如何使用Django ORM过滤CharField中大于指定语义版本的记录？

我需要处理这样一个需求：请求传入形如1.1.1.1的CharField格式语义版本值，要从查询集中筛选出版本字段大于该值的对象。比如数据库里有这些版本记录：

0.0.0.0
0.0.0.1
1.0.0.0
1.1.1.1
1.1.1.2
2.2.2.2

当指定版本为1.1.1.1时，筛选结果应该是[1.1.1.2, 2.2.2.2]。

目前我是用Python标准库的packaging.version模块来实现过滤的，但想知道能不能直接通过Django ORM完成这个操作，避免先拉取所有数据再过滤的开销。

当前实现代码：

from packaging.version import Version

# ... 其他业务代码

qs = ApplicationVersion.objects.filter(
    operating_system=user_os.upper()
)

valid_versions = [
    i.version
    for i in qs
    if Version(i.version) > Version(user_app_version)
]

可行的Django ORM实现方案 #

1. 利用数据库数组函数（PostgreSQL专属） #

如果你的项目用的是PostgreSQL，可以借助string_to_array函数把版本号拆成整数数组，直接比较数组大小：

from django.db.models import Func, F, Value

class StringToArray(Func):
    function = 'string_to_array'
    template = "%(function)s(%(expressions)s, '.')::int[]"

# 筛选逻辑
target_version = user_app_version
valid_versions_qs = ApplicationVersion.objects.filter(
    operating_system=user_os.upper(),
    StringToArray(F('version')) > StringToArray(Value(target_version))
).values_list('version', flat=True)

2. 手动拆分版本段做多条件过滤（兼容多数据库） #

如果需要兼容MySQL、SQLite等多种数据库，可以把版本号按.拆分，逐个段构建比较条件：

from django.db.models import Func, F, Q, Value
from django.db import models

# 先把目标版本拆成整数列表
target_parts = list(map(int, user_app_version.split('.')))
qs = ApplicationVersion.objects.filter(operating_system=user_os.upper())

# 定义拆分版本段的函数（以PostgreSQL的split_part为例，MySQL可替换为SUBSTRING_INDEX）
class SplitPart(Func):
    function = 'split_part'
    def __init__(self, expression, delimiter, position, **extra):
        super().__init__(
            expression, 
            Value(delimiter), 
            Value(position), 
            output_field=models.IntegerField(), 
            **extra
        )

# 构建多段比较条件
condition = (
    SplitPart(F('version'), '.', 1) > target_parts[0] |
    (SplitPart(F('version'), '.', 1) == target_parts[0]) & (SplitPart(F('version'), '.', 2) > target_parts[1]) |
    (SplitPart(F('version'), '.', 1) == target_parts[0]) & (SplitPart(F('version'), '.', 2) == target_parts[1]) & (SplitPart(F('version'), '.', 3) > target_parts[2]) |
    (SplitPart(F('version'), '.', 1) == target_parts[0]) & (SplitPart(F('version'), '.', 2) == target_parts[1]) & (SplitPart(F('version'), '.', 3) == target_parts[2]) & (SplitPart(F('version'), '.', 4) > target_parts[3])
)

valid_versions_qs = qs.filter(condition).values_list('version', flat=True)

3. 预存版本数字段（最优长期方案） #

如果频繁需要做版本比较，最稳妥高效的方式是在模型里新增整数字段存储版本各段的值，保存时自动拆分版本号存入：

from django.db import models
from django.db.models import Q

# 模型定义
class ApplicationVersion(models.Model):
    version = models.CharField(max_length=20)
    version_major = models.IntegerField()  # 对应x.x.x.x的第一个x
    version_minor = models.IntegerField()  # 第二个x
    version_patch = models.IntegerField()  # 第三个x
    version_build = models.IntegerField()  # 第四个x
    operating_system = models.CharField(max_length=50)

    def save(self, *args, **kwargs):
        # 保存时自动拆分版本号到对应字段
        parts = list(map(int, self.version.split('.')))
        self.version_major = parts[0]
        self.version_minor = parts[1]
        self.version_patch = parts[2]
        self.version_build = parts[3]
        super().save(*args, **kwargs)

# 查询时直接用整数比较，性能最优
target_parts = list(map(int, user_app_version.split('.')))
valid_versions_qs = ApplicationVersion.objects.filter(
    operating_system=user_os.upper(),
    (Q(version_major__gt=target_parts[0]) |
     Q(version_major=target_parts[0], version_minor__gt=target_parts[1]) |
     Q(version_major=target_parts[0], version_minor=target_parts[1], version_patch__gt=target_parts[2]) |
     Q(version_major=target_parts[0], version_minor=target_parts[1], version_patch=target_parts[2], version_build__gt=target_parts[3]))
).values_list('version', flat=True)

内容的提问来源于stack exchange，提问作者rzar