Python簡易圖書管理系統重構

在本篇課文中，我們將使用Python語言結合MySQL數據庫，從零開始構建一個簡單的圖書管理系統。該系統旨在幫助圖書館管理員輕松管理圖書的借閱、歸還以及查詢圖書信息等日常操作。我們將分步介紹需求分析、數據庫設計、環境搭建、功能實現等關鍵環節，并提供詳細的源代碼示例。

#### **一、需求分析**

圖書管理系統的核心功能包括：
- 圖書錄入：允許管理員添加新書到系統。
- 圖書查詢：提供按書名、作者、ISBN等關鍵詞查詢圖書。
- 借閱管理：記錄借閱者信息及圖書借閱狀態。
- 歸還管理：更新圖書狀態為可借閱。
- 數據統計：統計各類圖書的借閱次數等。

#### **二、數據庫設計**

首先，我們需要設計兩個基本表：`books` 和 `borrow_records`。

1. **books** 表結構示例：
?

?- `id` INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,- `title` VARCHAR(255) NOT NULL,- `author` VARCHAR(100),- `isbn` VARCHAR(13) UNIQUE,- `status` ENUM('available', 'borrowed') DEFAULT 'available'

2. **borrow_records** 表結構示例：
?

 ?- `id` INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,- `book_id` INT,- `borrower_name` VARCHAR(100),- `borrow_date` DATE,- `return_date` DATE DEFAULT NULL,- FOREIGN KEY (`book_id`) REFERENCES `books`(`id`)

當然，以下是之前設計的圖書管理系統中涉及到的MySQL數據庫表創建語句。這些語句會創建`users`（用戶）、`books`（圖書）和`borrow_records`（借閱記錄）三個表。請根據實際情況調整數據庫用戶名、密碼以及數據庫名稱。

```sql


-- 創建 users 表，用于存儲系統用戶信息
CREATE TABLE IF NOT EXISTS `users` (`id` INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,`username` VARCHAR(64) NOT NULL UNIQUE,`password` VARCHAR(128) NOT NULL
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;-- 注意：在實際應用中，應該使用哈希函數處理密碼，不要明文存儲
-- 示例：`password`字段的值應該是 `hash_function('your-clear-text-password')`-- 創建 books 表，存儲圖書信息
CREATE TABLE IF NOT EXISTS `books` (`id` INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,`title` VARCHAR(255) NOT NULL,`author` VARCHAR(100),`isbn` VARCHAR(13) UNIQUE NOT NULL,`status` ENUM('available', 'borrowed') DEFAULT 'available'
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;-- 創建 borrow_records 表，記錄圖書的借閱情況
CREATE TABLE IF NOT EXISTS `borrow_records` (`id` INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,`book_id` INT,`borrower_name` VARCHAR(100) NOT NULL,`borrow_date` DATE NOT NULL,`return_date` DATE DEFAULT NULL,FOREIGN KEY (`book_id`) REFERENCES `books`(`id`) ON DELETE CASCADE
) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4;-- 確保外鍵約束在刪除書籍記錄時級聯刪除借閱記錄

```

請確保在執行這些SQL語句前，你的MySQL服務器已經啟動并且你有合適的權限來創建數據庫和表。如果使用的是圖形化界面的數據庫管理工具（如phpMyAdmin或MySQL Workbench），可以直接在對應的界面輸入這些SQL命令來創建表。

#### **三、環境搭建**

確保安裝了Python和MySQL，以及必要的庫：
- 安裝`mysql-connector-python`用于Python連接MySQL。
- 安裝`prettytable`用于美化輸出。

```bash

pip install mysql-connector-python prettytable

```

#### **四、功能實現**

接下來，我們逐步實現上述功能。

##### 1. 連接數據庫```python

import mysql.connector
from prettytable import PrettyTabledef create_conn():conn = mysql.connector.connect(host='localhost',user='your_username',password='your_password',database='library_db')return conndef close_conn(conn):if conn.is_connected():conn.close()

```

##### 2. 圖書錄入

```python

def add_book(title, author, isbn):conn = create_conn()cursor = conn.cursor()query = "INSERT INTO books (title, author, isbn) VALUES (%s, %s, %s)"try:cursor.execute(query, (title, author, isbn))conn.commit()print("圖書添加成功！")except mysql.connector.Error as err:print(f"錯誤：{err}")finally:close_conn(conn)

```

##### 3. 圖書查詢

```python

def search_books(keyword):conn = create_conn()cursor = conn.cursor()query = "SELECT * FROM books WHERE title LIKE %s OR author LIKE %s"pattern = f"%{keyword}%"cursor.execute(query, (pattern, pattern))rows = cursor.fetchall()if rows:table = PrettyTable(["ID", "書名", "作者", "ISBN", "狀態"])for row in rows:table.add_row(row)print(table)else:print("未找到相關圖書。")close_conn(conn)

```

##### 4. 借閱圖書

```python

def borrow_book(book_id, borrower_name):conn = create_conn()cursor = conn.cursor()# 檢查圖書是否可借check_query = "SELECT status FROM books WHERE id = %s AND status = 'available'"cursor.execute(check_query, (book_id,))result = cursor.fetchone()if result:update_query = "UPDATE books SET status = 'borrowed' WHERE id = %s"insert_query = "INSERT INTO borrow_records (book_id, borrower_name, borrow_date) VALUES (%s, %s, CURDATE())"cursor.execute(update_query, (book_id,))cursor.execute(insert_query, (book_id, borrower_name))conn.commit()print("圖書借閱成功！")else:print("該圖書不可借閱。")close_conn(conn)

```

##### 5. 歸還圖書

```python

def return_book(book_id):conn = create_conn()cursor = conn.cursor()# 更新圖書狀態update_query = "UPDATE books SET status = 'available' WHERE id = %s"cursor.execute(update_query, (book_id,))# 更新歸還日期update_return_date = "UPDATE borrow_records SET return_date = CURDATE() WHERE book_id = %s AND return_date IS NULL"cursor.execute(update_return_date, (book_id,))conn.commit()if cursor.rowcount > 0:print("圖書歸還成功！")else:print("該圖書未借出或已歸還。")close_conn(conn)

```

#### **五、運行示例**

在實際使用中，可以根據需要調用上述函數來完成相應的圖書管理任務。例如，要添加一本新書，可以這樣操作：

```python

add_book("Python編程入門", "John Doe", "978-3-16-148410-0")

```

通過以上步驟，我們已經構建了一個基本的圖書管理系統。當然，實際應用中還需要考慮更多細節，比如異常處理、用戶界面、權限管理等，但本教程為你提供了實現此類系統的基本框架和思路。希望這個示例能激發你進一步探索Python與數據庫應用開發的興趣。

頁面展示：

### **環境準備**

確保已安裝以下依賴：
- Flask
- Flask-Login（用于權限管理）
- Flask-WTF（表單處理）
- Flask-SQLAlchemy（簡化SQLAlchemy與Flask的集成）
- Bootstrap（前端樣式框架）

```bash

pip install flask flask-login flask-wtf flask-sqlalchemy

```

### **項目結構**

```plaintext
book_management/
│
├── app.py
├── templates/
│ ? ├── base.html
│ ? ├── login.html
│ ? ├── dashboard.html
│ ? └── ...
├── static/
│ ? ├── css/
│ ? │ ? └── style.css
│ ? └── js/
│ ? ? ? └── script.js
├── models.py
└── forms.py
```

### **核心代碼示例**

#### **app.py** - 應用入口```python

from flask import Flask, render_template, redirect, url_for
from flask_sqlalchemy import SQLAlchemy
from flask_login import LoginManager, UserMixin, login_user, login_required, logout_user
from models import db, User, Books, BorrowRecords, login
from forms import LoginForm, AddBookFormapp = Flask(__name__)
app.config['SECRET_KEY'] = 'your-secret-key'
app.config['SQLALCHEMY_DATABASE_URI'] = 'mysql://username:password@localhost/library_db'
db.init_app(app)
login.init_app(app)
login.login_view = 'login'@app.route('/')
@login_required
def dashboard():form = AddBookForm()books = Books.query.all()return render_template('dashboard.html', books=books, form=form)@app.route('/login', methods=['GET', 'POST'])
def login():form = LoginForm()if form.validate_on_submit():user = User.query.filter_by(username=form.username.data).first()if user and user.password == form.password.data:login_user(user)return redirect(url_for('dashboard'))else:form.password.errors.append('Invalid username or password.')return render_template('login.html', form=form)@app.route('/logout')
@login_required
def logout():logout_user()return redirect(url_for('login'))@app.route('/add_book', methods=['POST'])
@login_required
def add_book():form = AddBookForm()if form.validate_on_submit():new_book = Books(title=form.title.data, author=form.author.data, isbn=form.isbn.data)db.session.add(new_book)db.session.commit()return redirect(url_for('dashboard'))return redirect(url_for('dashboard'))if __name__ == '__main__':app.run(debug=True)

```

#### **models.py** - 數據模型定義```python

from flask_sqlalchemy import SQLAlchemy
from werkzeug.security import generate_password_hash, check_password_hashdb = SQLAlchemy()class User(UserMixin, db.Model):id = db.Column(db.Integer, primary_key=True)username = db.Column(db.String(64), unique=True, nullable=False)password = db.Column(db.String(128), nullable=False)class Books(db.Model):id = db.Column(db.Integer, primary_key=True)title = db.Column(db.String(255), nullable=False)author = db.Column(db.String(100))isbn = db.Column(db.String(13), unique=True, nullable=False)status = db.Column(db.Enum('available', 'borrowed'), default='available')# 注意：省略了BorrowRecords模型以簡化示例

```

#### **forms.py** - 表單定義```python

from flask_wtf import FlaskForm
from wtforms import StringField, PasswordField, SubmitField
from wtforms.validators import DataRequired, Length, ValidationErrorclass LoginForm(FlaskForm):username = StringField('Username', validators=[DataRequired()])password = PasswordField('Password', validators=[DataRequired()])submit = SubmitField('Log In')class AddBookForm(FlaskForm):title = StringField('Title', validators=[DataRequired()])author = StringField('Author')isbn = StringField('ISBN', validators=[DataRequired(), Length(min=13, max=13)])submit = SubmitField('Add Book')

```

#### **前端模板** - 使用Bootstrap美化

在`templates/dashboard.html`中，你可以使用Bootstrap框架來美化你的網頁布局和樣式。例如，為圖書列表添加表格樣式，以及使用Bootstrap表單組件來美化添加圖書的表單。

當然，下面是一個簡化的`templates/dashboard.html`示例，展示了如何使用Bootstrap來美化圖書管理系統的前端界面。此模板包括一個登錄后的儀表板頁面，其中包含圖書列表和一個添加新書的表單。```html
<!doctype html>
<html lang="en">
<head><meta charset="utf-8"><meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1, shrink-to-fit=no"><link rel="stylesheet" href="{{ url_for('static', filename='css/style.css') }}"><link rel="stylesheet" href="https://stackpath.bootstrapcdn.com/bootstrap/4.5.2/css/bootstrap.min.css"integrity="sha384-JcKb8q3iqJ61gNV9KGb8thSsNjpSL0n8PARn9HuZOnIxN0hoP+VmmDGMN5t9UJ0Z" crossorigin="anonymous"><title>圖書管理系統</title>
</head>
<body><nav class="navbar navbar-expand-lg navbar-light bg-light"><a class="navbar-brand" href="#">圖書管理系統</a><button class="navbar-toggler" type="button" data-toggle="collapse" data-target="#navbarNav"aria-controls="navbarNav" aria-expanded="false" aria-label="Toggle navigation"><span class="navbar-toggler-icon"></span></button><div class="collapse navbar-collapse" id="navbarNav"><ul class="navbar-nav ml-auto"><li class="nav-item"><a class="nav-link" href="{{ url_for('logout') }}">登出</a></li></ul></div>
</nav><div class="container mt-3"><h2>圖書列表</h2><table class="table table-striped"><thead><tr><th scope="col">#</th><th scope="col">書名</th><th scope="col">作者</th><th scope="col">ISBN</th><th scope="col">狀態</th></tr></thead><tbody>{% for book in books %}<tr><td>{{ book.id }}</td><td>{{ book.title }}</td><td>{{ book.author }}</td><td>{{ book.isbn }}</td><td>{{ book.status }}</td></tr>{% endfor %}</tbody></table><h2>添加新書</h2><form method="post" action="{{ url_for('add_book') }}" class="mt-4">{{ form.hidden_tag() }}<div class="form-group">{{ form.title.label(class="form-control-label") }}{{ form.title(class="form-control") }}</div><div class="form-group">{{ form.author.label(class="form-control-label") }}{{ form.author(class="form-control") }}</div><div class="form-group">{{ form.isbn.label(class="form-control-label") }}{{ form.isbn(class="form-control") }}</div><button type="submit" class="btn btn-primary">添加圖書</button></form>
</div><script src="https://code.jquery.com/jquery-3.5.1.slim.min.js"integrity="sha384-DfXdz2htPH0lsSSs5nCTpuj/zy4C+OGpamoFVy38MVBnE+IbbVYUew+OrCXaRkfj"crossorigin="anonymous"></script>
<script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/@popperjs/core@2.9.2/dist/umd/popper.min.js"integrity="sha384-IQsoLXl5PILFhosVNubq5LC7Qb9DXgDA9i+tQ8Zj3iwWAwPtgFTxbJ8NT4GN1R8p"crossorigin="anonymous"></script>
<script src="https://stackpath.bootstrapcdn.com/bootstrap/4.5.2/js/bootstrap.min.js"integrity="sha384-B4gt1jrGC7Jh4AgTPSdUtOBvfO8shuf57BaghqFfPlYxofvL8/KUEfYiJOMMV+rV"crossorigin="anonymous"></script>
</body>
</html>
```

此模板利用了Bootstrap的CSS和JS文件，以及jQuery和Popper.js（Bootstrap的一些JavaScript插件依賴它們）。請注意，你需要確保在你的`static/css`目錄下有一個`style.css`文件，用于存放自定義的CSS樣式。此外，Flask的`url_for`函數被用來正確地鏈接靜態資源和路由。

### **總結**

通過上述重構，我們的圖書管理系統不僅增加了異常處理和用戶界面，還引入了基本的權限管理機制，并通過Bootstrap對網頁進行了美化。這使得系統更加易用且具有一定的安全防護能力，適合小型圖書館或個人項目使用。請記得根據實際情況調整數據庫配置、密鑰等敏感信息，并根據需要進一步完善功能和優化前端設計。