CPQuery, 解决拼接SQL的新方法

CPQuery, 解决拼接SQL的新方法

我一直都不喜欢在访问数据库时采用拼接SQL的方法，原因有以下几点：
1. 不安全：有被SQL注入的风险。
2. 可能会影响性能：每条SQL语句都需要数据库引擎执行[语句分析]之类的开销。
3. 影响代码的可维护性：SQL语句与C#混在一起，想修改SQL就得重新编译程序，而且二种代码混在一起，可读性也不好。
所以我通常会选择【参数化SQL】的方法去实现数据库的访问过程， 而且会将SQL语句与项目代码（C#）分离开。

不过，有些人可能会说：我的业务逻辑很复杂，Where中的过虑条件不可能事先确定，因此不拼接SQL还不行。

看到这些缺点，ORM用户可能会认为：使用ORM工具就是终极的解决方案。
是的，的确ORM可以解决这些问题。
但是，解决方案并非只有ORM一种，还有些人就是喜欢写SQL呢。
所以，这篇博客不是写给ORM用户的，而是写给所有喜欢写SQL语句的朋友。

CPQuery是什么？

看到博客的标题，你会不会想：CPQuery是什么？

下面是我的回答：
1. CPQuery 是一个缩写：Concat Parameterized Query
2. CPQuery 可以让你继续使用熟悉的拼接方式来写参数化的SQL
3. CPQuery 是我设计的一种解决方案，它可以解决拼接SQL的前二个缺点。
4. CPQuery 也是这个解决方案中核心类型的名称。

希望大家能记住CPQuery这个名字。

CPQuery适合哪些人使用？
答：适合于喜欢手写SQL代码的人，尤其是当需要写动态查询时。

参数化的SQL语句

对于需要动态查询的场景，我认为：拼接SQL或许是必需的，但是，你不要将数值也拼接到SQL语句中嘛， 或者说，你应该拼接参数化的SQL来解决你遇到的问题。

说到【拼接参数化SQL】，我想解释一下这个东西了。
这个方法的实现方式是：拼接SQL语句时，不要把参数值拼接到SQL语句中，在SQL语句中使用占位符参数， 具体的参数值通过ADO.NET的command.Parameters.Add()传入。 现在流行的ORM工具应该都会采用这个方法。

我认为参数化的SQL语句可以解决本文开头所说的那些问题，尤其是前二个。 对于代码的维护问题，我的观点是：如果你硬是将SQL与C#混在一起，那么参数化的SQL语句也是没有办法的。 如果想解决这个问题，你需要将SQL语句与项目代码分离， 然后可以选择以配置文件或者存储过程做为保存那些SLQ语句的容器。

所以，参数化的SQL并不是万能的，代码的可维护性与技术的选择无关，与架构的设计有关。 任何优秀的技术都可能写出难以维护的代码来，这就是我的观点。

改造现有的拼接语句

还是说动态查询，假设我有这样一个查询界面：

显然，在设计程序时，不可能知道用户会输入什么样的过滤条件。
因此，喜欢手写SQL的人们通常会这样写查询： 

如果使用这种方式，本文开头所说的前二个缺点肯定是存在的。

我想很多人应该是知道参数化查询的，最终放弃或许有以下2个原因：
1. 这种拼接SQL语句的方式很简单，非常容易实现。
2. 便于包装自己的API，参数只需要一个（万能的）字符串！

如果你认为这2个原因很难解决的话，那我今天就给你 “一种改动极小却可以解决上面二个缺点”的解决方案， 改动后的代码如下：

var query = "select ProductID, ProductName from Products where (1=1) ".AsCPQuery(true);

if( p.ProductID > 0 )
    query = query + " and ProductID = " + p.ProductID.ToString();

if( string.IsNullOrEmpty(p.ProductName) == false )
    query = query + " and ProductName like '" + p.ProductName + "'";

if( p.CategoryID > 0 )
    query = query + " and CategoryID = " + p.CategoryID.ToString();

if( string.IsNullOrEmpty(p.Unit) == false )
    query = query + " and Unit = '" + p.Unit + "'";

if( p.UnitPrice > 0 )
    query = query + " and UnitPrice >= " + p.UnitPrice.ToString();

if( p.Quantity > 0 )
    query = query + " and Quantity >= " + p.Quantity.ToString();

你看到差别了吗？

差别在于第一行代码，后面调用了一个扩展方法：AsCPQuery(true) ，这个方法的实现代码我后面再说。

这个示例的主要关键代码如下： 

我们来看一下程序运行的结果：

根据前面给出的调试代码：

// 输出调试信息。
sb.AppendLine("==================================================");
sb.AppendLine(command.CommandText);
foreach( SqlParameter p in command.Parameters )
    sb.AppendFormat("{0} = {1}\r\n", p.ParameterName, p.Value);
sb.AppendLine("==================================================\r\n");

以及图片反映的事实，可以得出结论：改造后的查询已经是参数化的查询了！

揭秘原因

是不是很神奇：加了一个AsCPQuery()的调用，就将原来的拼接SQL变成了参数化查询？

这其中的原因有以下几点：
1. AsCPQuery()的调用产生了一个新的对象，它的类型不是string，而是CPQuery
2. 在每次执行 + 运算符时，已经不再是二个string对象的相加。
3. CPQuery重载了 + 运算符，会识别拼接过程中的参数值与SQL语句片段。
4. 查询构造完成后，得到的结果不再是一个字符串，而是一个CPQuery对象，它可以生成参数化的SQL语句，它还包含了所有的参数值。

AsCPQuery()是一个扩展方法，代码：

public static CPQuery AsCPQuery(this string s)
{
    return new CPQuery(s, false);
}
public static CPQuery AsCPQuery(this string s, bool autoDiscoverParameters)
{
    return new CPQuery(s,autoDiscoverParameters);
}

所以在调用后，会得到一个CPQuery对象。
观察前面的示例代码，你会发现AsCPQuery()只需要调用一次。

要得到一个CPQuery对象，也可以调用CPQuery类型的静态方法：

public static CPQuery New()
{
    return new CPQuery(null, false);
}
public static CPQuery New(bool autoDiscoverParameters)
{
    return new CPQuery(null, autoDiscoverParameters);
}

这二种方法是等效的，示例代码：

// 下面二行代码是等价的，可根据喜好选择。
var query = "select ProductID, ProductName from Products where (1=1) ".AsCPQuery();
//var query = CPQuery.New() + "select ProductID, ProductName from Products where (1=1) ";

继续看拼接的处理：

public static CPQuery operator +(CPQuery query, string s)
{
    query.AddSqlText(s);
    return query;
}

CPQuery重载了 + 运算符，所以，结果已经不再是二个string对象的相加的结果，而是CPQuery对象本身（JQuery的链接设计思想，便于继续拼接）。

思考一下： " where id = " + "234" + "…………" 
你认为我是不是可以判断出 234 就是一个参数值？

类似的还有：" where name = '" + "Fish Li" + "'" 
显然，"Fish Li"就是表示一个字符串的参数值嘛，因为拼接的左右二边都有 ' 包围着。

所以，CPQuery对象会识别拼接过程中的参数值与SQL语句片段。

查询拼接完成了，但是此时的SQL语句保存在CPQuery对象中， 而且不可能通过一个字符串的方式返回，因为还可能包含多个查询参数呢。 所以，在执行查询时，相关的方法需要能够接收CPQuery对象，例如：

static string ExecuteQuery(CPQuery query)
{
    StringBuilder sb = new StringBuilder();

    using( SqlConnection connection = new SqlConnection(ConnectionString) ) {
        SqlCommand command = connection.CreateCommand();

        // 将前面的拼接结果绑定到命令对象。
        query.BindToCommand(command);

一旦调用了query.BindToCommand(command); CPQuery对象会把它在内部拼接的参数化SQL，以及收集的所有参数值赋值给command对象。 后面的事情，该怎么做就怎么做吧，我想大家都会，就不再多说了。

CPQuery源码

前面只贴出了CPQuery的部分代码，这里给出相关的全部代码： 

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Data.Common;

namespace CPQueryDEMO
{
    public sealed class CPQuery
    {
        private enum SPStep    // 字符串参数的处理进度
        {
            NotSet,        // 没开始或者已完成一次字符串参数的拼接。
            EndWith,    // 拼接时遇到一个单引号结束
            Skip        // 已跳过一次拼接
        }

        private int _count;
        private StringBuilder _sb = new StringBuilder(1024);
        private Dictionary<string, QueryParameter> _parameters = new Dictionary<string, QueryParameter>(10);

        private bool _autoDiscoverParameters;
        private SPStep _step = SPStep.NotSet;

        public CPQuery(string text, bool autoDiscoverParameters)
        {
            _sb.Append(text);
            _autoDiscoverParameters = autoDiscoverParameters;
        }
        public static CPQuery New()
        {
            return new CPQuery(null, false);
        }
        public static CPQuery New(bool autoDiscoverParameters)
        {
            return new CPQuery(null, autoDiscoverParameters);
        }

        public override string ToString()
        {
            return _sb.ToString();
        }
        public void BindToCommand(DbCommand command)
        {
            if( command == null )
                throw new ArgumentNullException("command");

            command.CommandText = _sb.ToString();
            command.Parameters.Clear();

            foreach( KeyValuePair<string, QueryParameter> kvp in _parameters ) {
                DbParameter p = command.CreateParameter();
                p.ParameterName = kvp.Key;
                p.Value = kvp.Value.Value;
                command.Parameters.Add(p);
            }
        }

        private void AddSqlText(string s)
        {
            if( string.IsNullOrEmpty(s) )
                return;

            if( _autoDiscoverParameters ) {
                if( _step == SPStep.NotSet ) {
                    if( s[s.Length - 1] == '\'' ) {    // 遇到一个单引号结束
                        _sb.Append(s.Substring(0, s.Length - 1));
                        _step = SPStep.EndWith;
                    }
                    else {
                        object val = TryGetValueFromString(s);
                        if( val == null )
                            _sb.Append(s);
                        else
                            this.AddParameter(val.AsQueryParameter());
                    }
                }
                else if( _step == SPStep.EndWith ) {
                    // 此时的s应该是字符串参数，不是SQL语句的一部分
                    // _step 在AddParameter方法中统一修改，防止中途拼接非字符串数据。
                    this.AddParameter(s.AsQueryParameter());
                }
                else {
                    if( s[0] != '\'' )
                        throw new ArgumentException("正在等待以单引号开始的字符串，但参数不符合预期格式。");

                    // 找到单引号的闭合输入。
                    _sb.Append(s.Substring(1));
                    _step = SPStep.NotSet;
                }
            }
            else {
                // 不检查单引号结尾的情况，此时认为一定是SQL语句的一部分。
                _sb.Append(s);
            }
        }
        private void AddParameter(QueryParameter p)
        {
            if( _autoDiscoverParameters && _step == SPStep.Skip )
                throw new InvalidOperationException("正在等待以单引号开始的字符串，此时不允许再拼接其它参数。");


            string name = "@p" + (_count++).ToString();
            _sb.Append(name);
            _parameters.Add(name, p);


            if( _autoDiscoverParameters && _step == SPStep.EndWith ) 
                _step = SPStep.Skip;
        }

        private object TryGetValueFromString(string s)
        {
            // 20，可以是byte, short, int, long, uint, ulong ...
            int number1 = 0;
            if( int.TryParse(s, out number1) )
                return number1;

            DateTime dt = DateTime.MinValue;
            if( DateTime.TryParse(s, out dt) )
                return dt;

            // 23.45，可以是float, double, decimal
            decimal number5 = 0m;
            if( decimal.TryParse(s, out number5) )
                return number5;

            // 其它类型全部放弃尝试。
            return null;
        }


        public static CPQuery operator +(CPQuery query, string s)
        {
            query.AddSqlText(s);
            return query;
        }
        public static CPQuery operator +(CPQuery query, QueryParameter p)
        {
            query.AddParameter(p);
            return query;
        }
    }

    public sealed class QueryParameter
    {
        private object _val;

        public QueryParameter(object val)
        {
            _val = val;
        }

        public object Value
        {
            get { return _val; }
        }

        public static explicit operator QueryParameter(string a)
        {
            return new QueryParameter(a);
        }
        public static implicit operator QueryParameter(int a)
        {
            return new QueryParameter(a);
        }
        public static implicit operator QueryParameter(decimal a)
        {
            return new QueryParameter(a);
        }
        public static implicit operator QueryParameter(DateTime a)
        {
            return new QueryParameter(a);
        }
        // 其它需要支持的隐式类型转换操作符重载请自行添加。
    }


    public static class CPQueryExtensions
    {
        public static CPQuery AsCPQuery(this string s)
        {
            return new CPQuery(s, false);
        }
        public static CPQuery AsCPQuery(this string s, bool autoDiscoverParameters)
        {
            return new CPQuery(s,autoDiscoverParameters);
        }

        public static QueryParameter AsQueryParameter(this object b)
        {
            return new QueryParameter(b);
        }
    }

}

CPQuery的已知问题以及解决方法

在开始阅读这一节之前，请务必保证已经阅读过前面的源代码，尤其是AddSqlText，TryGetValueFromString这二个方法。 在【揭秘原因】这节中，我说过：CPQuery重载了 + 运算符，会识别拼接过程中的参数值与SQL语句片段。 其实这个所谓的识别过程，主要就是在这二个方法中实现的。

尤其是在TryGetValueFromString方法中，我无奈地写出了下面的注释：

// 20，可以是byte, short, int, long, uint, ulong ...

// 23.45，可以是float, double, decimal

// 其它类型全部放弃尝试。

很显然，当把一个数字变成字符串后，很难再知道数字原来的类型是什么。
因此，在这个方法的实现过程中，我只使用了我认为最常见的数据类型。
我不能保证它们永远能够正确运行。

还有，虽然我们可以通过判断二个 ' 来确定中间是一个字符串参数值， 然而，对于前面的示例中的参数值来说："Fish Li" 这个字符串如果是写成这样呢："Fish" + " " + "Li" ？ 因为很有可能实际代码是：s1 + " " + s2，换句话说：字符串参数值也是拼接得到的。

对于这二个问题，我只能说：我也没办法了。

这是一个已知道问题，那么有没有解决方法呢？

答案是：有的。思路也简单：既然猜测可能会出错，那么就不要去猜了，你得显式指出参数值。

如何【显式指出参数值】呢？
其实也不难，大致有以下方法：
1. 非字符串参数值不要转成字符串，例如：数字就让它是数字。
2. 字符串参数需要单独标识出来。
具体方法可参考下面的示例代码（与前面的代码是等价的）：

static CPQuery BuildDynamicQuery(Product p)
{
    // 下面二行代码是等价的，可根据喜好选择。
    var query = "select ProductID, ProductName from Products where (1=1) ".AsCPQuery();
    //var query = CPQuery.New() + "select ProductID, ProductName from Products where (1=1) ";

    // 注意：下面的拼接代码中不能写成: query += .....

    if( p.ProductID > 0 )
        query = query + " and ProductID = " + p.ProductID;    // 整数参数。

    if( string.IsNullOrEmpty(p.ProductName) == false )
        // 给查询添加一个字符串参数。
        query = query + " and ProductName like " + p.ProductName.AsQueryParameter();

    if( p.CategoryID > 0 )
        query = query + " and CategoryID = " + p.CategoryID;    // 整数参数。

    if( string.IsNullOrEmpty(p.Unit) == false )
        query = query + " and Unit = " + (QueryParameter)p.Unit;    // 字符串参数

    if( p.UnitPrice > 0 )
        query = query + " and UnitPrice >= " + p.UnitPrice;    // decimal参数。

    if( p.Quantity > 0 )
        query = query + " and Quantity >= " + p.Quantity;    // 整数参数。

    return query;
}

在这段代码中，数字没有转成字符串，它在运行时，其实是执行QueryParameter类型中定义的隐式类型转换，它们会转换成QueryParameter对象， 因此，根本就没有机会搞错，而且执行效率更高。字符串参数值需要调用AsQueryParameter()扩展方法或者显式转换成QueryParameter对象， 此时也不需要识别，因此也没机会搞错。

我强烈推荐使用这种方法来拼接。

注意：
1. 字符串参数值在拼接时，不需要由二个 ' 包起来。
2. AsCPQuery()或者CPQuery.New()的调用中，不需要参数，或者传入false 。

说明：
1. 在拼接字符串时，C#本身就允许 "abc" + 123 这样的写法，只是说写成"abc" + 123.ToString()会快点。
2. 在使用CPQuery时，所有的参数值都可以显式转换成QueryParameter，例如：“……” + (QueryParameter)p.Quantity

更多CPQuery示例

CPQuery是为了部分解决拼接SQL的缺点而设计的，它做为ClownFish的增强功能已补充到ClownFish中。

在ClownFish的示例中，也专门为CPQuery准备了一个更强大的示例，那个示例演示了在4种数据库中使用CPQuery：

友情提示

本文一开始，我就明确表达了我的观点：CPQuery仅能解决拼接SQL的前二个缺点。

应该仅当需要实现动态查询时才使用CPQuery，因为拼接会涉及多种语句的代码混合在一起， 这种做法会给代码的可维护性产生负面影响。

点击此处下载CPQuery源码和示例代码

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