9-数据库操作

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2026-05-22

在前面的章节中，已经介绍了Python编程的基础知识，包括变量、数据类型、选择结构、循环结构、函数、列表、字典、元组、面向对象编程、文件操作和模块等内容。能够编写程序来处理各种数据，但是有一个问题：程序运行结束后，数据就消失了。比如编写了一个学生成绩管理程序，运行时可以录入成绩、查询成绩，但是一旦关闭程序，所有录入的成绩数据就全部丢失了，下次运行还得重新录入。这显然不是想要的结果。

要解决这个问题，就需要把数据"永久保存"起来，这就是"数据持久化"的思想。在第八章学习了文件操作，可以把数据保存到文本文件中，这是一种简单的数据持久化方式。但是当数据量很大、数据之间的关系比较复杂时，文件操作就显得力不从心了。比如，一个学校有几万名学生的信息，还要记录每个学生选了哪些课程、每门课程的成绩是多少，如果用文件来管理这些数据，查找和修改都会非常困难。

数据库技术就是为解决大规模数据存储和管理问题而诞生的。数据库就像一个超级"文件柜"，可以高效地存储、组织、查询和管理大量数据。MySQL是目前最流行的开源关系型数据库之一，而Python通过pymysql模块可以方便地连接和操作MySQL数据库。本章将介绍数据库的基本概念，学习如何安装和配置MySQL，掌握使用Python操作MySQL数据库的方法，最终能够独立开发一个完整的数据库应用程序。

【学习目标】

知识目标

理解数据库、数据库管理系统、关系型数据库等基本概念。

了解MySQL数据库的安装、配置和基本操作方法。

掌握pymysql模块的安装和使用方法。

掌握SQL语言的基本语法，包括CREATE、INSERT、SELECT、UPDATE、DELETE等语句。

能力目标

能够使用Python连接MySQL数据库，完成基本的数据库操作。

能够设计简单的数据库表结构，并使用SQL语句进行数据的增删改查。

能够结合列表、字典等数据结构，处理数据库查询结果。

能够开发基于数据库的简单信息管理系统。

素养目标

培养数据安全意识和信息保密意识，养成良好的数据管理习惯。

树立依法依规使用数据的观念，尊重数据隐私和知识产权。

培养严谨细致的工作作风，注重数据操作的准确性和安全性。

1.MySQL数据库概述

1.1 什么是数据库

在日常生活中，会和各种各样的数据打交道。去超市购物，收银台会扫描商品条码、计算总价、打印小票；去图书馆借书，管理员会查询你的借阅记录、办理借还手续；在学校里，教务系统会记录每个学生的选课信息、考试成绩。这些场景背后，都需要一个系统来高效地存储和管理大量的数据，这个系统就是数据库。

数据库（Database，简称DB）是按照一定的数据模型组织、存储和管理数据的仓库。简单来说，数据库就像一个有组织的"电子文件柜"，它把相关的数据按照一定的规则存放在一起，方便随时查找、添加、修改和删除。与普通的文件相比，数据库有以下几个显著的优势：

第一，存储容量大。一个文本文件通常只能存储几千到几万条数据，而数据库可以轻松存储数百万甚至数十亿条数据。比如，淘宝网每天要处理数十亿条交易数据，这些数据都存储在数据库中。

第二，查询速度快。如果要在文件中查找某个特定数据，可能需要从头到尾遍历整个文件，效率很低。而数据库使用了索引等技术，可以在海量数据中快速定位到目标数据，查询速度非常快。

第三，支持并发访问。文件一般一次只能被一个程序读写，而数据库允许多个用户同时访问和操作数据。比如，多个收银员可以同时使用同一个商品数据库进行结账操作，互不影响。

第四，数据安全性高。数据库提供了用户权限管理、数据备份、事务处理等安全机制，可以有效保护数据不被丢失或篡改。而文件一旦被误删或损坏，恢复起来非常困难。

数据库管理系统（Database Management System，简称DBMS）是管理数据库的软件系统，它提供了创建、查询、更新、删除数据等功能。常见的数据库管理系统有MySQL、Oracle、SQL Server、SQLite等。本书选择MySQL作为教学数据库，因为它是免费开源的、功能强大、使用广泛，非常适合初学者学习。

1.2 认识MySQL

MySQL是全球最流行的开源关系型数据库管理系统之一。它最早由瑞典MySQL AB公司开发，目前属于Oracle公司旗下产品。MySQL以其体积小、速度快、总体拥有成本低等特点，被广泛应用于各类Web应用程序中，包括淘宝、百度、新浪等知名网站都在使用MySQL。

所谓"关系型数据库"，是指数据以表格（Table）的形式组织存储，表格之间可以建立关联关系。就像日常使用的Excel表格一样，数据按照行和列排列。比如，一个学生信息表可能包含学号、姓名、性别、年龄、专业等列，每一行代表一个学生的信息。关系型数据库的核心概念包括以下几个：

数据库（Database）：数据的容器，一个数据库管理系统可以管理多个数据库。比如，一个学校可以创建一个"学生管理系统"数据库，里面包含学生表、课程表、成绩表等。

数据表（Table）：数据的组织形式，由行（Row）和列（Column）组成。每一行称为一条"记录"，每一列称为一个"字段"。比如，学生表的每一行是一个学生的完整信息，每一列是学生的某个属性（如姓名、年龄等）。

主键（Primary Key）：唯一标识表中每一行记录的字段。比如，学生表中的"学号"字段可以作为主键，因为每个学生的学号都是唯一的，不会重复。主键的作用就像身份证号一样，通过它可以准确地找到某一条特定的记录。

外键（Foreign Key）：用于建立表与表之间关联关系的字段。比如，成绩表中可以包含一个"学号"字段作为外键，指向学生表中的"学号"主键，这样就可以通过成绩表找到对应的学生信息。

1.3 安装与配置MySQL

要使用MySQL数据库，首先需要在电脑上安装MySQL软件。MySQL的安装过程比较简单，下面以Windows系统为例，介绍MySQL的安装步骤。

第一步，下载MySQL安装包。打开MySQL官方网站（https://dev.mysql.com/downloads/），选择"MySQL Installer for Windows"。建议下载MySQL 8.0版本，这是目前最稳定的版本。

第二步，运行安装程序。双击下载的安装包，按照安装向导的提示一步步操作。在安装过程中，安装向导会要求设置root用户的密码，这个密码非常重要，请务必记住。root用户是MySQL的最高权限用户，类似于Windows系统的Administrator账户。建议设置一个简单易记的密码，方便后续学习使用。

第三步，配置环境变量。安装完成后，需要将MySQL的bin目录添加到系统的环境变量PATH中，这样就可以在命令行窗口中直接使用mysql命令。具体方法是：右键点击"此电脑"→"属性"→"高级系统设置"→"环境变量"，在"系统变量"中找到Path，点击"编辑"，添加MySQL的bin目录路径（如C:\Program Files\MySQL\MySQL Server 8.0\bin），如图9-1环境变量设置。

图9-1环境变量设置

第四步，验证安装。打开命令行窗口（按Win+R，输入cmd，回车），输入以下命令：

代码 9-1：验证MySQL安装

mysql --version

如果安装成功，会显示MySQL的版本号信息。然后输入以下命令登录MySQL：

mysql -u root -p

系统会提示你输入密码，输入安装时设置的root密码后，如果看到"mysql>"提示符，说明已经成功登录MySQL数据库。此时可以输入"exit"退出MySQL。如图9-2数据库MySQL安装验证。

图9-2数据库MySQL安装验证

1.4 MySQL基本操作

MySQL提供了两种操作方式：命令行方式和图形化工具方式。命令行方式需要输入SQL语句来操作数据库，适合有一定基础的用户；图形化工具方式通过可视化界面操作数据库，更加直观方便，适合初学者。本节介绍使用图形化工具Navicat来操作MySQL数据库。

Navicat是一款流行的数据库管理工具，提供了直观的图形界面，可以方便地创建数据库、创建表、插入数据、查询数据等。Navicat有免费的教育版，可以在官网申请使用。安装Navicat后，按照以下步骤操作：

第一步，新建连接。打开Navicat，点击左上角的"连接"按钮，选择"MySQL"，在弹出的对话框中输入连接信息：连接名可以随意填写（如"本地MySQL"），主机名填写"localhost"（表示本机），端口填写"3306"（MySQL默认端口），用户名填写"root"，密码填写安装时设置的root密码。点击"测试连接"，如果提示连接成功，点击"确定"保存连接。如图9-3用Navicat连接数据库。

图9-3用Navicat连接数据库

第二步，创建数据库。在左侧的连接列表中双击刚才创建的连接，展开后可以看到已有的数据库列表。右键点击"本地MySQL"，选择"新建数据库"，在弹出的对话框中输入数据库名称（如"student_db"），字符集选择"utf8mb4"，排序规则选择"utf8mb4_general_ci"，点击"确定"完成创建。如图9-4用Navicat创建数据库。

图9-4用Navicat创建数据库

第三步，创建数据表。双击打开刚创建的"student_db"数据库，点击上方的"新建表"按钮，开始设计表结构。在表设计器中，可以添加字段、设置字段名、数据类型、是否为主键等。比如，创建一个学生表（students）。

表 9-1 学生表（students）结构设计

| 字段名 | 数据类型 | 说明 | 约束 | | id | INT | 学号 | 主键，自动增长 | | name | VARCHAR(50) | 姓名 | 不能为空 | | gender | VARCHAR(10) | 性别 | 无 | | age | INT | 年龄 | 无 | | major | VARCHAR(50) | 专业 | 无 | 设置好字段后，点击"保存"，输入表名"students"，完成表的创建，如图9-5用Navicat创建表。接下来，可以双击打开students表，直接在表格中输入数据，就像使用Excel一样方便。

图9-5用Navicat创建表

2.MySQL数据库连接

2.1 安装pymysql模块

Python本身不能直接操作MySQL数据库，需要通过专门的"驱动模块"来与数据库通信。pymysql就是这样一个驱动模块，它是纯Python实现的MySQL客户端库，安装简单、使用方便，非常适合教学和学习使用。安装pymysql模块的方法和安装其他第三方模块一样，在命令行窗口中输入以下命令：

代码 9-2：安装pymysql模块

pip install pymysql

安装过程中，命令行会显示下载进度和安装信息。安装完成后，可以通过以下命令验证是否安装成功：

代码 9-3：验证pymysql安装

import pymysql

print(pymysql.__version__)

如果没有报错并且打印出了版本号，说明pymysql已经安装成功。如果提示"ModuleNotFoundError:No module named'pymysql'"，说明安装失败，请检查网络连接或尝试使用国内镜像源安装：pip install pymysql -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple。

2.2 建立数据库连接

安装好pymysql模块后，就可以在Python程序中连接MySQL数据库了。连接数据库需要提供以下信息：数据库主机地址（host）、端口号（port）、用户名（user）、密码（password）和数据库名称（database）。下面是建立数据库连接的完整代码：

代码 9-4：建立数据库连接

import pymysql

# 建立数据库连接

conn = pymysql.connect(

host="localhost", # 数据库主机地址

port=3306, # 端口号

user="root", # 用户名

password="123456", # 密码

database="student_db" # 数据库名称

)

print("数据库连接成功！")

# 关闭连接

conn.close()

print("数据库连接已关闭。")

运行结果如图9-6用pymysql连接数据库。

图9-6用pymysql连接数据库

如果输出"数据库连接成功！"，说明Python已经成功连接到了MySQL数据库。pymysql.connect()函数的各个参数说明如下：host参数指定数据库服务器的地址，如果是本机数据库则填写"localhost"；port参数指定端口号，MySQL默认端口是3306；user参数指定登录数据库的用户名；password参数指定登录密码；database参数指定要连接的数据库名称。

在实际开发中，通常会将数据库连接信息集中管理，方便维护和修改。可以把这些信息存储在一个字典中，然后通过字典来传递参数。

代码 9-5：使用字典管理数据库连接配置

import pymysql

# 数据库连接配置（使用字典存储）

db_config = {

"host": "localhost",

"port": 3306,

"user": "root",

"password": "123456",

"database": "student_db"

}

# 使用 ** 解包字典作为连接参数

conn = pymysql.connect(**db_config)

print("数据库连接成功！")

conn.close()

这里用到了字典来存储数据库连接配置，使用时通过"**"运算符将字典解包为关键字参数传递给connect()函数。这样做的好处是，当需要修改连接信息时，只需要修改字典中的值即可，不需要改动连接代码。

2.3 关闭数据库连接

数据库连接是一种宝贵的资源，每次连接都会占用数据库服务器的内存和连接数。如果程序中打开了数据库连接却不关闭，会导致资源浪费，严重时甚至会使数据库服务器因为连接数过多而无法响应。因此，使用完数据库后，一定要及时关闭连接。

关闭连接的方法很简单，调用连接对象的close()方法即可。但是，在实际编程中，经常会遇到这样的情况：在操作数据库的过程中发生了异常（比如SQL语句写错了），程序直接崩溃退出，close()方法根本没有被执行到，连接就没有被关闭。为了解决这个问题，Python提供了with语句来自动管理资源的释放：

代码 9-6：使用with语句自动管理数据库连接

import pymysql

# 使用 with 语句自动管理连接

db_config = {

"host": "localhost",

"port": 3306,

"user": "root",

"password": "123456",

"database": "student_db"

}

try:

    with pymysql.connect(**db_config) as conn:

        print("数据库连接成功！")

        # 在这里进行数据库操作...

        print("数据库操作完成。")

        # with 块结束后，连接会自动关闭

        print("连接已自动关闭。")

    except Exception as e:

        print("数据库操作出错：", e)

使用with语句后，无论数据库操作是否成功，无论是否发生异常，连接都会在with代码块结束后自动关闭。这种方式更加安全可靠，是推荐的做法。同时，还使用了try...except语句来捕获可能出现的异常，避免程序因为数据库错误而崩溃。

3.MySQL数据库读写

连接上数据库之后，就可以对数据库进行各种操作了。数据库的基本操作可以概括为四个字——"增删改查"，英文缩写为CRUD（Create、Read、Update、Delete）。本节将详细介绍如何使用Python和SQL语句来完成这四种操作。

3.1 创建数据库和表

在进行数据操作之前，首先需要确保数据库和表已经创建好。虽然可以使用Navicat等图形化工具来创建，但也可以使用Python代码来创建，这样更加灵活，也更便于程序的自动化部署。创建数据库和表需要使用SQL（Structured Query Language，结构化查询语言）语句。SQL是操作关系型数据库的标准语言，几乎所有的关系型数据库都支持SQL。

下面是使用Python创建数据库和表的代码：

代码 9-7：创建数据库和表

import pymysql

# 先连接MySQL服务器（不指定数据库）

conn = pymysql.connect(

host="localhost",

port=3306,

user="root",

password="123456"

)

cursor = conn.cursor()

# 创建数据库（如果不存在）

cursor.execute("CREATE DATABASE IF NOT EXISTS student_db CHARACTER SET utf8mb4")

print("数据库创建成功！")

# 切换到该数据库

cursor.execute("USE student_db")

# 创建学生表

create_table_sql = """

CREATE TABLE IF NOT EXISTS students (

id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,

name VARCHAR(50) NOT NULL,

gender VARCHAR(10),

age INT,

major VARCHAR(50)

) CHARACTER SET utf8mb4

"""

cursor.execute(create_table_sql)

print("学生表创建成功！")

cursor.close()

conn.close()

这段代码中有几个重要的知识点需要理解。首先，cursor（游标）是数据库操作的核心对象，所有的SQL语句都需要通过游标来执行。可以把游标理解为一个"指挥棒"，通过它向数据库发送指令。创建游标的方法是调用连接对象的cursor()方法。

其次，执行SQL语句使用的是游标的execute()方法。注意，CREATE DATABASE和CREATE TABLE语句只需要执行一次，如果数据库或表已经存在，使用"IF NOT EXISTS"关键字可以避免重复创建导致的错误。

最后，"AUTO_INCREMENT"关键字表示该字段是自动增长的，每次插入新记录时不需要手动指定id的值，数据库会自动为其分配一个递增的编号。"PRIMARY KEY"关键字表示该字段是主键。"NOT NULL"关键字表示该字段的值不能为空。"VARCHAR(50)"表示该字段是可变长度字符串，最大长度为50个字符。

3.2 插入数据

表创建好之后，就可以向表中插入数据了。插入数据使用SQL的INSERT语句。下面是插入单条数据和批量插入多条数据的代码示例：

代码 9-8：插入数据

import pymysql

db_config = {

"host": "localhost",

"port": 3306,

"user": "root",

"password": "123456",

"database": "student_db"

}

conn = pymysql.connect(**db_config)

cursor = conn.cursor()

# ---- 插入单条数据 ----

insert_sql = "INSERT INTO students (name, gender, age, major) VALUES (%s, %s, %s, %s)"

cursor.execute(insert_sql, ("张三", "男", 19, "计算机科学"))

conn.commit() # 提交事务

print("插入成功：张三")

# ---- 插入多条数据（使用元组列表） ----

students_data = [

("李四", "女", 20, "软件工程"),

("王五", "男", 18, "人工智能"),

("赵六", "女", 19, "数据科学"),

("钱七", "男", 20, "计算机科学"),

("孙八", "女", 19, "软件工程")

]

cursor.executemany(insert_sql, students_data)

conn.commit()

print("批量插入成功，共", cursor.rowcount, "条")

cursor.close()

conn.close()

这段代码中有两个非常重要的知识点。第一，SQL语句中的"%s"是参数占位符，不是字符串格式化。使用参数占位符可以防止SQL注入攻击，这是一种常见的安全漏洞。千万不要使用字符串拼接的方式来构造SQL语句，比如"INSERT INTO students VALUES ('" + name + "', ...)"，这样做非常不安全。

第二，conn.commit()方法用于提交事务。在MySQL中，对数据的修改操作（插入、更新、删除）默认不会立即生效，而是需要手动提交事务。这就好比编辑一个文档，修改的内容不会自动保存，需要点击"保存"按钮才会写入磁盘。如果忘记提交事务，数据修改将不会生效。

第三，executemany()方法可以一次性执行多条INSERT语句，比循环调用execute()效率更高。注意，传入的参数是一个包含多个元组的列表，每个元组代表一条记录的数据。

3.3 查询数据

查询数据是数据库操作中最常用的功能。查询数据使用SQL的SELECT语句。查询结果通过游标获取，可以使用fetchone()获取一条记录、fetchall()获取所有记录、fetchmany(n)获取n条记录。下面是查询数据的代码示例：

代码 9-9：查询数据

import pymysql

db_config = {

"host": "localhost",

"port": 3306,

"user": "root",

"password": "123456",

"database": "student_db"

}

conn = pymysql.connect(**db_config)

cursor = conn.cursor()

# ---- 查询所有数据 ----

cursor.execute("SELECT * FROM students")

results = cursor.fetchall()

print("共查询到", len(results), "条记录")

print("学号\t姓名\t性别\t年龄\t专业")

for row in results:

    print(row[0], "\t", row[1], "\t", row[2], "\t",row[3], "\t", row[4])

    # ---- 条件查询 ----

    cursor.execute("SELECT * FROM students WHERE major = %s",("计算机科学",))

    results = cursor.fetchall()

    print("\n计算机科学专业的学生：")

    for row in results:

        print(row[1], "-", row[4])

        cursor.close()

        conn.close()

fetchall()方法返回的是一个包含元组的列表，每个元组代表一条记录。比如，results可能是这样的结构：[(1,'张三', '男', 19, '计算机科学'), (2, '李四', '女', 20,'软件工程'),...]。可以通过索引来访问每个字段的值，比如row[0]是学号，row[1]是姓名，以此类推。

但是，通过索引访问字段值不够直观，容易出错（比如记不清第几个字段是姓名）。更好的做法是使用DictCursor（字典游标），它返回的每条记录是一个字典，可以通过字段名来访问值：

代码 9-10：使用字典游标查询数据

import pymysql

conn = pymysql.connect(

host="localhost",

port=3306,

user="root",

password="123456",

database="student_db"

)

# 创建字典游标

cursor = conn.cursor(pymysql.cursors.DictCursor)

cursor.execute("SELECT * FROM students")

results = cursor.fetchall()

print("使用字典游标查询结果：")

for row in results:

    print("姓名：" + row["name"]

    + "，性别：" + row["gender"]

    + "，专业：" + row["major"])

    cursor.close()

    conn.close()

使用字典游标后，每条记录变成了一个字典，比如{"id": 1, "name":"张三", "gender": "男", "age": 19, "major":"计算机科学"}。通过row["name"]来访问姓名字段，代码更加清晰易读，也不容易出错。在实际开发中，推荐使用字典游标。

3.4 更新数据

更新数据使用SQL的UPDATE语句。更新操作可以修改表中已有记录的字段值。下面是更新数据的代码示例：

代码 9-11：更新数据

import pymysql

conn = pymysql.connect(

host="localhost",

port=3306,

user="root",

password="123456",

database="student_db"

)

cursor = conn.cursor()

# ---- 更新单条数据 ----

# 将张三的年龄更新为20岁

update_sql = "UPDATE students SET age = %s WHERE name = %s"

cursor.execute(update_sql, (20, "张三"))

conn.commit()

print("更新成功，影响", cursor.rowcount, "行")

# ---- 批量更新数据 ----

# 将所有软件工程专业学生的年龄加1

cursor.execute(

"UPDATE students SET age = age + 1 WHERE major = %s",

("软件工程",)

)

conn.commit()

print("批量更新成功，影响", cursor.rowcount, "行")

cursor.close()

conn.close()

UPDATE语句的语法是"UPDATE 表名 SET 字段名 = 新值 WHERE条件"。其中，WHERE子句用于指定要更新的记录，如果不加WHERE子句，将会更新表中的所有记录。cursor.rowcount属性返回受影响的行数，可以用来判断更新操作是否成功。

3.5 删除数据

删除数据使用SQL的DELETE语句。删除操作会从表中移除符合条件的记录。下面是删除数据的代码示例：

代码 9-12：删除数据

import pymysql

conn = pymysql.connect(

host="localhost",

port=3306,

user="root",

password="123456",

database="student_db"

)

cursor = conn.cursor()

# ---- 删除单条数据 ----

# 删除名字为"钱七"的学生

delete_sql = "DELETE FROM students WHERE name = %s"

cursor.execute(delete_sql, ("钱七",))

conn.commit()

print("删除成功，影响", cursor.rowcount, "行")

# ---- 删除满足条件的所有数据 ----

# 删除年龄小于19岁的学生

cursor.execute(

"DELETE FROM students WHERE age < %s",

(19,)

)

conn.commit()

print("批量删除成功，影响", cursor.rowcount, "行")

cursor.close()

conn.close()

DELETE语句的语法是"DELETE FROM 表名 WHERE条件"。同样，WHERE子句非常重要，如果不加WHERE子句，将会删除表中的所有数据，这是一个非常危险的操作！在实际开发中，执行删除操作前最好先查询确认一下要删除的数据，避免误删。常用SQL语句如表9-2.

表 9-2 SQL常用语句一览