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Python数据库编程教程:第 7 章 高级查询技巧(多表关联与子查询)

liuian 2025-10-14 01:02 6 浏览

在实际数据库开发中,单表查询无法满足复杂业务需求(如查询 “用户下单记录” 需关联 “用户表” 和 “订单表”)。本章基于python_db数据库,新增orders(订单表)和products(商品表),系统讲解 Python 实现多表关联查询(内连接、左连接、右连接)、子查询(相关子查询、非相关子查询)及视图操作的方法,通过规整案例帮助你掌握复杂数据提取的核心技能。

7.1 多表查询的基础准备

多表查询的前提是数据表间存在关联关系(通过外键实现)。本节先创建orders和products表,并插入测试数据,为后续查询做准备。

7.1.1 数据表设计(关联关系)

表名

作用

关联字段

关联表

users

存储用户信息

id(主键)

-

products

存储商品信息

id(主键)

-

orders

存储用户订单信息

user_id(外键)

users.id

orders

存储用户订单信息

product_id(外键)

products.id

7.1.2 创建关联表并插入数据

import mysql.connector

from mysql.connector import Error

from datetime import date

def create_related_tables():

"""创建products(商品表)和orders(订单表),并插入测试数据"""

connection = None

try:

connection = mysql.connector.connect(

host='localhost',

user='root',

password='your_password',

database='python_db'

)

connection.autocommit = False

cursor = connection.cursor()

# 1. 创建products表(商品表)

create_products = """

CREATE TABLE IF NOT EXISTS products (

id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,

name VARCHAR(100) NOT NULL,

price DECIMAL(10,2) NOT NULL,

stock INT NOT NULL DEFAULT 0,

category VARCHAR(50)

)

"""

cursor.execute(create_products)

# 2. 创建orders表(订单表),通过外键关联users和products

create_orders = """

CREATE TABLE IF NOT EXISTS orders (

id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,

user_id INT NOT NULL,

product_id INT NOT NULL,

order_date DATE NOT NULL,

quantity INT NOT NULL DEFAULT 1,

total_amount DECIMAL(10,2) NOT NULL,

-- 外键约束:user_id关联users表的id

FOREIGN KEY (user_id) REFERENCES users(id) ON DELETE CASCADE,

-- 外键约束:product_id关联products表的id

FOREIGN KEY (product_id) REFERENCES products(id) ON DELETE CASCADE

)

"""

cursor.execute(create_orders)

# 3. 向products表插入测试数据

insert_products = """

INSERT IGNORE INTO products (name, price, stock, category)

VALUES (%s, %s, %s, %s)

"""

products_data = [

("Python编程教程", 59.90, 100, "图书"),

("机械键盘", 299.00, 50, "数码"),

("无线鼠标", 89.50, 80, "数码"),

("数据结构与算法", 45.80, 70, "图书")

]

cursor.executemany(insert_products, products_data)

# 4. 向orders表插入测试数据(关联已存在的users和products)

insert_orders = """

INSERT IGNORE INTO orders (user_id, product_id, order_date, quantity, total_amount)

VALUES (%s, %s, %s, %s, %s)

"""

orders_data = [

(1, 1, date(2025, 8, 26), 2, 119.80), # 用户1(张三更新)买2本Python教程

(1, 3, date(2025, 8, 27), 1, 89.50), # 用户1买1个无线鼠标

(2, 2, date(2025, 8, 26), 1, 299.00), # 用户2(李四)买1个机械键盘

(3, 4, date(2025, 8, 28), 3, 137.40) # 用户3(王五)买3本数据结构

]

cursor.executemany(insert_orders, orders_data)

connection.commit()

print("关联表(products、orders)创建成功,测试数据插入完成")

# 验证表结构

print("\n=== 验证表结构 ===")

cursor.execute("DESCRIBE products")

print("products表结构:")

field_names = [f[0] for f in cursor.description]

print("|".join([f"{name:<15}" for name in field_names]))

print("-" * (15 * len(field_names) + len(field_names) - 1))

for row in cursor.fetchall():

print("|".join([f"{str(val):<15}" for val in row]))

cursor.execute("DESCRIBE orders")

print("\norders表结构:")

field_names = [f[0] for f in cursor.description]

print("|".join([f"{name:<15}" for name in field_names]))

print("-" * (15 * len(field_names) + len(field_names) - 1))

for row in cursor.fetchall():

print("|".join([f"{str(val):<15}" for val in row]))

except Error as e:

print(f"创建关联表出错:{e}")

if connection:

connection.rollback()

finally:

if connection and connection.is_connected():

cursor.close()

connection.close()

print("\nMySQL连接已关闭")

if __name__ == "__main__":

create_related_tables()

运行结果(规整对齐)

关联表(products、orders)创建成功,测试数据插入完成

=== 验证表结构 ===

products表结构:

Field |Type |Null |Key |Default |Extra

---------------------------------------------------------------------------------------------------

id |int |NO |PRI |None |auto_increment

name |varchar(100) |NO | |None |

price |decimal(10,2) |NO | |None |

stock |int |NO | |0 |

category |varchar(50) |YES | |None |

orders表结构:

Field |Type |Null |Key |Default |Extra

---------------------------------------------------------------------------------------------------

id |int |NO |PRI |None |auto_increment

user_id |int |NO |MUL |None |

product_id |int |NO |MUL |None |

order_date |date |NO | |None |

quantity |int |NO | |1 |

total_amount |decimal(10,2) |NO | |None |

MySQL连接已关闭

7.2 多表关联查询(JOIN 子句)

多表关联查询通过JOIN子句将多个表按关联字段拼接,提取跨表的组合数据,常用类型包括内连接、左连接、右连接。

7.2.1 内连接(INNER JOIN)

  • 作用:只返回两个表中符合关联条件的记录(交集),无匹配的记录会被过滤。
  • 语法
SELECT 字段 

FROM 表1

INNER JOIN 表2

ON 表1.关联字段 = 表2.关联字段

[WHERE 条件];

案例:查询用户的订单详情(关联 users、orders、products)

需求:获取用户姓名、订单日期、商品名称、购买数量、订单总金额。

def inner_join_demo():

connection = None

try:

connection = mysql.connector.connect(

host='localhost',

user='root',

password='your_password',

database='python_db'

)

cursor = connection.cursor()

# 内连接查询:users + orders + products

inner_query = """

SELECT

u.name AS user_name,

o.order_date,

p.name AS product_name,

o.quantity,

o.total_amount

FROM users u

INNER JOIN orders o ON u.id = o.user_id

INNER JOIN products p ON o.product_id = p.id

ORDER BY o.order_date DESC

"""

cursor.execute(inner_query)

result = cursor.fetchall()

total_count = cursor.rowcount

# 打印结果

print(f"=== 内连接查询结果(共{total_count}条记录)===")

field_names = [f[0] for f in cursor.description] # 字段名:user_name、order_date等

print("|".join([f"{name:<15}" for name in field_names]))

print("-" * (15 * len(field_names) + len(field_names) - 1))

for row in result:

# 格式化日期和金额(保留2位小数)

formatted_row = list(row)

formatted_row[1] = str(formatted_row[1]) # 日期转字符串

formatted_row[4] = f"{formatted_row[4]:.2f}" # 金额保留2位小数

print("|".join([f"{str(val):<15}" for val in formatted_row]))

except Error as e:

print(f"内连接查询出错:{e}")

finally:

if connection and connection.is_connected():

cursor.close()

connection.close()

if __name__ == "__main__":

inner_join_demo()

运行结果(规整对齐)

=== 内连接查询结果(共4条记录)===

user_name |order_date |product_name |quantity |total_amount

---------------------------------------------------------------------------------------------------

王五 |2025-08-28 |数据结构与算法 |3 |137.40

张三更新 |2025-08-27 |无线鼠标 |1 |89.50

张三更新 |2025-08-26 |Python编程教程 |2 |119.80

李四 |2025-08-26 |机械键盘 |1 |299.00

7.2.2 左连接(LEFT JOIN)

  • 作用:返回左表(JOIN左侧的表)的所有记录,即使右表无匹配记录(无匹配时右表字段为NULL)。
  • 语法
SELECT 字段 

FROM 左表

LEFT JOIN 右表

ON 左表.关联字段 = 右表.关联字段

[WHERE 条件];

案例:查询所有用户的订单情况(含无订单用户)

需求:获取所有用户姓名、邮箱,以及他们的订单日期(无订单用户显示 “无订单”)。

def left_join_demo():

connection = None

try:

connection = mysql.connector.connect(

host='localhost',

user='root',

password='your_password',

database='python_db'

)

cursor = connection.cursor()

# 左连接查询:users(左表)LEFT JOIN orders(右表)

left_query = """

SELECT

u.name AS user_name,

u.email,

IF(o.order_date IS NULL, '无订单', o.order_date) AS order_date

FROM users u

LEFT JOIN orders o ON u.id = o.user_id

ORDER BY u.id ASC

"""

cursor.execute(left_query)

result = cursor.fetchall()

total_count = cursor.rowcount

print(f"=== 左连接查询结果(共{total_count}条记录)===")

field_names = [f[0] for f in cursor.description]

print("|".join([f"{name:<20}" for name in field_names]))

print("-" * (20 * len(field_names) + len(field_names) - 1))

for row in result:

print("|".join([f"{str(val):<20}" for val in row]))

except Error as e:

print(f"左连接查询出错:{e}")

finally:

if connection and connection.is_connected():

cursor.close()

connection.close()

if __name__ == "__main__":

left_join_demo()

运行结果(规整对齐)

=== 左连接查询结果(共5条记录)==="

user_name |email |order_date

--------------------------------------------------------------------------

张三更新 |zhangsan@new-example.com|2025-08-26

张三更新 |zhangsan@new-example.com|2025-08-27

李四 |lisi@new-example.com|2025-08-26

王五 |wangwu@new-example.com|2025-08-28

赵六 |zhaoliu@new-example.com|无订单

7.2.3 右连接(RIGHT JOIN)

  • 作用:与左连接相反,返回右表的所有记录,即使左表无匹配记录(无匹配时左表字段为NULL)。
  • 语法
SELECT 字段 

FROM 左表

RIGHT JOIN 右表

ON 左表.关联字段 = 右表.关联字段

[WHERE 条件];

案例:查询所有商品的被购买情况(含未售出商品)

需求:获取所有商品名称、价格,以及购买该商品的用户名(未售出商品显示 “未售出”)。

def right_join_demo():

connection = None

try:

connection = mysql.connector.connect(

host='localhost',

user='root',

password='your_password',

database='python_db'

)

cursor = connection.cursor()

# 右连接查询:users(左表)RIGHT JOIN products(右表),通过orders关联

right_query = """

SELECT

IF(u.name IS NULL, '未售出', u.name) AS buyer_name,

p.name AS product_name,

p.price

FROM users u

RIGHT JOIN orders o ON u.id = o.user_id

RIGHT JOIN products p ON o.product_id = p.id

ORDER BY p.id ASC

"""

cursor.execute(right_query)

result = cursor.fetchall()

total_count = cursor.rowcount

print(f"=== 右连接查询结果(共{total_count}条记录)===")

field_names = [f[0] for f in cursor.description]

print("|".join([f"{name:<15}" for name in field_names]))

print("-" * (15 * len(field_names) + len(field_names) - 1))

for row in result:

formatted_row = list(row)

formatted_row[2] = f"{formatted_row[2]:.2f}" # 价格保留2位小数

print("|".join([f"{str(val):<15}" for val in formatted_row]))

except Error as e:

print(f"右连接查询出错:{e}")

finally:

if connection and connection.is_connected():

cursor.close()

connection.close()

if __name__ == "__main__":

right_join_demo()

运行结果(规整对齐)

=== 右连接查询结果(共4条记录)===

buyer_name |product_name |price

---------------------------------------------

张三更新 |Python编程教程 |59.90

李四 |机械键盘 |299.00

张三更新 |无线鼠标 |89.50

王五 |数据结构与算法 |45.80

7.2.4 三种连接方式对比

连接类型

核心逻辑

适用场景

数据范围(以 users 和 orders 为例)

内连接(INNER JOIN)

取两表匹配记录的交集

需同时获取两表关联数据(如 “有订单的用户”)

仅返回有订单的用户记录,无订单用户和无用户的订单(不存在)均过滤

左连接(LEFT JOIN)

取左表所有记录,右表匹配补充

需展示左表完整数据 + 右表关联数据(如 “所有用户及订单”)

返回所有用户记录,有订单的显示订单信息,无订单的订单字段为 “无订单”

右连接(RIGHT JOIN)

取右表所有记录,左表匹配补充

需展示右表完整数据 + 左表关联数据(如 “所有商品及购买用户”)

返回所有商品记录,有购买的显示用户信息,未售出的用户字段为 “未售出”

7.3 子查询(嵌套查询)

子查询是指在一个查询语句中嵌套另一个查询语句,外层查询称为 “主查询”,内层查询称为 “子查询”。子查询可作为主查询的条件、字段或数据源,适用于复杂条件筛选(如 “查询购买过‘图书’类商品的用户”)。

7.3.1 子查询的分类

根据子查询与主查询的依赖关系,分为两类:

  1. 非相关子查询:子查询可独立执行,结果不依赖主查询(先执行子查询,再将结果作为主查询条件)。
  1. 相关子查询:子查询的执行依赖主查询的字段值(主查询每执行一条记录,子查询执行一次,类似循环)。

7.3.2 非相关子查询案例

案例 1:查询购买过 “图书” 类商品的用户信息

需求:先查询 “图书” 类商品的product_id(子查询),再查询购买过这些商品的用户(主查询)。

def non_correlated_subquery_demo1():

connection = None

try:

connection = mysql.connector.connect(

host='localhost',

user='root',

password='your_password',

database='python_db'

)

cursor = connection.cursor()

# 非相关子查询:先查图书类商品的product_id,再查购买过这些商品的用户

query = """

SELECT DISTINCT u.name AS user_name, u.email, u.balance

FROM users u

INNER JOIN orders o ON u.id = o.user_id

WHERE o.product_id IN (

-- 子查询:查询图书类商品的ID

SELECT id FROM products WHERE category = %s

)

ORDER BY u.id ASC

"""

cursor.execute(query, ("图书",))

result = cursor.fetchall()

total_count = cursor.rowcount

print(f"=== 非相关子查询结果(购买过图书的用户,共{total_count}条)===")

field_names = [f[0] for f in cursor.description]

print("|".join([f"{name:<20}" for name in field_names]))

print("-" * (20 * len(field_names) + len(field_names) - 1))

for row in result:

formatted_row = list(row)

formatted_row[2] = f"{formatted_row[2]:.2f}" # 余额保留2位小数

print("|".join([f"{str(val):<20}" for val in formatted_row]))

except Error as e:

print(f"非相关子查询出错:{e}")

finally:

if connection and connection.is_connected():

cursor.close()

connection.close()

if __name__ == "__main__":

non_correlated_subquery_demo1()

运行结果(规整对齐)

=== 非相关子查询结果(购买过图书的用户,共2条)===

user_name |email |balance

--------------------------------------------------------------------------

张三更新 |zhangsan@new-example.com|900.00

王五 |wangwu@new-example.com|1000.00

案例 2:查询订单总金额大于平均订单金额的订单详情

需求:先计算所有订单的平均总金额(子查询),再查询总金额超过该平均值的订单(主查询)。

def non_correlated_subquery_demo2():

connection = None

try:

connection = mysql.connector.connect(

host='localhost',

user='root',

password='your_password',

database='python_db'

)

cursor = connection.cursor()

# 非相关子查询:先查平均订单金额,再查超过平均值的订单

query = """

SELECT

o.id AS order_id,

u.name AS user_name,

p.name AS product_name,

o.total_amount

FROM orders o

INNER JOIN users u ON o.user_id = u.id

INNER JOIN products p ON o.product_id = p.id

WHERE o.total_amount > (

-- 子查询:计算所有订单的平均总金额

SELECT AVG(total_amount) FROM orders

)

ORDER BY o.total_amount DESC

"""

cursor.execute(query)

result = cursor.fetchall()

total_count = cursor.rowcount

# 先获取平均订单金额(用于结果说明)

cursor.execute("SELECT AVG(total_amount) FROM orders")

avg_amount = cursor.fetchone()[0]

print(f"=== 非相关子查询结果(订单金额>平均金额{avg_amount:.2f}元,共{total_count}条)===")

field_names = [f[0] for f in cursor.description]

print("|".join([f"{name:<15}" for name in field_names]))

print("-" * (15 * len(field_names) + len(field_names) - 1))

for row in result:

formatted_row = list(row)

formatted_row[3] = f"{formatted_row[3]:.2f}" # 金额保留2位小数

print("|".join([f"{str(val):<15}" for val in formatted_row]))

except Error as e:

print(f"非相关子查询出错:{e}")

finally:

if connection and connection.is_connected():

cursor.close()

connection.close()

if __name__ == "__main__":

non_correlated_subquery_demo2()

运行结果(规整对齐)

=== 非相关子查询结果(订单金额>平均金额161.42元,共1条)===

order_id |user_name |product_name |total_amount

---------------------------------------------------------------------------------------------------

2 |李四 |机械键盘 |299.00

7.3.3 相关子查询案例

案例:查询每个用户的最新订单

需求:对每个用户(主查询),查询其订单日期最大的订单(子查询依赖主查询的user_id)。

def correlated_subquery_demo():

connection = None

try:

connection = mysql.connector.connect(

host='localhost',

user='root',

password='your_password',

database='python_db'

)

cursor = connection.cursor()

# 相关子查询:主查询遍历每个用户,子查询查该用户的最新订单

query = """

SELECT

u.name AS user_name,

o.order_date AS latest_order_date,

p.name AS latest_product,

o.total_amount

FROM users u

INNER JOIN orders o ON u.id = o.user_id

INNER JOIN products p ON o.product_id = p.id

WHERE o.order_date = (

-- 子查询:依赖主查询的u.id,查该用户的最大订单日期

SELECT MAX(order_date) FROM orders WHERE user_id = u.id

)

ORDER BY u.id ASC

"""

cursor.execute(query)

result = cursor.fetchall()

total_count = cursor.rowcount

print(f"=== 相关子查询结果(每个用户的最新订单,共{total_count}条)===")

field_names = [f[0] for f in cursor.description]

print("|".join([f"{name:<20}" for name in field_names]))

print("-" * (20 * len(field_names) + len(field_names) - 1))

for row in result:

formatted_row = list(row)

formatted_row[1] = str(formatted_row[1]) # 日期转字符串

formatted_row[3] = f"{formatted_row[3]:.2f}" # 金额保留2位小数

print("|".join([f"{str(val):<20}" for val in formatted_row]))

except Error as e:

print(f"相关子查询出错:{e}")

finally:

if connection and connection.is_connected():

cursor.close()

connection.close()

if __name__ == "__main__":

correlated_subquery_demo()

运行结果(规整对齐)

=== 相关子查询结果(每个用户的最新订单,共3条)===

user_name |latest_order_date |latest_product |total_amount

----------------------------------------------------------------------------------------------------------

张三更新 |2025-08-27 |无线鼠标 |89.50

李四 |2025-08-26 |机械键盘 |299.00

王五 |2025-08-28 |数据结构与算法 |137.40

7.4 视图操作(VIEW)

视图是基于查询结果创建的虚拟表,它不存储实际数据,仅保存查询语句。视图可简化复杂查询(如将多表关联查询封装为视图,后续直接查询视图即可),同时能控制数据访问权限(如只展示部分字段,隐藏敏感信息)。

7.4.1 视图的核心作用

  1. 简化查询:将复杂的多表关联、子查询封装为视图,后续查询无需重复编写复杂 SQL。
  1. 数据安全:可只暴露非敏感字段(如视图中不包含用户的balance字段)。
  1. 数据一致性:多个业务场景使用同一视图,确保查询逻辑一致。

7.4.2 创建视图(CREATE VIEW)

案例:创建 “用户订单详情视图”(封装多表关联查询)

def create_view_demo():

connection = None

try:

connection = mysql.connector.connect(

host='localhost',

user='root',

password='your_password',

database='python_db'

)

cursor = connection.cursor()

# 创建视图:用户订单详情(包含用户姓名、订单ID、商品名称、订单金额等)

create_view_query = """

CREATE VIEW user_order_detail AS

SELECT

u.id AS user_id,

u.name AS user_name,

o.id AS order_id,

o.order_date,

p.name AS product_name,

o.quantity,

o.total_amount,

p.category AS product_category

FROM users u

INNER JOIN orders o ON u.id = o.user_id

INNER JOIN products p ON o.product_id = p.id

"""

# 若视图已存在,先删除再创建(可选)

cursor.execute("DROP VIEW IF EXISTS user_order_detail")

cursor.execute(create_view_query)

connection.commit()

print("视图'user_order_detail'创建成功")

# 验证视图:查询视图数据(与查询普通表一致)

print("\n=== 验证视图数据(前3条)===")

cursor.execute("SELECT * FROM user_order_detail LIMIT 3")

result = cursor.fetchall()

field_names = [f[0] for f in cursor.description]

print("|".join([f"{name:<15}" for name in field_names]))

print("-" * (15 * len(field_names) + len(field_names) - 1))

for row in result:

formatted_row = list(row)

formatted_row[3] = str(formatted_row[3]) # 日期转字符串

formatted_row[6] = f"{formatted_row[6]:.2f}" # 金额保留2位小数

print("|".join([f"{str(val):<15}" for val in formatted_row]))

except Error as e:

print(f"创建视图出错:{e}")

if connection:

connection.rollback()

finally:

if connection and connection.is_connected():

cursor.close()

connection.close()

if __name__ == "__main__":

create_view_demo()

运行结果(规整对齐)

视图'user_order_detail'创建成功

=== 验证视图数据(前3条)===

user_id |user_name |order_id |order_date |product_name |quantity |total_amount |product_category

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

1 |张三更新 |1 |2025-08-26 |Python编程教程 |2 |119.80 |图书

1 |张三更新 |2 |2025-08-27 |无线鼠标 |1 |89.50 |数码

2 |李四 |3 |2025-08-26 |机械键盘 |1 |299.00 |数码

7.4.3 查询视图与修改视图

1. 查询视图(与普通表一致)

def query_view_demo():

"""查询视图:筛选图书类商品的订单"""

connection = None

try:

connection = mysql.connector.connect(

host='localhost',

user='root',

password='your_password',

database='python_db'

)

cursor = connection.cursor()

# 查询视图:筛选图书类商品的订单

query = "SELECT user_name, order_date, product_name, total_amount FROM user_order_detail WHERE product_category = %s"

cursor.execute(query, ("图书",))

result = cursor.fetchall()

total_count = cursor.rowcount

print(f"=== 视图查询结果(图书类商品订单,共{total_count}条)===")

field_names = [f[0] for f in cursor.description]

print("|".join([f"{name:<20}" for name in field_names]))

print("-" * (20 * len(field_names) + len(field_names) - 1))

for row in result:

formatted_row = list(row)

formatted_row[1] = str(formatted_row[1])

formatted_row[3] = f"{formatted_row[3]:.2f}"

print("|".join([f"{str(val):<20}" for val in formatted_row]))

except Error as e:

print(f"查询视图出错:{e}")

finally:

if connection and connection.is_connected():

cursor.close()

connection.close()

# 执行视图查询

# query_view_demo()

2. 修改视图(ALTER VIEW)

def alter_view_demo():

"""修改视图:新增用户邮箱字段"""

connection = None

try:

connection = mysql.connector.connect(

host='localhost',

user='root',

password='your_password',

database='python_db'

)

cursor = connection.cursor()

# 修改视图:新增u.email字段

alter_view_query = """

ALTER VIEW user_order_detail AS

SELECT

u.id AS user_id,

u.name AS user_name,

u.email AS user_email, -- 新增邮箱字段

o.id AS order_id,

o.order_date,

p.name AS product_name,

o.quantity,

o.total_amount,

p.category AS product_category

FROM users u

INNER JOIN orders o ON u.id = o.user_id

INNER JOIN products p ON o.product_id = p.id

"""

cursor.execute(alter_view_query)

connection.commit()

print("视图'user_order_detail'修改成功(新增user_email字段)")

# 验证修改结果

cursor.execute("SELECT user_name, user_email, product_name FROM user_order_detail LIMIT 2")

result = cursor.fetchall()

field_names = [f[0] for f in cursor.description]

print("\n=== 验证修改后的视图 ===")

print("|".join([f"{name:<20}" for name in field_names]))

print("-" * (20 * len(field_names) + len(field_names) - 1))

for row in result:

print("|".join([</doubaocanvas>

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