嵌入式智能闹铃（一）：数据库

大概需要实现的效果：用单片机做一个闹钟。支持设置闹铃的时间和种类，到点时会在该种类里随机一首歌。可能需要联网，上传闹铃播放的时间存储在数据库里，也可能会联网找歌。

最近会有别的外出活动，因此先解决当中偏软件的部分。数据的量是小的，因此我们采用 Python + SQLite。

1. SQL 简介

SQL stands for Structured Query Language，基础目的是实现这样一种数据结构：

定义结构：建立表格，每一列是什么类型，以及相应的约束，插入的数据不能违反约束，常见的约束有：
- NOT NULL
- UNIQUE
- PRIMARY KEY：一张表只能有一个主键，用来唯一表示这一行数据，相当于 NOT NULL + UNIQUE
- CHECK：只允许某些特定的键值
- FOREIGN KEY：儿子表的某一列必须匹配父亲表的某一列。
操作，至少支持以下操作：
- INSERT
- UPDATE
- DELETE
查询（SELECT），至少支持以下操作：
- 全表扫描
- 对于某个信息的单点查询，区间查询等
- 部分支持模糊匹配的查询，比如特定前缀
事务与持久化能力
- 原子性 Atomicity：要么全做完，要么直接罢工
- 一致性 Consistency：做之前是对的，做之后也是对的
- 隔离性 Isolation：多个程序同时在写数据库时，互不干扰
- 持久性 Durability：就算突然断电，数据也不会丢

其规则非常严格，不会接受脏数据，如果这个数据有问题会报错。

从查询可以看出其大概是通过平衡树实现的，因为其并不支持复杂的模糊匹配——比如搜索引擎，大概是通过把每个网页拆成关键词，然后某些关键词出现在了哪些网页里。确实有工具让 SQL 支持类似于这样的功能，但是以后再说。

我们采用 SQLite3 做一个简单的实验。假设现在有三个闹钟，分别叫做卧室、客厅和厨房，如果只用一张表然后某一列代表是哪个闹钟响的，如果某天客厅变书房了，那么完蛋了。

因此比较好的实现方式是父亲表 devices 存放设备清单，儿子表 alarm_logs 存放闹钟记录但是不存设备名字只存编号。

-- 1. 创建父亲表（设备表）
CREATE TABLE devices (
    id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT,   -- AUTOINCREMENT 自增主键
    device_name TEXT UNIQUE NOT NULL        -- 设备名称，比如 'bedroom', 'living_room'
);

-- 2. 创建儿子表（日志表），关键点在于最后一句
CREATE TABLE alarm_logs (
    id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT,
    alarm_time TEXT NOT NULL,               -- 非空约束：必须有时间
    category TEXT DEFAULT 'pop' CHECK (category IN ('pop', 'classic', 'rock')), -- 检查约束：只允许这三种
    song_name TEXT,
    device_ref INTEGER,                     -- 这一列用来存设备的ID
    FOREIGN KEY (device_ref) REFERENCES devices (id) -- 约束：device_ref 必须在 devices 表里存在
);

这里我们先插入 devices：

1 2	INSERT INTO devices (device_name) VALUES ('bedroom'); INSERT INTO devices (device_name) VALUES ('living_room');

这样插入日志表的时候，device_ref 就有限制，不能乱写：

1	INSERT INTO alarm_logs (alarm_time, category, song_name, device_ref) VALUES ('2026-07-06 07:00:00', 'pop', '0001.mp3', 1);

1.1 实现数据结构

主要写一下思路。

查找的效率是重要的，但是我们不可能对所有列都建一棵平衡树（通常只默认对 PRIMARY KEY 建），否则磁盘空间爆炸了，插入的时间复杂度也爆炸了。

而且不能采用二叉树，因为数据是存在磁盘上的。对于一次寻找儿子的操作，都意味着随机访问，这个是很慢（约 10ms，而内存是纳秒级的）

数据很多不可能存在内存里，但是该