звольными базами данных, выполнять различные заказы и т. п.
Лекция № 6. Язык SQL
Дадим сначала небольшую историческую справку.
Язык SQL, предназначенный для взаимодействия с базами данных, появился в середине 1970-х гг. (первые публикации датируются 1974 г.) и был разработан в компании IBM в рамках проекта экспериментальной реляционной системы управления базами данных. Исходное название языка – SEQUEL (Structured English Query Language) – только частично отражало суть этого языка. Первоначально, сразу после его изобретения и в первичный период эксплуатации языка SQL, его название являлось аббревиатурой от словосочетания Structured Query Language, что переводится как «Язык структурированных запросов». Конечно, язык был ориентирован главным образом на удобную и понятную пользователям формулировку запросов к реляционным базам данных. Но, в действительности, он почти с самого начала являлся полным языком баз данных, обеспечивающим, помимо средств формулирования запросов и манипулирования базами данных, следующие возможности:
1) средства определения и манипулирования схемой базы данных;
2) средства определения ограничений целостности и триггеров (о которых будет упомянуто позднее);
3) средства определения представлений баз данных;
4) средства определения структур физического уровня, поддерживающих эффективное выполнение запросов;
5) средства авторизации доступа к отношениям и их полям.
В языке отсутствовали средства явной синхронизации доступа к объектам баз данных со стороны параллельно выполняемых транзакций: с самого начала предполагалось, что необходимую синхронизацию неявно выполняет система управления базами данных.
В настоящее время SQL – это уже не аббревиатура, а название самостоятельного языка.
Также в настоящее время язык структурированных запросов реализован во всех коммерческих реляционных системах управления базами данных и почти во всех СУБД, которые изначально основывались не на реляционном подходе. Все компании-производители провозглашают соответствие своей реализации стандарту SQL, и на самом деле реализованные диалекты языка структурированных запросов очень близки. Этого удалось добиться не сразу.
Особенностью большинства современных коммерческих систем управления базами данных, затрудняющей сравнение существующих диалектов SQL, является отсутствие единообразного описания языка. Обычно описание разбросано по разным руководствам и перемешано с описанием специфических для данной системы языковых средств, не имеющих прямого отношения к языку структурированных запросов. Тем не менее можно сказать, что базовый набор операторов SQL, включающий операторы определения схемы баз данных, выборки и манипулирования данными, авторизации доступа к данным, поддержки встраивания SQL в языки программирования и операторы динамического SQL, в коммерческих реализациях устоялся и более или менее соответствует стандарту.
С течением времени и работы над языком структурированных запросов удалось достигнуть стандарта четкой стандартизации синтаксиса и семантики операторов выборки данных, манипулирования данными и фиксации средств ограничения целостности баз данных. Были специфицированы средства определения первичного и внешних ключей отношений и так называемых проверочных ограничений целостности, которые представляют собой подмножество немедленно проверяемых ограничений целостности SQL. Средства определения внешних ключей позволяют легко формулировать требования так называемой ссылочной целостности баз данных (о которой мы поговорим позднее). Это распространенное в реляционных базах данных требование можно было сформулировать и на основе общего механизма ограничений целостности SQL, но формулировка на основе понятия внешнего ключа более проста и понятна.
Итак, с учетом всего этого в настоящее время язык структурированных запросов – это название не просто одного языка, а название целого класса языков, поскольку, несмотря на имеющиеся стандарты, в различных системах управления базами данных реализуются различные диалекты языка структурированных запросов, имеющие, разумеется, одну общую основу.
1. Оператор Select – базовый оператор языка структурированных запросов
Центральное место в языке структурированных запросов SQL занимает оператор Select, с помощью которого реализуется самая востребованная операция при работе с базами данных – запросы.
Оператор Select осуществляет вычисление выражений как реляционной, так и псевдореляционной алгебры. В данном курсе мы рассмотрим реализацию только уже пройденных нами унарных и бинарных операций реляционной алгебры, а также осуществление запросов, с помощью так называемых подзапросов.
Кстати, необходимо заметить, что в случае работы с операциями реляционной алгебры в результирующих отношениях могут появляться дублирующие кортежи. В правилах языка структурированных запросов нет строгого запрещения на присутствие повторяющихся строк в отношениях (в отличие от обычной реляционной алгебры), поэтому исключать дубликаты из результата не обязательно.
Итак, рассмотрим базовую структуру оператора Select. Она достаточно проста и включает в себя следующие стандартные обязательные фразы:
Select …
From …
Where … ;
На месте многоточия в каждой строчке должны стоять отношения, атрибуты и условия конкретной базы данных и задания к ней. В самом общем случае базовая структура Select должна выглядеть следующим образом:
Selectвыбрать такие-то атрибуты
Fromиз таких-то отношений
Whereс такими-то условиями выборки кортежей
Таким образом, выбираем мы атрибуты из схемы отношений (заголовки некоторых столбцов), при этом указывая, из каких отношений (а их, как видно, может быть несколько) мы производим нашу выборку и, наконец, на основании каких условий мы останавливаем свой выбор на тех или иных кортежах.
Важно заметить, что ссылки на атрибуты происходят с помощью их имен.
Таким образом, получается следующий алгоритм работы этого базового оператора Select:
1) запоминаются условия выборки кортежей из отношения;
2) проверяется, какие кортежи удовлетворяют указанным свойствам. Такие кортежи запоминаются;
3) на выход выводятся перечисленные в первой строчке базовой структуры оператора Select атрибуты со своими значениями. (Если говорить о табличной форме записи отношения, то выведутся те столбцы таблицы, заголовки которых были перечислены как необходимые атрибуты; разумеется, столбцы выведутся не полностью, в каждом из них останутся только те кортежи, которые удовлетворили названным условиям.)
Рассмотрим пример.
Пусть нам дано следующее отношение r1, как фрагмент некой базы данных книжного магазина:
Пусть также нам дано следующее выражение с оператором Select:
SelectНазвание книги, Автор книги
Fromr1
WhereЦена книги > 200;
Результатом этого оператора будет следующий фрагмент кортежа:
(Мобильник, С. Кинг).
(В дальнейшем мы подвергнем рассмотрению множество примеров реализации запросов с использованием этой базовой структуры и ее применение изучим очень подробно.)
2. Унарные операции на языке структурированных запросов
В этом параграфе мы рассмотрим, как реализуются на языке структурированных запросов с помощью оператора Select уже знакомые нам унарные операции выборки, проекции и переименования.
Важно заметить, что если раньше мы могли работать только с отдельными операциями, то даже один оператор Select в общем случае позволяет определить целое выражение реляционной алгебры, а не какую-то одну операцию.
Итак, перейдем непосредственно к анализу представления унарных операций на языке структурированных запросов.
1. Операция выборки.
Операция выборки на языке SQL реализуется оператором Select следующего вида:
Selectвсе атрибуты
Fromимя отношения
Whereусловие выборки;
Здесь вместо того, чтобы писать «все атрибуты», можно использовать значок «*». В теории языка структурированных запросов этот значок означает выбор всех атрибутов из схемы отношения.
Условие выборки здесь (и во всех остальных реализациях операций) записывается в виде логического выражения со стандартными связками not (не), and (и), or (или). На атрибуты отношения ссылаемся посредством их имен.
Рассмотрим пример. Определим следующую схему отношения:
Успеваемость (№ зачетной книжки, Семестр, Код предмета, Оценка, Дата);
Здесь, как уже упоминалось ранее, подчеркнутые атрибуты образуют ключ отношения.
Составим оператор Select следующего вида, реализующий унарную операцию выборки:
Select *
From Успеваемость
Where № зачетной книжки = 100 and Семестр = 6;
Понятно, что в результат этого оператора машина выведет успеваемость студента с номером зачетки сто за шестой семестр.
2. Операция проекции.
Операция проекции на языке структурированных запросов реализуется даже проще, чем операция выборки. Напомним, что при применении операции проекции выбираются не строки (как при применении операции выборки), а столбцы. Поэтому достаточно перечислить заголовки нужных столбцов (т. е. имена атрибутов), без указания каких-либо посторонних условий. Итого, получаем оператор следующего вида:
Selectсписок имен атрибутов
Fromимя отношения;
После применения этого оператора машина выдаст те столбцы таблицы-отношения, имена которых были указаны в первой строчке этого оператора Select.
Как мы уже упоминали ранее, повторяющиеся строки и столбцы исключать из результирующего отношения не обязательно. Но если в заказе или в задании требуется обязательно элиминировать дубликаты, следует использовать специальную опцию языка структурированных запросов – distinct. Эта опция задает автоматическое исключение дубликатов кортежей из отношения. С применением этой опции оператор Select будет выглядеть следующим образом:
Selectdistinct список имен атрибутов
Fromимя отношения;
В языке SQL существует специальное обозначение для необязательных элементов выражений – квадратные скобки […]. Поэтому в самом общем виде операция проекции будет выглядеть следующим образом:
Select [distinct] список имен атрибутов
Fromимя отношения;
Однако если результат применения операции гарантированно не содержит дубликатов или же дубликаты все-таки допустимы, то опцию distinct лучше не указывать, чтобы не загромождать запись, т. е. из соображений производительности работы оператора.
Рассмотрим пример, иллюстрирующий возможность стопроцентной уверенности в отсутствии дубликатов. Пусть дана уже известная нам схема отношений:
Успеваемость (№ зачетной книжки, Семестр, Код предмета, Оценка, Дата).
Пусть дан следующий оператор Select:
Select№ зачетной книжки, Семестр, Код предмета
FromУспеваемость;
Здесь, как легко видеть, три возвращающихся оператором атрибута образуют ключ отношения. Именно поэтому опция distinct становится излишней, ведь дубликатов гарантированно не будет. Это следует из требования, накладываемого на ключи, называемого ограничением уникальности. Подробнее это свойство мы рассмотрим дальше, но если атрибут ключевой, то дубликатов в нем нет.
3. Операция переименования.
Операция переименования атрибутов на языке структурированных запросов осуществляется довольно просто. А именно воплощается в действительность следующим алгоритмом:
1) в списке имен атрибутов фразы Select перечисляются те атрибуты, которые необходимо переименовать;
2) к каждому указанному атрибуту добавляется специальное ключевое слово as;
3) после каждого вхождения слова as указывается то имя соответствующего атрибута, на которое необходимо поменять имя исходное.
Таким образом, с учетом всего вышесказанного, оператор, соответствующий операции переименования атрибутов, будет выглядеть следующим образом:
Selectимя атрибута 1 as новое имя атрибута 1, …
Fromимя отношения;
Покажем работу этого оператора на примере. Пусть дана уже знакомая нам схема отношения:
Успеваемость (№ зачетной книжки, Семестр, Код предмета,Оценка, Дата);
Пусть у нас имеется заказ поменять имена некоторых атрибутов, а именно вместо «№ зачетной книжки» должно стоять «№ зачетки» и вместо «Оценка» – «Балл».
Запишем, как будет выглядеть оператор Select, реализующий эту операцию переименования:
Selectзачетной книжки as № зачетки, Семестр, Код предмета, Оценка as Балл, Дата
FromУспеваемость;
Таким образом, результатом применения этого оператора будет новая схема отношения, отличающаяся от исходной схемы отношения «Успеваемость» именами двух атрибутов.