｒｓ来管理所有　映射器，客户通过ＧｅｔＭａｐｐｅｒ０方法来访问映射器。　５对象关系映射　对于数据库中有关联表ＴａｂｌｅＡ，ＴａｂｌｅＢ，ＴａｂｌｅＣ以及对应　的领域对象ＤＯｂｊＡ．ＤＯｂｊＢ，一般有３种方式描述它们之间的　关系：　（１）一对一。即ＴａｂｌｅＡ与ＴａｂｌｅＢ采用外键连接，如，本　文中Ｓｅｎｓｏｒ表的ｔｙｐｅｌＤ和Ｓｅｎｓｏｒｔｙｐｅ表的主键ＩＤ对应，对　象的关联实现方式是在类Ｓｅｎｓｏｒ中加入指向ＳｅｎｓｏｒＴｙｐｅ的智　能指针（ＤＯＰＴＲ　ｍｓｅｎｓｏｒＴｙｐｅ）。为了保证关联的简单性，这　时２个领域对象的关系是单向关联，即在类ＳｅｎｓｏｒＹｙｐｅ里不　含有指向Ｓｅｎｓｏｒ的指针。　（２）一对多。即ＴａｂｌｅＢ中引用了ＴａｂｌｅＡ的主键，每个ＯｂｊＡ　对象就有多个ＯｂｊＢ对象与其关联。经典的一对多关联为：　从Ｓｅｎｓｏｒｔｙｐｅ表的角度看它与Ｓｅｎｓｏｒ表的关系其实是一个一　对多的关系，即可以在对象ＳｅｎｓｏｒＴｙｐｅ中采用集合　（ｖｅｃｔｏｒ＜ＤＯＰＴＲ＞ｍ　ｓｅｎｓｏｒ　ｖｅｃ）的方法来保存Ｓｅｎｓｏｒ对象的　单向引用。　（３）多对多。为了表达ＴａｂｌｅＡ和ＹａｂｌｅＢ之间的多对多关　联，通常要引入第３张表ＴａｂｌｅＣ来记录这种关系　Ｊ。而对应　的领域对象仍然是２个，两者的关联采用双向的集合引用来　表达，即在ＤｏｂｊＡ类中加入ＤｏｂｊＢ的对象集合　（ｓｔｄ：：ｖｅｃｔｏｒ＜ＤＯＰＴＲ＞ｍｏｂｊｂ—ｖｅｃ），同时在ＤｏｂｊＢ类中加入　指向ＤｏｂｊＡ的集合（ｓｔｄ：：ｖｅｃｔｏｒ＜ＤＯＷＰＴＲ＞ｍｏｂｊａ—ｖｅｃ）。其　中，ＤＯＷＰＴＲ定义为　ｔｙｐｅｄｅｌ、ｂｏｏｓｔ：：ｗｅａｋ　ｐｔｒ＜ＤｏｍａｉｎＯｂｊｅｃｔ＞ＤＯＷＰＴＲ　这里采用ｗｅａｋｐｔｒ而不用ｓｈａｒｅｄｐｔｒ，是为了打破循环　依赖关系　保证ＤＯｂｊＢ和ＤＯｂｊＡ均可以正常析构并释放　内存。　（下转第７５页）