Django ORM自定义SQL：扩展django.db.models.sql.query支持原生SQL，增强功能

# 1. Django ORM与SQL基础知识

## 1.1 Django ORM与SQL的重要性

在现代Web开发中，Django框架以其强大的ORM（Object-Relational Mapping）功能，极大地简化了数据库操作。ORM允许开发者使用Python代码而不是复杂的SQL语句来操作数据库，这不仅提高了开发效率，还增强了代码的可读性和可维护性。然而，深入理解SQL语言对于性能调优和复杂的查询操作仍然至关重要。在本章节中，我们将探讨Django ORM的基础知识，以及如何结合使用SQL语言来实现更高级的数据操作。

## 1.2 Django ORM的基本概念

Django ORM使用模型（Models）来代表数据库表，并通过模型之间的关系映射来模拟表之间的关系。每个模型都是一个Python类，继承自`django.db.models.Model`。模型的字段（Fields）映射到数据库中的列，而模型的实例代表数据库中的一行数据。Django ORM自动处理数据模型与数据库表的创建和更新，开发者只需要关注模型的定义和使用。

## 1.3 基本的数据库操作

在Django中，数据库操作主要通过模型的QuerySet API来完成。QuerySet是一系列对象的集合，可以进行过滤、排序、分页等操作。例如，获取所有用户模型实例的QuerySet可以通过调用模型的`objects.all()`方法。要过滤特定条件的数据，可以使用`filter()`方法，例如：

# 获取所有年龄大于30岁的用户
User.objects.filter(age__gt=30)

在这些操作中，Django ORM将Python代码转换为相应的SQL语句，透明地处理数据与数据库之间的交互。通过理解和掌握这些基础知识，开发者可以开始构建强大的数据库操作逻辑，并在此基础上进一步探索自定义SQL的应用。

以上内容为第一章《Django ORM与SQL基础知识》的概述，介绍了Django ORM的重要性、基本概念和基本的数据库操作。接下来的章节将深入探讨自定义SQL的基础，以及如何在Django中结合使用ORM和SQL语言。

# 2. 自定义SQL的基础

在本章节中，我们将深入探讨如何在Django中使用自定义SQL。我们将从Django ORM的基本操作开始，逐步引导读者了解SQL语言的基础知识，并最终探讨Django ORM与SQL的结合点。通过本章节的介绍，读者将能够掌握Django中自定义SQL的基础知识，并能够在实际项目中灵活应用。

## 2.1 Django ORM的基本操作

### 2.1.1 创建模型与数据库的映射

在Django中，模型是与数据库表相对应的Python类。每个模型类都继承自`django.db.models.Model`，并且在类中定义的每个属性都对应数据库表中的一个字段。

from django.db import models

class User(models.Model):
    username = models.CharField(max_length=100)
    email = models.EmailField()
    created_at = models.DateTimeField(auto_now_add=True)
    updated_at = models.DateTimeField(auto_now=True)

在上述代码中，我们定义了一个名为`User`的模型，它包含四个字段：`username`、`email`、`created_at`和`updated_at`。这些字段分别对应数据库中的四个列，其中`CharField`和`EmailField`用于处理文本和电子邮件地址，`DateTimeField`用于处理日期和时间。

### 2.1.2 Django ORM的查询集操作

Django ORM提供了一套强大的查询集（QuerySet）API，允许我们以Python代码的形式编写数据库查询。这些查询集是延迟执行的，即它们不会立即执行数据库查询，而是在实际需要数据时才执行。

# 获取所有用户
users = User.objects.all()

# 获取用户名为'john'的用户
user = User.objects.get(username='john')

# 获取用户名包含'john'的用户列表
users = User.objects.filter(username__contains='john')

# 按创建时间排序用户
users = User.objects.order_by('created_at')

在这些例子中，我们展示了如何使用`all()`、`get()`、`filter()`和`order_by()`方法来执行不同的查询操作。这些方法都是链式的，允许我们组合多个条件进行复杂的查询。

## 2.2 SQL语言入门

### 2.2.1 SQL语法结构概述

SQL（Structured Query Language）是一种用于管理关系型数据库的标准语言。它包括数据定义语言（DDL）、数据操纵语言（DML）和数据控制语言（DCL）等。

基本的SQL语法结构包括以下几个部分：

- **SELECT**：用于从数据库中选择数据。
- **FROM**：指定SELECT语句要查询的表。
- **WHERE**：用于过滤查询结果。
- **GROUP BY**：用于按照一个或多个列对结果集进行分组。
- **HAVING**：用于对GROUP BY分组后的结果进行条件过滤。
- **ORDER BY**：用于对结果集进行排序。
- **LIMIT**：限制结果的数量。

### 2.2.2 常用SQL操作与实践

在实际开发中，我们经常需要执行一些常用的SQL操作，例如插入、更新、删除和查询数据。

-- 插入数据
INSERT INTO user (username, email) VALUES ('john', '***');

-- 更新数据
UPDATE user SET email = 'john.***' WHERE username = 'john';

-- 删除数据
DELETE FROM user WHERE username = 'john';

-- 查询数据
SELECT * FROM user;

在这些例子中，我们展示了如何使用SQL语句来执行插入、更新、删除和查询操作。这些操作是数据库管理的基础，对于任何使用数据库的应用程序都是必不可少的。

## 2.3 Django ORM与SQL的结合点

### 2.3.1 Django默认的SQL生成机制

Django ORM提供了一种高级的抽象，使得开发者可以不必直接编写SQL语句即可进行数据库操作。然而，在某些情况下，我们可能需要直接使用SQL来执行复杂的查询或优化性能。

Django ORM通过`raw()`方法提供了一种方式来执行原生SQL查询：

# 执行原生SQL查询
users = User.objects.raw('SELECT * FROM user')

在这个例子中，我们使用`raw()`方法执行了一个简单的SQL查询，该查询返回了`user`表中的所有记录。虽然这种方法非常强大，但它绕过了Django ORM的安全检查，因此在使用时需要特别小心。

### 2.3.2 自定义SQL在Django中的作用

在某些高级场景中，我们可能需要在Django中使用自定义SQL来实现特定的功能。例如，我们可能需要使用一些数据库特有的函数或操作，或者可能需要执行一些复杂的查询，这些查询无法通过Django ORM简单实现。

在这种情况下，我们可以使用Django的`raw()`方法，或者使用第三方库如`django-db-sql`来编写和执行自定义SQL。

# 使用django-db-sql执行自定义SQL
from django_db_sql import sql

sql_to_run = """
SELECT username, email
FROM user
WHERE username = %s

users = sql.execute_query(sql_to_run, ('john',))

在这个例子中，我们使用`django-db-sql`库来执行一个自定义SQL查询。这种方法比使用`raw()`更加灵活，并且可以与Django ORM集成得更好。

在本章节中，我们介绍了Django ORM的基本操作、SQL语言的基础知识以及如何在Django中使用自定义SQL。在下一章中，我们将深入探讨如何扩展`django.db.models.sql.query`模块，以及如何实现自定义SQL查询。

# 3. 扩展django.db.models.sql.query

在本章节中，我们将深入探讨Django ORM的内部机制，特别是如何扩展`django.db.models.sql.query`模块来实现自定义SQL查询。我们将首先解析Query类的结构和关键方法，然后演示如何创建自定义Query类并实现原生SQL查询。最后，我们将讨论如何进行高级应用，包括传递自定义参数和结合数据库特定功能。

## 3.1 Django查询类结构